Hydraulisk kraftnett - Hydraulic power network

Pumpestasjonen og den hydrauliske akkumulatoren på Bristol Docks

Et hydraulisk kraftnett er et system med sammenkoblede rør som bærer væske under trykk som brukes til å overføre mekanisk kraft fra en strømkilde, som en pumpe , til hydraulisk utstyr som heiser eller motorer. Systemet er analogt med et elektrisk nett som overfører kraft fra en generasjonsstasjon til sluttbrukere. Bare noen få hydrauliske kraftoverføringsnett er fortsatt i bruk; moderne hydraulisk utstyr har en pumpe innebygd i maskinen. På slutten av 1800-tallet kan et hydraulisk nettverk ha blitt brukt på en fabrikk, med en sentral dampmaskin eller vannturbin som driver en pumpe og et system med høytrykksrør som overfører kraft til forskjellige maskiner.

Ideen om et offentlig hydraulisk kraftnett ble foreslått av Joseph Bramah i et patent innhentet i 1812. William Armstrong begynte å installere systemer i England fra 1840-tallet ved bruk av lavtrykksvann, men et gjennombrudd skjedde i 1850 med innføringen av den hydrauliske akkumulatoren. , som tillot bruk av mye høyere trykk. Det første offentlige nettverket, som leverte mange selskaper, ble bygget i Kingston upon Hull , England. Hull Hydraulic Power Company startet i 1877, med Edward B. Ellington som ingeniør. Ellington var involvert i de fleste av de britiske nettverkene, og noen lenger borte. Offentlige nettverk ble bygget i Storbritannia i London , Liverpool , Birmingham , Manchester og Glasgow . Det var lignende nettverk i Antwerpen , Melbourne , Sydney , Buenos Aires og Genève . Alle de offentlige nettverkene hadde opphørt å virke på midten av 1970-tallet, men Bristol Harbour har fremdeles et operativsystem med en akkumulator som ligger utenfor hovedpumphuset, slik at driften lett kan visualiseres.

Historie

Joseph Bramah , en oppfinner og låsesmed bosatt i London, registrerte et patent på London Patent Office 29. april 1812, som hovedsakelig handlet om et tilbud om et offentlig vannforsyningsnett, men inkluderte et sekundært konsept for tilveiebringelse av høyt trykk vannledning, som vil gjøre det mulig for verksteder å betjene maskiner. Høytrykksvannet vil bli påført "til en rekke andre nyttige formål, som det samme aldri tidligere har blitt brukt på." Hovedkomponentene i systemet var en ringledning, hvor en rekke pumpestasjoner skulle pumpe vannet, med trykk regulert av flere luftfartøyer eller lastede stempler. Trykkavlastningsventiler vil beskytte systemet, som han mente kunne levere vann ved et trykk på "et stort antall atmosfærer", og i konseptet var dette hvordan senere hydrauliske kraftanlegg fungerte.

I Newcastle upon Tyne jobbet en advokat ved navn William Armstrong , som hadde eksperimentert med vanndrevne maskiner, for et advokatfirma som ble utnevnt til å handle på vegne av Whittle Dene Water Company. Vannselskapet var opprettet for å forsyne Newcastle drikkevann, og Armstrong ble utnevnt til sekretær på det første aksjonærmøtet. Rett etterpå skrev han til Newcastle Town Council og foreslo at kranene på kaien skulle omgjøres til hydraulisk kraft. Han ble pålagt å utføre arbeidet for egen regning, men ville bli belønnet hvis konverteringen var en suksess. Det var, og han opprettet Newcastle Cranage Company, som mottok en ordre for konvertering av de fire andre kranene. Videre arbeid fulgte, med ingeniøren fra Liverpool Docks som besøkte Newcastle og ble imponert over en demonstrasjon av kranens allsidighet, gitt av kranføreren John Thorburn, kjent lokalt som "Hydraulic Jack".

