Водяное колесо – это механическое устройство, которое преобразует энергию потока воды в энергию вращательного движения для того, чтобы на оси колеса совершать работу. Существует три вида водяных колес: подливное, наливное и среднебойное; их схемы приведены на рисунке 1.

Обозначения рисунка 1: а – подливное колесо, б – среднебойное колесо, в – наливное колесо.

Первые водяные колеса были подливными. Древние египтяне и персы использовали подливные колеса в своих черпаковых подъемниках воды, которые теперь известны под названием норий. (Рисунок 2).

Лопасти такого колеса опускаются в поток воды, и движущаяся вода вращает колесо в обратном направлении. Для увеличения отбора энергии из водного источника прямые лопатки колеса стали делать в виде ковшей. Из-за того, что в каждый момент времени лишь малая часть лопастей колеса подвергается давлению со стороны потока воды, коэффициент полезного действия (КПД) подливного колеса составляет не более 35%.
Среднебойное колесо используется, если в потоке воды имеется некоторый перепад высот. Такое колесо также вращается против направления, в котором течет вода.
В наливных колесах поток воды падает на верхнюю часть колеса и заставляет его вращаться вперед. КПД наливных колес составляет 70-90%.
До эпохи Возрождения применялись только подливные колеса; остальные виды водяных колес привлекли к себе внимание позже. Первые водяные колеса делались из дерева, железные детали в них стали широко использоваться только в период Возрождения.
 

 

 

С помощью водяного колеса энергия движущейся воды преобразуется во вращательное движение, которое можно использовать для привода различных устройств, например насосов или водяных мельниц. Энергия воды может также использоваться для вращения генераторов постоянного или переменного тока. Водяные колеса практически бесшумны и не загрязняют окружающую среду.

Также водяное колесо применяют в нориях. Нория — это устройство, предназначенное для подъёма жидкостей (подливное водяное колесо) или сыпучих материалов в вертикальном направлении.

Подливное водяное колесо — самое древнее, его с древнейших времён использовали для ирригации древние египтяне и персы. В простейшей нории на ободе установлены прямые лопатки; нижние лопатки погружаются в водный поток. Течение давит на лопатки, и колесо вращается. Для увеличения отбора энергии из водного источника лопатки колеса стали делать в виде ковшей.

Для сыпучих материалов нория представляет собой вертикальный ленточный (или цепной) конвейер с ковшами, за счёт непрерывного перемещения которых осуществляется подъём материала. Как правило, конвейер помещают в прямоугольной трубе.
Материал в нижней части подхватывается ковшами, перемещается вертикально и выгружается через патрубок в горизонтальном направлении в верхней части нории. Ковши идут вниз опрокинутыми.
Максимальная высота подъёма материала, как правило, не превышает 60 м.
Применяется в комбикормовой, мукомольной и химической промышленности.

С появлением в начале 19 в. гидравлических турбин водяные колеса утратили свое былое значение. Теперь они используются лишь в малых энергетических установках. Коэффициент полезного действия современных наливных колес доходит до 85% (или чуть больше), среднебойных – до 75%, подливных – до 35%. Самым большим водяным колесом наливного вида является, вероятно, колесо Лэкси (диаметром 22 м), установленное на о.Мэн в Англии.

Водяное колесо, простейший гидравлический двигатель, приводимый в действие энергией потока воды. Применялось с древнейших времён в системах орошения в Египте, Индии, Китае и других странах, позднее - для привода водяных мельниц, рабочих машин и механизмов мелких производств. Основные недостатки: малые мощность, частота вращения и кпд, громоздкость.