Ctesibius' сорох насосыг барих — Анхны хоёр талдаа ажилладаг поршений насос

Давхар үйлчилгээт хүчний насос нь зэрэгцээ эсрэг чиглэлд ажилладаг хоёр цилиндртэй. Тэдгээрийг Цилиндр A ба Цилиндр B гэж тэмдэглэ. Поршень A доош түлэх үед (нийлүүлэлтийн явц): A оруулах хаалт хаагдана (усны эх үүсвэр рүү буцаж урсахаас сэргийлнэ), A гаралтын хаалт нээгдэж (усыг нийтлэг гаралтын хоолой руу түлхэнэ), мөн зэрэг поршень B дээш татах үед (соролтын явц): B оруулах хаалт нээгдэж (эх үүсвэрээс усыг цилиндр B рүү татна), B гаралтын хаалт хаагдана (гаралтын усыг цилиндр B руу буцаж урсахаас сэргийлнэ). Буцах явцад A ба B үүрэг солилцоно.

Үр дүнд нь гаралт нь ажиллагаа хийдэг дам тулгуурын хагас цикл бүр дээр ус хүлээн авдаг бөгөөд урсгал бараг тасралтгүй байна. Шалгах хаалтууд нь хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүд юм: хэрэв аль нэг оруулах хаалт алдаж байвал (нийлүүлэлтийн явцад буцаж урсахыг зөвшөөрнө) цилиндр усаа сорох чадвараа алдаж, усны оронд агаар нийлүүлнэ. Хэрэв аль нэг гаралтын хаалт алдаж байвал нийлүүлэлтийн даралт буурч, соролтын явцад урсгал эсрэгээр чиглэнэ. Дөрвөн шалгах хаалтыг бүгдийг нь цилиндрүүдтэй адил анхаарлаар хийгээрэй.

Цилиндрүүд нь поршений битүүмжлэл үр дүнтэй ажиллахын тулд гөлгөр, тогтвортой цооногтой байх ёстой. Хүрэл (зэс ба цагаан тууглалын хайлш, ихэвчлэн массаараа 88–90% зэс, 10–12% цагаан тугалга) нь зохистой материал юм — энэ нь зэвэрхийг эсэргүүцдэг, ойролцоо хэлбэртэй цутгаж болдог, мөн цооножуулж, сүрэгчилж дотоод гөлгөр гадаргуу гаргаж боловсруулж болдог. Цилиндр бүрийг дотоод диаметр нь ойролцоогоор 5 см, урт нь 20 см, хананы зузаан нь 1.5 см байх зузаан ханатай хоолой хэлбэрээр цутгана. Помпейн насосны цилиндрүүдийн диаметр ойролцоогоор 4–5 см байсан бөгөөд энэ нь минутад 60 цохилтоор минутад 5–10 литр урсгал гаргахад хангалттай том байв.

Цутгасны дараа цилиндрийн дотоод хэсгийг сүрэгчийн иртэй хатуу модон цооножуулагчаар, нум өрөмдлөг эсвэл гар өрөмдлөгөөр жолоодон гөлгөр болгоно. Цооножуулагчийг урт зураасаар ажиллуулж, зөөлөн чанарын тос түрхэн, цооног дотор барьсан лааны дөл нь харагдахуйц нүх, ирмэггүй болтол боловсруулна. Цооногийн дугуйлтыг хавтгай хавчаартай шалгана (зорилтот цооногийн диаметрээс 0.5 мм бага эргүүлсэн хүрэл саваа) — энэ нь чичирхийлэлгүйгээр чөлөөтэй гулсах ёстой.

Пистон бүр цилиндрийн нүхэнд 0.5–1 мм зайтай тохирч байх ёстой — гадуурх зайг чөлөөт савхин боодолоор битүүгээр хааж чадах тийм нарийн, харин термик тэлэлт эсвэл нүхний бага зэрэг жигд бус байдлаас болж гацахгүй тийм зөөлөн байх ёстой. Пистоныг цилиндртэй ойр тохирохоор эргүүлэх буюу халтируулан засах бөгөөд бодит цилиндрийг шалгуур болгон байнга хянана. Помпейн насосны пистонууд ойролцоогоор 3 см өндөртэй хүрэл дискнүүд байсан бөгөөд дээрх ажиллагсад хөшүүрэгтэй төмөр холбогч савааны тусламжтайгаар холбогдсон байв.