Mens Newcastle-systemet kjørte på vann fra den offentlige vannforsyningen, var ikke kranen installert av Armstrong i Burntisland, der et slikt alternativ var mulig, og derfor bygde han et 55 meter stort tårn med en vanntank ved topp, som ble fylt av en 6 hk (4,5 kW) dampmotor. I Elswick i Glasgow overtalte avgiftene fra Corporation Water Department for vannet som ble brukt, eierne om at bruken av en dampdrevet kran ville være billigere. Bramahs konsept med "lastede stempler" ble introdusert i 1850, da den første hydrauliske akkumulatoren ble installert som en del av en ordning for kraner for Manchester, Sheffield og Lincolnshire Railway . En ordning for kraner på Paddington året etter spesifiserte en akkumulator med et 10-tommers (250 mm) stempel og et slag på 15 fot (4,6 m), som muliggjorde et trykk på 600 pund per kvadrattomme (41 bar). Sammenlignet med 5,5 bar (80 psi) i Newcastle-ordningen reduserte dette økte trykket vannmengdene betydelig. Kraner var ikke den eneste applikasjonen, og hydraulisk betjening av bryggeportene i Swansea reduserte driftstiden fra 15 til to minutter, og antall menn som trengs for å betjene dem fra tolv til fire. Hver av disse ordningene var for en enkelt kunde, og bruken av hydraulisk kraft krevde mer generelt en ny modell.

Offentlig makt i Storbritannia

Machell Street hydraulisk pumpestasjon i Hull, som viser vannet som legger seg på taket

Kingston upon Hull

Den første praktiske installasjonen som leverte hydraulisk kraft til publikum var i Kingston upon Hull , i England. Hull Hydraulic Power Company startet sin virksomhet i 1876. De hadde 4,0 km rør, som hadde en diameter på opptil 150 mm og løp langs vestbredden av Hull River fra Sculcoates bro til veikrysset. med Humber . Pumpestasjonen var nær den nordlige enden av rørledningen, på Machell Street, nær den nedlagte Scott Street bascule bridge, som ble drevet hydraulisk. Det var en akkumulator på Machell Street, og en annen mye nærmere Humber, på hjørnet av Grimsby Lane. Spesielle bestemmelser ble gjort der trykkhovedet passerte under inngangen til Queens Dock. I 1895 pumpet pumper med en effekt på 250 hk (190 kW) rundt 500 000 keiserlige gallon (2300 m ³ ) vann inn i systemet hver uke, og 58 maskiner ble koblet til det. Arbeidstrykket var 48 bar (700 psi), og vannet ble brukt til å betjene kraner, bryggeporter og en rekke andre maskiner tilknyttet skip og skipsbygging. Hull-systemet varte til 1940-tallet, da den systematiske bombingen av byen under andre verdenskrig førte til ødeleggelse av mye av infrastrukturen, og selskapet ble avviklet i 1947, da FJ Haswell, som hadde vært leder og ingeniør siden 1904, pensjonist.

Mannen som var ansvarlig for Hull-systemet var Edward B. Ellington , som hadde steget ut til å bli administrerende direktør for Hydraulic Engineering Company, basert i Chester, siden han begynte i 1869. På tidspunktet for installasjonen virket en slik ordning som "et sprang i mørket", ifølge RH Tweddell som skrev i 1895, men til tross for mangel på entusiasme for ordningen, skjøt Ellington fremover og brukte det som en testseng for både det mekaniske og det kommersielle ved ideen. Han ble til slutt involvert på et eller annet nivå i de fleste av de hydrauliske kraftnettene i Storbritannia. Suksessen med slike systemer førte til at de ble installert så langt unna som Antwerpen i Belgia, Melbourne og Sydney i Australia og Buenos Aires i Argentina.

Uavhengige hydrauliske kraftnettverk ble også installert ved Hull's dokker - både Albert Dock (1869) og Alexandra Dock (1885) installerte hydrauliske generasjonsstasjoner og akkumulatorer.

