Sagebien hjul

Sagebien -hjulet är en typ av vattenhjul som uppfanns av Alphonse Sagebien från Frankrike , en hydrologisk ingenjör och examen från École Centrale des Arts et Manufactures . Det var en av de mest effektiva designerna för vattenhjul med bröstskott från sin tid; när man arbetar på en låg vattenhöjd kan Sagebien-hjulet nå effektivitetsvinster på upp till 90 % [ verkliga exempel.

Design

Traditionella bröstvattenhjul består av en serie platta blad som är fästa vid kanten på ett hjul. Bladen var vanligtvis monterade så att de var vända rakt ut längs hjulets radie. Vatten från kvarnstocken rann in i hjulet vid en punkt på sidan av rotationen, träffade bladen och gav fart på bladen. Vattnets vikt drar sedan hjulet nedåt genom gravitationen. Bröstskottshjulet utvinner alltså kraft från både vikten och farten i vattnet. Breastshot-hjul nådde effektiviteter på upp till 50 %, jämfört med typiska undershot-hjul runt 30 %.

Under ett utbrett franskt försök att förbättra designen av vattenhjul upptäckte Jean Charles de Borda att effektiviteten var en funktion av den relativa hastigheten för vattnet som kommer in i och ut ur hjulet. Eftersom den inkommande hastigheten är en funktion av vattenkällan, var nyckeln till att få ut mer kraft från ett vattenhjul att minska hastigheten på avgasvattnet så mycket som möjligt. Han märkte också att vattnet som kom in i systemet ofta bromsades innan det nådde hjulet, genom en mängd olika mekanismer. Han föreslog att stora förbättringar skulle kunna göras genom att förbättra dessa aspekter av hjuldesign.

I en konventionell bröstskottsdesign, skulle vattnet rinna från kanten av huvudbanan och falla på hjulets blad. Som jämförelse fick Sagebien-hjulet vattnet att komma in genom en kanal som flödade horisontellt. Hjulets blad var vinklade så att de kom in i det strömmande vattnet vertikalt. Hjulets insida var öppen, så vattnet kunde rinna upp i kanalen utan att lufttrycket byggdes upp och hindrade flödet. Vattnet rann ut igen efter en kort tid, hjulet snurrade kanske 30 till 45 grader, in i den lägre höjden.

Sagebien byggde sitt första hjul runt 1850 och gjorde den första versionen i full storlek, på 6 till 7 hästkrafter, vid en mjölkvarn i Ronquerolles 1851. Tester visade att detta hjul fungerade med cirka 85 % verkningsgrad, långt innan någon konstruktion av eran. Detta väckte lite uppmärksamhet vid den tiden, under ångmaskinens era, men 1857 hade han 17 i drift och folk började lägga märke till det. Ett test i december 1861 föreslog en verkningsgrad för en modell på 103%, tills en ny mätare reducerade detta till fortfarande utmärkta 93%. År 1868 användes mer än 60 Sagebien-hjul i norra Frankrike, och den franska vetenskapsakademin tilldelade honom Fourneyron Prix 1875. Moderna tester utförda av Quaranta och Muller (2017) visade verkningsgrader på upp till 84 % ( https:/ /www.youtube.com/watch?v=f-AfK2Bl4NY ).

Se även

• Poncelet-hjul , ett liknande koncept som förbättrade underskottsdesignen

Bibliografi

• Terry Reynolds, "Stronger Than a Hundred Men: A History of the Vertical Water Wheel" , JHU Press, 2003

• Quaranta, E. och Muller, G (2017), "Sagebien and Zuppinger water wheels for very low head waterpower application", Journal av hydraulisk forskning