Пистон бүрийн гадаргуугийн дагуу, оройгоос ойролцоогоор 1 см зайд өргөн 5 мм × гүн 5 мм тойрог хонхор ухна. Энэ хонхор нь пистон ба нүхний хоорондох зайг битүүлэх савхин боодлыг хүлээн авна. Зузаан ургамлын гаргаль шингээсэн савхиг (2 мм зузаантай) пистоны тойргийн уртад яг таарахаар, 8 мм өргөнтэй тууз болгон зүсэж, 30 минутын турш зайтүн тосонд дэвтээж зөөлрүүлээд, хонхорт дарна. Тосоор хавдсан савхи хонхорыг дүүргэж, цилиндрийн нүхэнд шахагдан даралтанд тэсвэртэй ажлын битүүлэгчийг үүсгэнэ.

Каждый обратный клапан состоит из бронзового диска (седла клапана) с центральным отверстием диаметром 1,5 см и немного большего бронзового диска (заслонки) диаметром 2 см и толщиной 1 мм, расположенного так, чтобы закрывать отверстие седла с одной стороны. Когда давление действует снизу на седло, заслонка поднимается и пропускает поток. Когда давление меняет направление, заслонка прижимается к отверстию седла и перекрывает обратный поток. Седло и заслонка должны быть притерты (отшлифованы вместе мелкой абразивной пастой — порошкообразным наждаком, смешанным с оливковым маслом) до тех пор, пока не образуют плоское прилегание без видимого просвета света при просмотре на свету свечи.

В качестве альтернативы используйте шариковые обратные клапаны: бронзовый или железный шарик, немного больший отверстия седла, свободно удерживаемый в клетке над седлом. Шарик опускается на седло под действием силы тяжести и обратного давления, перекрывая отверстие; прямое давление поднимает шарик с седла. Шариковые клапаны проще в изготовлении, чем заслоночные, и менее подвержены заеданию. Насос в Помпеях использовал поворотные клапаны, похожие на заслоночную конструкцию.

Цилиндр бүрт хоёр клапаны корпус шаардлагатай: доод талд нь оруулах хяналтын клапан (сорох цохилтын үед эх сурвалжаас усыг цилиндрт татах) болон дээд талд нь гаралтын хяналтын клапан (шахах цохилтын үед нийтлэг гаралт руу ус хүргэх). Оруулах клапаны корпус нь усны эх сурвалжид живсэн оруулах хоолой эсвэл сорох хоолойтой холбогдоно. Гаралтын клапаны корпус нь цэг рүү хүргэдэг нийтлэг гаралтын хоолойтой холбогдоно.

Клапаны корпусуудыг хүрэлтээр эсвэл гагнуураар хүрэлээс хийж, цилиндрийн үзүүрүүдтэй мушгиа эсвэл дарангуйлсан холболтоор холбоно. Оруулах холбоос доош эсвэл хажуу тийш харсан байх ёстой; гаралт нь дээш чиглэж, хоёр цилиндрийн дээр байрлах нийтлэг гаралтын коллектортой холбогдоно. Хяналтын клапануудыг корпусд зөв чиглэлтэйгээр суулгана — оруулах хяналтын клапаныг буруу чиглэлээр суулгавал (ухралтыг хаахын оронд цилиндрт орох урсгалыг хаана) энэ нь хамгийн түгээмэл угсралтын алдаа бөгөөд бусад бүх зүйл зөв барисан ч ус шахахгүй насос үүсгэдэг.

Нийтлэг гаралтын коллектор нь хоёр гаралтын шалгах хавхлагаас даралттай хангамжийг хүлээн авч, тэднийг нэг гаралтын хоолойд нэгтгэдэг хүрэн гууль хайрцаг юм. Мөн энэ нь агаарын камерын үүрэг ("чичирхийллийн дарагч") гүйцэтгэдэг: коллектор доторх битүү агаарын халаас поршений хүчилтийн хагас мөчлөг бүрт хангамжийн даралт нэмэгдэхэд шахагдаж, сорох хагас мөчлөгт тэлдэг. Ингэснээр даралтын хэлбэлзэл жигдэрч, урсгал илүү тогтвортой болно. Энэ агаарын дэвсгэргүйгээр урсгал мөчлөг бүрт огцом өсч, пульсаци үүснэ.