London

Det mest kjente offentlige hydrauliske nettverket var det byomspennende nettverket til London Hydraulic Power Company . Dette ble dannet i 1882, som General Hydraulic Power Company, med Ellington som rådgivende ingeniør. I 1883 hadde en annen virksomhet, Wharves and Warehouses Steam Power and Hydraulic Pressure Company, begynt å operere, med 11 km (11 km) trykkledninger på begge sider av Themsen . Disse leverte kraner, bryggeporter og andre tunge maskiner. I henhold til vilkårene i en lov fra parlamentet som ble oppnådd i 1884, ble de to selskapene slått sammen til å bli London Hydraulic Power Company. Opprinnelig tilførte 17,75 millioner liter (80,7 megaliter) høytrykksvann hver dag, hadde dette steget til 1650 millioner gallon (7500 megaliter) innen 1927, da selskapet drev rundt 8000 maskiner fra forsyningen. De opprettholdt 296 km strømnettet ved 48 bar, som dekket et område som nådde Pentonville i nord, Limehouse i øst, Nine Elms og Bermondsey i sør og Earls Court og Notting Hill i vest.

Det bevarte pumpeutstyret i Wapping pumpestasjon, som var eid av London Hydraulic Power Company

Fem pumpestasjoner holdt nettet under trykk, assistert av akkumulatorer. Den opprinnelige stasjonen var på Falcon Wharf, Bankside, men denne ble erstattet av fire stasjoner ved Wapping, Rotherhithe, Grosvenor Road i Pimlico og City Road i Clerkenwell. En femte stasjon ved East India Docks ble opprinnelig drevet av Port of London Authority , men ble overtatt og koblet til systemet. Stasjonene brukte dampmotorer til 1953, da Grosvenor Road stasjon ble omgjort til å bruke elektriske motorer, og etter suksessen til dette prosjektet ble også de andre fire omgjort. Elektromotorene tillot bruk av mye mindre akkumulatorer, siden de da bare kontrollerte trykket og strømmen, i stedet for å lagre kraft. Mens nettverket leverte heiser, kraner og dockgates, drev det også kabaretplattformen på Savoy Hotel, og fra 1937 720-tonns tre-seksjonssentralen på Earls Court Exhibition Centre , som kunne heves eller senkes i forhold til hovedetasjen for å konvertere mellom et svømmebasseng og en utstillingshall. London-systemet ble kontrakt under andre verdenskrig på grunn av ødeleggelsen av kundenes maskiner og lokaler. Etter krigshandlingene ble store områder i London rekonstruert, og omdirigering av strømnettet var mye vanskeligere enn å levere strøm, slik at antall maskiner i 1954 hadde falt til 4286. Selskapet ble avviklet i 1977.

Liverpool

Et system begynte å operere i Liverpool i 1888. Det var et utløp for det Londonbaserte General Hydraulic Power Company, og ble godkjent av parlamentets handlinger som ble innhentet i 1884 og 1887. Innen 1890 hadde det vært 26 kilometer strømnettet installert, levert av en pumpestasjon på Athol Street, ved bredden av Leeds og Liverpool Canal . Selv om vann opprinnelig ble hentet fra kanalen, var renere vann levert av Liverpool Corporation i bruk innen 1890, og fjernet behovet for et filtreringsanlegg. På dette tidspunktet var to pumpesett i bruk, og en tredje ble installert. Trykket ble opprettholdt av to akkumulatorer, hver med et 18-tommers (460 mm) diameter stempel med et slag på 6,1 m. Praktikeren siterte trykket som 5,2 bar (75 pund per kvadrattomme), men dette er usannsynlig å være riktig i forhold til andre systemer. En annen pumpestasjon på Grafton Street var i drift i 1909. Systemet opphørte i 1971.

