مقدمه و تاریخچه
هیدرولیک علم استفاده از مایع محدود ، برای انتقال نیرو و حرکت و یا تبدیل منبع قدرت به نیروی قابل استفاده می باشد و هیدرولیک صنعتی یعنی انتقال دادن و فرمان دادن به نیروها و حرکات توسط مایع .
از زمانهای قدیم ، هیدرولیک مورد استفاده بشر بوده و مصریها ظاهراً در این کار پیش‌قدم بوده اند و آنها وسیله‌ای ساخته یودند که توسط آن بتوانند آب رودخانه نیل را به ارتفاع بالاتری ببرند و مزارع خود را آبیاری کنند .
کلمه هیدرولیک (Hydroulics) یک کلمه یونانی است و از کلمه Hydros به مفهوم آب گرفته شده . ارشمیدس مهندس و ریاضیدان قدیم یونان ، مطالعات زیادی در هیدرولیک داشت و وسیله‌ای برای پمپاژ آب اختراع کرد که هم اکنون آن را مارپیچ ارشمیدس می نامند .
در قرن شانزدهم میلادی دانشمند ایتالیایی به نام تریچلی ، سپس صد سال بعد پاسکال دانشمند فرانسوی نیز به وسیله نیروی هیدرولیک و استفاده از آن پرداختند ، بطوریکه هم اکنون قانون موسوم به پاسکال پایه هیدرولیک جدید است ، به دنبال پاسکال دانشمند و طراحان و مهندسین در طی سالهای بعد تاکنون در پیشبرد این علم همت گماشتند و هم اکنون در اغلب شاخه های علوم و فنون جدید دامنه کاربرد این علم گسترده تر شده و استفاده از اصول و مبانی هیدرولیک مهندسی را بر آن داشته تا از قدرت هیدرولیک ، جهت کنترل پروسسهای صنعتی و اتوماسیون کارخانجات ، استفاده‌های شایانی بنمایند و گسترش و اهمیت این علم بدان جا رسید که علم و صنعت و تکنولوژی بدون این علم قابل تصویر نیست .
سیستم های کنترل هیدرولیکی در صنعت جدید مورد استفاده فراوان پیدا کرده ، این‌گونه کنترل کننده ها بیشتر در جاهایی که عمل کننده ها (Actvators) احتیاج به قدرت زیادی جهت تغییرات در پروسس دارند ، بکار می روند . قسمت اصلی این کنترل کننده ها بخش سر و موتور آن می باشد . تغییر مکانی که ناشی از پارامتر ورودی است ، پیستون ها از مقابل شیارهای متصل به پیستون بزرگتر عمل کننده کنار رفته و پیستون و عمل کننده حرکت خواهد کرد .
هیدرولیک علمی است که کاربرد آن در صنایع سبک و سنگین قابل شایان است که می توان با اعمال نیروی ناچیز دست عکس العمل چندصد برابر را داشته که مثال ساده آن را در اهرمها ، جکهای اتومبیل و یکی از مهمترین کاربردهای علم هیدرولیک را می‌توان در صنایع سنگین از جمله در کارخانجات ، اتومبیل ها ، جرثقیل ها و نیروگاهها نام برد که در این رساله در مورد سیستم هیدرولیک در نیروگاهها به تفضیل بحث خواهیم نمود .
علم انرژی ، هیدرولیک
1-1-علم ، صنعت و تکامل آنها
برای بررسی تکاملی وسایل و ماشین ها باید به کندوکاو در تاریخچه پیدایش آنها پرداخت و لازمه این امر کاوش در تاریخ آن رشته از صنعت است . این مساله خود بررسی تاریخ علوم و در جوار آن صنعت را می طلبد که بستگی به نیازهای جوامع بشری دارد . بررسی هر آلت صنعتی اولیه با بررسی عصر زندگی و نیازهای آن دوره مترادف می باشد . چنانکه آتش با زندگی انسان های اولیه و ماشین بخار با زندگی رو به صنعتی قرن هجدهم مترادف است .
امروزه مساله ایجاد تعادل بین آنچه که زاده نیازهای اقتصادی و اجتماعی است از یک سو و تکامل ذاتی دانش از سوی دیگر سخت مطرح می باشد . این موضوع به قدری برای آینده کشورها اهمیت دارد که هیچ ملتی اگر علم را به طریق مثبت و برنامه ریزی شده به کار نگیرد نخواهد توانست موقعیت خود را حفظ کرده و یا بهبود بخشد ، بخصوص در قرن اخیر که عصر علم ، تکنولوژی و گفتگو می باشد . بنابراین به احتمال خیلی قوی ترقی علم و افزایش کاربرد اجتماعی آن در آینده تابع سیری تعلقی‌تر و غیراتفاقی‌تر نسبت به گذشته خواهد بود .
