В прошлой статье «Школы мастера» мы рассказали о появлении насоса как конструкции, о гении древних инженеров, заложивших базис для современных устройств. Пора продолжить наше небольшое исследование и пройти путь до конца — через Средние и Новые века в современность.

Итак, до 18 века водоподъемные машины использовались чаще, чем поршневые насосы или другие их модификации. Но это не значит, что мысль стояла на месте.

И часто насосы пытались использовать далеко не для «банального» перемещения масс воды.

Вечный двигатель Да Винчи

Perpetuum Mobile, запросто сокращаемый технарями до ppm, занимал умы человечества во все времена, включая нынешние. Разумеется, не мог обойти эту гипотезу стороной и светоч человечества — Леонардо Да Винчи.

Сохранились тетради с эскизом ppm, основанном на перемещении воды. Для прототипа вечного двигателя использовался наш старый знакомый — архимедов винт.

Конструкция состояла из:

— Большого резервуара с водой.

— Архимедова винта.

— Обращенного архимедова винта (по факту, в своем прототипе Да Винчи мимоходом изобрел турбину).

— Чаши, располагавшейся вверху конструкции.

Две движущихся части располагались «домиком». Сверху между ними устанавливалась чаша, а снизу винты скреплялись передачей.

Расскажем, как должно было работать. После запуска вода подавалась наверх в чашу с помощью обычного архимедова винта. Из чаши она сливалась вниз и вращала турбину, которая через передачу в свою очередь вращала архимедов винт. И так по кругу.
Посмотрите на рисунок, станет понятней.

При этом Да Винчи, в отличие от многих современников, понимал, что система работать не будет. Потому что в воде нет разности уровней (по определению самого изобретателя, это «мертвая вода» — aqua morta).

И в лучшем случае можно добиться равномерности — падает столько воды, сколько поднимается. А ведь еще энергия теряется на трении, и сам двигатель должен вращать что-то, помимо себя.
Стоит помнить, что всё происходило за несколько веков до открытия закона сохранения энергии, который Да Винчи уже интуитивно чувствовал.

Великий человек, надо посвятить ему отдельную статью.

Роторные насосы Рамелли

Агостино Рамелли можно считать последователем Да Винчи, пусть и через одно колено. Автор роторных насосов учился у маркиза Мариньяно, ученика Леонардо.

Также занимал должность инженера короля Франции и Польши Генриха Третьего (да, такая при дворе тоже была).

Суть изобретения, почти без изменений применяемого и в наше время, была описана им в 1588 году в своей книге. При совершении вращательных движений человек эффективней где-то на треть, нежели при совершении возвратно-поступательных.
Именно эта разница была использована в первом роторном (крыльчатом или пластинчатом) насосе.

По сути это цилиндр с входящим и выходящим отверстиями. Внутри (не по центру) установлен ротор с насаженными пластинами. Вся конструкция погружается в воду. Пластины при вращении прижимаются к внутренней поверхности цилиндра, образуя рабочие камеры.
Когда система приводится в движение, объем рабочей камеры у входного отверстия увеличивается, вода набирается внутрь, камера замыкается.

При прохождении выходного отверстия объем камеры уменьшается, вода вытесняется в трубу.

Стоит сказать, что доработанный принцип этого насоса используется и в двигателях внутреннего сгорания.

Центробежные насосы

Использовать центробежную силу для перемещения воды пытались несколько ученых. Наиболее известны работы Папена (создателя паровой машины) и ле Демура.

Именно устройство второго инженера было опробовано на практике. Ле Демур разработал свой центробежный насос в 1732 году. Конструкция представляла собой вертикальный вал с рукояткой для вращения. К валу под углом примерно в 45° жестко крепилась полая труба, нижний конец которой был под водой. Соответственно, при вращении вала начинала вращаться и труба, в ней возникали центробежные силы, за счет которых вода поднималась наверх и выливалась в емкость.

Современный вид центробежные насосы приобрели в 1818 году. В Бостоне Адреасом был построен «Массачусетс-насос» с колесом радиального типа. Он же, уже в 1846 году доказал, что криволинейные радиальные лопасти нагнетают воду лучше прямых.

Наши современники также не остались в стороне. В 1838 году Александр Саблуков разработал одноступенчатый центробежный агрегат. А в 1899 году Василий Пушечников представил вертикальный многоступенчатый насос для буровых скважин с КПД в 70%! Понятно, что работал он уже не от физической силы, а от электродвигателя.

Тепловые насосы

Пар и электричество кардинально изменили нашу техническую эволюцию. Конечно, новые источники энергии сказались и на конструкциях насосных систем.

Родоначальником тепловых насосов принято считать английского инженера Уильяма Томпсона. В 1852 году он представил систему, названную «умножителем тепла». Но это была больше теоретическая разработка, улучшавшаяся последователями. А первый монтаж теплового насоса провел австриец Петер фон Риттингер в 1855 году.

Именно в быту тепловые насосы стали применяться уже в XX веке. Прорыв совершил Роберт Вебер. В лучших традициях, открытие было совершено почти случайно. Вебер экспериментировал с морозильной камерой и прикоснулся к выходящей из нее трубе. Та оказалась горячей. Выбрасываемое наружу тепло можно было как-то использовать. Вебер поместил трубу в емкость с водой и, вуаля, получил бойлер.

На этом ученый не остановился. Прогнав воду по спирали и добавив к системе вентилятор Вебер стал обогревать теплом свой дом (привет системам отопления). Затем изобретатель шагнул еще дальше и стал собирать тепло из земли. Дело в том, что температура грунта в течение года изменяется достаточно слабо. Вебер закопал медные трубы в землю и пустил по ним фреон. Газ собирал тепло из грунта, при конденсации отдавал его в дом и шел на новый цикл циркуляции по системе. Полученный теплый воздух разгонялся по помещению вентилятором. Про угольную печь для отопления можно было забыть.

Насосы подобного плана стали известны в 40-х годах прошлого века, но их звездный час настал во время нефтяного кризиса в 1973 году. Поскольку топливо было в дефиците и цены на него улетели в космос, экономичные тепловые насосы стали просто необходимостью и используются до сих пор. Впрочем, как и другие описанные нами конструкции.

История привычных вещей оказалась увлекательным путешествием, заставляющим по-новому взглянуть даже на знакомый до мелочей собственный дом. Останавливаться на этом мы не будем, ведь не насосами едиными силен человеческий разум.