Birmingham

Birmingham fikk systemet i 1891, da Dalton Street hydraulikkstasjon åpnet. I et uvanlig trekk hadde JW Grey, vannavdelingsingeniøren for byen, lagt strømnettet under gatene i noen år og forventet behovet for et slikt system. Hydraulikkstasjonen brukte Otto 'Silent' type bensinmotorer, og hadde to akkumulatorer, med et 18-tommers (460 mm) stempel, et slag på 6,1 meter og hver fylt med en vekt på 93 tonn. Bensinmotorene ble startet av en liten hydraulisk motor, som brukte den hydrauliske energien som var lagret i akkumulatorene, og alt utstyr ble levert av selskapet til Ellington. Det er kjent at det er svært få dokumenter som beskriver detaljene i systemet.

Manchester og Glasgow

De to siste offentlige systemene i Storbritannia var i Manchester , bestilt i 1894, og Glasgow , bestilt året etter. Begge var utstyrt av Ellingtons firma, og brukte høyere trykk på 1120 psi (77 bar). Dette ble opprettholdt av seks sett med trippelekspansjonsdampmotorer, vurdert til 200 hk (150 kW) hver. To akkumulatorer med stempler med 18-tommers (460 mm) diameter, et slag på 7,0 m (23 fot) og lastet med 127 tonn ble installert. I Manchester ble den hydrauliske stasjonen bygget på østsiden av Gloucester Street, av jernbanestasjonen Manchester Oxford Road . Det ble senere supplert med stasjoner ved Water Street og Pott Street, sistnevnte nå under parkeringsplassene til Central Retail Park. På sitt høydepunkt på 1930-tallet besto systemet av 56 km rør, som var koblet til 2400 maskiner, hvorav de fleste ble brukt til å presse bomull. Systemet ble stengt i 1972. I Glasgow var pumpestasjonen i krysset mellom High Street og Rottenrow. I 1899 leverte den strøm til 348 maskiner, og ytterligere 39 var i ferd med å bli ferdig. Rørene hadde en diameter på 180 mm, og det var rundt 48 kilometer av dem innen 1909, da 202 141 keiserlige liter (918,95 m ³ ) høytrykksvann ble levert til kundene. Systemet ble stengt i 1964.

Systemer utenfor Storbritannia

Antwerpen

Alle de britiske systemene var designet for å gi strøm til periodiske prosesser, for eksempel betjening av dokker eller kraner. Systemet som ble installert i Antwerpen var noe annerledes, fordi det primære formålet var produksjon av elektrisitet til belysning. Den ble satt i drift i 1894, og brukte pumpemotorer som produserte totalt 1000 hk (750 kW) for å levere vann på 52 bar (750 psi). Ellington, som skrev i 1895, uttalte at han syntes det var vanskelig å se at dette var en økonomisk bruk av hydraulisk kraft, selv om tester som ble utført ved hans arbeider i Chester i oktober 1894, viste at virkningsgrader på 59 prosent kunne oppnås ved å bruke et Pelton-hjul direkte. koblet til en dynamo.

Australia

To store systemer ble bygget i Australia. Den første var i Melbourne , der Melbourne Hydraulic Power Company begynte å operere i juli 1889. Selskapet ble godkjent av en lov fra det viktorianske parlamentet som ble vedtatt i desember 1887, og konstruksjonen av systemet begynte, med Coates & Co. som fungerte som rådgivende ingeniører. , og George Swinburne som jobbet som ingeniørleder. Damppumpeanlegget ble levert av Abbot & Co. fra England. Ekspansjonen var rask, med rundt 70 maskiner, hovedsakelig hydrauliske heiser, koblet til systemet innen utgangen av 1889, og en tredje dampmaskin måtte installeres i midten av 1890, noe som mer enn doblet systemets kapasitet. En fjerde pumpemotor ble lagt til i 1891, da var det 100 kunder koblet til strømnettet. Strømnettet var en blanding av 4-tommers (100 mm) og 6-tommers (150 mm) rør. Vannet ble ekstrahert fra Yarra-elven til 1893, hvoretter det ble hentet fra forsyningen til offentlige arbeider. Det var rundt 26 kilometer strømnettet i 1897. En annen pumpestasjon ble lagt til i 1901, og i 1902 ble 102 millioner liter (454 megaliter) trykkvann brukt av kundene.