Коллекторыг дотоод эзэлхүүн нь нэг цилиндрийн шахагдах эзэлхүүнтэй (поршений талбай, мөчлөгийн урт үржвэр) ойролцоогоор тэнцүү байхаар цутгана. Цаг хугацааны явцад агаарын дэвсгэр усжвал агаараар дахин цэнэглэх боломжтой, дээд талд нь салгагддаг бөглөөтэй байх ёстой. Хоёр цилиндрийн гаралтын хавхлагыг коллекторын доод талд, хангамжийн хоолойг нэг талд холбоно. Гаралтын урсгалыг хязгаарлахгүйн тулд хангамжийн хоолойн диаметр хамгийн багадаа цилиндрийн цооногтой тэнцүү байх ёстой.

Рабочая балка представляет собой горизонтальный рычаг, закреплённый в центре на опорной стойке, при этом к каждому концу балки присоединён один шток поршня. Когда один конец балки опускается (вдавливая один поршень вниз), другой конец поднимается (вытягивая другой поршень вверх). Это качательное движение приводит оба цилиндра в точную противофазу: когда поршень A находится в нижней точке хода нагнетания, поршень B находится в верхней точке хода всасывания, и наоборот. Балка должна быть достаточно жёсткой, чтобы передавать полное усилие насоса без прогиба.

Изготовьте балку из прямослойного дуба сечением примерно 5 см × 8 см и достаточной длины для обеспечения требуемого хода. При ходе поршня 10 см концы балки должны перемещаться по вертикали на 10 см: при половине длины от оси до конца 60 см вертикальное перемещение конца 10 см требует углового поворота arcsin(10/60) ≈ 10°, что удобно для ручного управления. Закрепите балку на бронзовом штифте через опорный кронштейн из твёрдой древесины или бронзы, установленный над двумя цилиндрами и между ними.

Каждый поршень соединяется с соответствующим концом балки чугунным поршневым штоком диаметром примерно 1 см. Шток должен передавать усилие нажатия (на ходе нагнетания) и усилие растяжения (на ходе всасывания) — это означает, что шток попеременно работает на растяжение и сжатие, поэтому соединения на обоих концах должны быть жёсткими (нельзя полагаться только на силу тяжести для поддержания контакта). Закрепите верхний конец штока на балке чугунным шарнирным пальцем, проходящим через конец балки; закрепите нижний конец штока на поршне поперечным штифтом, проходящим через просверленное отверстие в днище поршня.

Поршневой шток должен быть точно выровнен по вертикали относительно расточки цилиндра — любое угловое смещение создаёт боковую нагрузку, которая прижимает поршень к стенке цилиндра, увеличивая трение и ускоряя износ кожаной набивки. Проверку соосности выполните, опустив поршень в цилиндр на штоке при балке в среднем положении: шток должен висеть строго отвесно, не касаясь стенки цилиндра. Регулируйте положение оси балки или крепление цилиндра до достижения вертикальности.

Соедините корпуса впускных клапанов с общей всасывающей трубой (или с отдельными всасывающими трубками), ведущими к источнику воды. Всасывающая труба должна быть герметичной: любая утечка воздуха со стороны всасывания означает, что поршень будет засасывать воздух вместо воды, и залив нарушится. Теоретический максимальный подъём воды при всасывании для любого поршневого насоса составляет 10,3 метра (столб воды, уравновешиваемый атмосферным давлением), однако на практике надёжным пределом является 5–6 метров при кожаных уплотнениях поршней и стыках, загерметизированных сосновой смолой, а не при использовании обработанного металла.

Перед первым запуском залейте насос водой: полностью заполните цилиндры и корпуса клапанов водой, через съёмную пробку в верхней части каждого цилиндра. Вода для залива создаёт жидкостное уплотнение, которое позволяет обратным клапанам работать, а поршням создавать давление всасывания. Без залива поршни лишь неэффективно сжимают и расширяют воздух — насос просто «дышит», не подавая воду. Для первых 20 ходов приводите балансир в движение медленно, вручную, чтобы воздушные пузырьки вышли через выпускное отверстие, и только после этого переходите к полной рабочей скорости.