علم صرفاً وقتی کامل و مفید است که به مدلولش عمل شود . کار علم فقط اندیشه
نیست ، فکری علمی محسوب می شود که مدام به سوی عمل کشیده شود و دائماً در عمل تازگی و طراوت بیابد .
به همین دلیل ضروری است که علم را با فن مقایسه نمود . مطالعه علم تاریخ علم نشان می دهد که کراراً جنبه ها و رشته های نوین علمی از ورای عمل و فعالیت پدیدار می گردد و پیشرفت های تازه تر علم به نوبه خود رشته های جدیدی را به فن و عمل می افزاید .
و بجاست در اینجا ذکر کنم که یکی از علل پیشرفت برخی کشورهای آسیایی مثل ژاپن و کره جنوبی مترادف بودن علم و عمل می باشد چرا که این کشورها بجایی رسیده اند که شرکتهای بزرگ آنها (MHI) به ساخت توربینهای بخار با مگاواتهای بالا 250MW در ژاپن و کره جنوبی با ساخت توربین و ژنراتور برای نیروگاههای هسته‌ای با کشورهای غربی رقابل می کنند .
تأثیر علم و فن در جامعه به دو طریق صورت می پذیرد : نخست ایجاد تحول در روشهای تولیدی و دوم تأثیر مستقیم ولی خفیف‌تر که از طریق اکتشافات نوین و اندیشه های جدید به انجام می رسد .
2-1- انرژی و انتقال
شناخت دقیق انرژی و صور گوناگون آن به دانشمندان این امکان را داد تا در جستجوی طریق پیشرفته تر و مناسب تر استفاده از انرژی باشند . بررسی فیزیکی و مکانیکی از دیدگاه انرژی تحول بزرگی در تاریخ علوم بود . دانشمندانی چون پاسکال، ژول ، کلوین ، نیوتن ، انیشتین و صدها دانشمند دیگر در این بررسی و شناخت سهم بزرگی داشته اند .
برای درک مفاهیم انرژی باید آنرا با ماده و در تکمیل آن مورد مطالعه قرار داد . انرژی ذاتی تمام مواد است و در اشکال گوناگون ظاهر می شود . انرژی صرفاً و به سادگی قابل تعریف نیست و ما آنرا به صورت مفهوم قبول می کنیم . قانون بقاء انرژی ، قانون بقاء جرم (ماده) و بالاخره رابطه معروف جرم و انرژی که یکی از نتایج تئوری نسبیت انیشتین است مفهوم انرژی را دقیق تر بیان می کند .
بر اساس رابطه جرم و انرژی :
جرم قابل تبدیل به انرژی است و بالعکس . در این فرمول انرژی ، جرم و سرعت نور می باشد . انرژی به صورت مختلف از جمله مکانیکی ، هیدرومکانیکی ، حرارتی ، نورانی و غیره ظاهر می شود . تمام انواع انرژی قابل تبدیل به یکدیگرند . کار خود نوعی انرژی انتقالی است . برای انجام کار یک جسم باید نیروی به آن جسم اعمال شود و جسم تغییر مکان یابد . بر خلاف انرژی که در جسم می تواند ذخیره شود ؛ کار را نمی توان در جسم ذخیره کرد .
نیروئی که باعث کار می شود نیز به طرق مختلف بر جسم اعمال می شود . اکثر روشهای اعمال نیرو بر اجسام در صنعت غیرمستقیم صورت می گیرد . اعمال نیرو به طور غیرمستقیم یا انتقال نیرو می تواند مکانیکی ، الکترومکانیکی ، الکتریکی پنوماتیکی و بالاخره هیدرولیکی باشد .
ساده ترین شکل انتقال نیرو به صورت «مکانیکی» ، با قلم و چکش انجام می گیرد . نیروی عضلانی توسط شانه ، آرنج، مچ به چکش و از آن به میله منتقل می شود . در این حالت مسیر حرکت مقدار معینی انرژی از نوسانی به خطی یک طرفه تبدیل می‌شود . (شکل 1-1)