Systemet ble drevet som et kommersielt foretak frem til 1925, hvoretter virksomheten og dens eiendeler vendte tilbake til byen Melbourne, som spesifisert i den opprinnelige loven. En av de tidlige forbedringene som bystyret gjorde var å konsolidere systemet. Damppumpene ble erstattet av nye elektriske pumper, som ligger i Spencer Street kraftstasjon, som dermed leverte både elektrisk kraft og hydraulisk kraft til byen. Det hydrauliske systemet fortsatte å fungere under kommunalt eierskap til desember 1967.

I januar 1891 kom et system i Sydney på nett etter å ha blitt godkjent av parlamentets lov i 1888. George Swinburne var igjen ingeniør, og systemet leverte strøm til rundt 200 maskiner innen 1894, som inkluderte 149 heiser og 20 dokker. kraner. Driftsselskapet var Sydney and Suburbs Hydraulic Power Company, senere forkortet til Sydney Hydraulic Power Company. Trykkledningen hadde enten en diameter på 100 mm eller en diameter på 150 mm, og på sitt høydepunkt var det rundt 80 kilometer med strømnettet som dekket et område mellom Pyrmont , Woolloomooloo og Broadway . I 1919 ble de fleste av 2369 heiser i storbyområdet hydraulisk betjent. Pumpestasjonen, sammen med to akkumulatorer, befant seg i Darling Harbour- distriktet, og de originale dampmotorene ble erstattet av tre elektriske motorer som kjørte sentrifugalpumper i 1952. Ordningen forble i privat eie til den ble død i 1975, og pumpestasjonen har siden blitt gjenbrukt som en taverna.

Buenos Aires

Ellingtons system i Buenos Aires ble designet for å drive en ordning for kloakkpumping i byen.

Genève

Genève opprettet et offentlig system i 1879 ved hjelp av en 300 hk (220 kW) dampmaskin installert ved Pont de la Machine for å pumpe vann fra Genfersjøen, som ga drikkevann og en vannforsyning for byen. Vannkraften ble brukt av rundt hundre små verksteder som hadde installert Schmid-vannmotorer. Motoren til motorene var mellom 1 og 4 hk (0,75 og 2,98 kW), og vannet ble tilført ved et trykk på 2 til 3 bar (29 til 44 psi).

På grunn av økt etterspørsel ble et nytt pumpeanlegg installert som startet i drift i 1886. Pumpene ble drevet av Jonval-turbiner ved bruk av vannkraften i elven Rhône . Denne strukturen ble kalt Usine des Forces Motrices og var en av de største konstruksjonene for generering og distribusjon av kraft på tidspunktet for konstruksjonen. I 1897 hadde totalt 18 turbiner blitt installert, med en samlet vurdering på 3,3 MW.

Distribusjonsnettet brukte tre forskjellige trykknivåer. Drikkevannsforsyningen brukte det laveste trykket, mens mellom- og høytrykksnettet fungerte som hydrauliske kraftnett. Mellomtrykksledningen drev på 6,5 bar (94 psi) og i 1896 var det installert rundt 82 km rør. Den ble brukt til å drive 130 Schmid- vannmotorer med en bruttoeffekt på 230 hk (170 kW). Høytrykksnettverket hadde et driftstrykk på 14 bar (200 psi) bar og hadde en total lengde på 58 miles (93 km). Den ble brukt til å drive 207 turbiner og motorer, samt heisdrev, og hadde en bruttoeffekt på 3000 hk (2200 kW).