Минутад 60 удаа цохилтоор (хөшүүргийн 30 бүтэн мөчлөг) 10 см цохилт ба 5 см цооногтой үед (цохилт бүрийн шилжих эзлэхүүн = π/4 × 5² × 10 = 196 см³ ≈ 0,2 литр), онолын урсгалын хурд 0,2 × 30 × 2 цилиндр = минутад 12 литр байна. Хавхлагын алдагдал, поршений тойрог урсгал, хоолойн үрэлтээс шалтгаалан бодит урсгал онолын 70–80%-ийг эзэлнэ — минутад 8–10 литр гэж хүлээгдэнэ. Энэ нь Ромын галтай тэмцэх хэрэглээтэй таарч байна: 1,5 см диаметртэй хушуугаар 0,5–1 бар хэмжигдэхүүн даралттай хангахад минутад 10 литр нь хүчтэй урсгал болно.

Гаралтын коллектортой холбогдсон босоо нээлттэй хоолойд насос усыг хэдий хэмжээний өндөрт хүргэж чадахыг хэмжих замаар шахах даралтыг туршина. Минутад 10 литрийн урсгалын хурд ба 5 метрийн шахах өндөр (0,5 бар) нь ойролцоогоор 8 ваттын гидравлик чадлыг илэрхийлнэ — орчин үеийн стандартаар даруухан боловч гараар ажилладаг, жин нь магадгүй 15–20 кг, нэг хүн ажиллуулах боломжтой жижиг төхөөрөмжөөр хийгдсэн. Ромын галтай тэмцэх хувилбар (сифон) нь өндөр урсгалын хурдны тулд хөшүүргийн дээр хоёр оператор ашигладаг байв.

Кожаные уплотнения поршня требуют наибольшего объёма технического обслуживания. Кожаная набивка усыхает и твердеет при высыхании, когда её оставляют вне воды, и теряет способность к уплотнению. Если насос будет выведен из эксплуатации более чем на одну неделю, перед хранением замочите кожаные уплотнения в льняном масле или животном жире, чтобы предотвратить высыхание. При повторном вводе в эксплуатацию снова замочите насос в воде на 30 минут, прежде чем пытаться заполнить и запустить его — кожаному материалу нужно время, чтобы набухнуть до своих уплотнительных размеров.

Притирку обратного клапана (перешлифовку сопрягаемых поверхностей седла и заслонки) следует выполнять ежегодно или всякий раз, когда производительность подачи снижается более чем на 25% по сравнению с показателями при вводе в эксплуатацию. Снимите заглушки корпуса клапана, извлеките заслонки клапана и перешлифуйте седло и заслонку вместе мелкой наждачной пастой, пока сопрягаемые поверхности не покажут равномерный серый контактный рисунок по всему периметру седла без светлых (не контактирующих) пятен. Идеально притёртый обратный клапан может удерживать противодавление 1 бар без утечки — проверяйте, подавая воздух под давлением с помощью сильфона и убеждаясь в отсутствии пузырей в месте соединения с помощью мыльной воды.

Ромын vigiles (галын анги) MЭ 6 орчим оны үед Августусын санаачилгаар байгуулагдаж, Ромын арван дөрвөн дүүрэгт долоон когорт байрлуулсан байв. Когорт бүр дугуйтай тэрэгт суурилсан хэд хэдэн sipho (Ктесибиан шахуурга)-тай байсан бөгөөд ойрын цистерн эсвэл аквадукийн усны цэгээс хэлхээ гар дамжуулалтаар усаар дүүргэдэг байв. Түүхэн баримтад нэгдүгээр давхрын галыг хүртэл усаар цацаж чаддаг шахуургуудын тухай бичсэн нь хоолойгоор 4–5 метр өндөрт ус өргөх даралттай байсныг харуулж, энэ загварын зохион бүтээлтийн параметртэй нийцэж байна.

Одоо Неаполь Үндэсний археологийн музейд байрлах Помпейн шахуурга (бүртгэлийн дугаар 75202) хамгийн сайн хадгалагдсан жишээ хэвээр байна: дотоод диаметр нь 4.2 см, цохилт 18 см, хоёр үзүүрт бариултай тэнцвэрийн дам бүхий хоёр хүрэл цилиндртэй. Одоогийн шахуурга ойролцоогоор 12 кг жинтэй бөгөөд нэг хүний шахах хурдаар минутад 7–8 литр ус гаргаж чадсан байж магадгүй. Ромын байнгын галын эрсдэл нягт суурьшсан insulae (орон сууцны блок)-д шахуурга нь ус хангасан аквадукийн адил хотын дэд бүтцэд чухал байсан.