Mange turbiner ble brukt til å drive generatorer for elektrisk belysning. I 1887 ble det bygd et kraftproduksjonsanlegg ved siden av kraftverket, som genererte 110 V DC med en maksimal effekt på 800 hk (600 kW) og et AC-nettverk med en maksimal effekt på 600 hk (450 kW). Generatorene ble drevet av en vannturbin levert fra det hydrauliske kraftnettet. Det hydrauliske kraftnettet var ikke i konkurranse med den elektriske strømforsyningen, men ble sett på som et supplement til det, og fortsatte å levere strøm til mange kunder frem til den økonomiske krisen på 1930-tallet, da etterspørselen etter trykkvann som energikilde gikk ned . Den siste vannmotoren ble tatt ut av drift i 1958.

For å unngå overdreven trykkoppbygging i det hydrauliske kraftnettet ble det montert en utløserventil ved siden av hovedhuset til kraftverket. En høy vannfontene, Jet d'Eau , ble kastet ut av enheten når den ble aktivert. Dette skjedde vanligvis på slutten av dagen da fabrikkene slo av maskinene sine, noe som gjorde det vanskelig å kontrollere trykket i systemet, og å justere tilførselen av trykkvann for å matche den faktiske etterspørselen. Den høye fontenen var synlig på lang avstand og ble et landemerke i byen. Da det ble funnet en ingeniørløsning som gjorde fontenen overflødig, kom det et skrik, og i 1891 ble den flyttet til sin nåværende beliggenhet i sjøen, hvor den utelukkende fungerte som en turistattraksjon, selv om vannet for å skape det fremdeles kom fra hydraulisk nettverk.

Sammendrag

Arv

Den eksterne hydrauliske akkumulatoren ved Bristol Harbor

Bristol Harbor har fortsatt et fungerende system, pumping maskiner som ble levert av Fullerton, Hodgart og Barclay av Paisley , Skottland i 1907. Motoren Huset er en klasse II * oppført bygning bygd i 1887, fullt bestilt av 1888, med en tårnet i den ene enden for å huse den hydrauliske akkumulatoren. En annen akkumulator ble montert utenfor bygningen (datert 1954), som gjør det lettere å visualisere driften av systemet.

En rekke gjenstander, inkludert bygningene som ble brukt som pumpestasjoner, har overlevd bortfallet av offentlige hydrauliske kraftnettverk. I Hull har Machell Street pumpestasjon blitt gjenbrukt som et verksted. Bygningen støtter fremdeles taktakstanken av støpejern i seksjoner som brukes for å la siltbelastet vann i Hull-elven legge seg, og er preget av en blå plakett for å feire dens betydning. I London er Bermondsey pumpestasjon, bygget i 1902, i bruk som ingeniørarbeid, men beholder skorsteinen og akkumulatortårnet, mens stasjonen i Wapping er praktisk talt komplett og beholder alt utstyret som fortsatt er i orden. Bygningen er klasse II * oppført på grunn av sin fullstendighet.

I Manchester ble pumpestasjonen Water Street, bygget i barokkstil mellom 1907 og 1909, brukt som verksted for City College, men har vært en del av People's History Museum siden 1994. Et av pumpesettene er flyttet til museet. av vitenskap og industri , hvor den har blitt satt i stand og utgjør en del av et større display om hydraulisk kraft. Pumpene ble laget av Manchester-firmaet Galloways.

Genève har fortsatt Jet d'Eau-fontenen, men siden 1951 har den vært drevet av en delvis nedsenket pumpestasjon, som bruker vann fra innsjøen i stedet for byens vannforsyning. To Sulzer- pumper, kalt Jura og Salève, skaper en fontene som stiger til en høyde på 140 meter over vannoverflaten.

Se også

• Kraftoverføring
• Vannkraft ved pumpelagring
• Pneumatisk rør

Bibliografi

Referanser

Litteratur