Czysta, krystaliczna, chłodna, mineralna, gazowana, niegazowana, lecznicza, do gotowania, prania i mycia… woda.

Aby wodę wykorzystać trzeba ją mieć – co w naszych czasach nie jest już takie oczywiste. Najlepiej, aby jej źródło było bezpieczne, woda była smaczna a rachunek za nią jak najniższy. Niegdyś, aby skorzystać z jej zasobów, należało wodę dostarczyć do domu w wiadrze, bańce czy innym naczyniu, czerpiąc ją wcześniej ze studni. Na wsi taka sytuacja panowała w niektórych przypadkach nawet do lat dziewięćdziesiątych dwudziestego wieku. Zupełnie inaczej sprawa się miała w niewielkiej warmińskiej miejscowości Kajny. W 1897 roku uruchomiono we wsi system wodociągowy napędzany silnikiem hydraulicznym tzw. taranem wodnym. Inicjatorem przedsięwzięcia był znany działacz warmiński z Kajn – Stanisław Żurawski. On to zakupił w Królewcu urządzenie i z powodzeniem zastosował w swej rodzinnej miejscowości.

Taran wodny wymyślił i skonstruował w roku 1772 John Whitehurst z Wielkiej Brytanii. Posiadał on jednak uciążliwą wadę – trzeba było go stale wzbudzać, aby pracował. Dopiero bracia Montgolfier (Joseph Michel i Jacques Etienne) dopracowali silnik wodny i to oni są najczęściej uznawani za wynalazców urządzenia znanego do dziś. O braciach Montgolfier słyszymy jednak częściej jako o wynalazcach balonu unoszonego rozgrzanym powietrzem. Pierwszy taki obiekt wypuścili w przestworza w roku 1783, a pasażerami były: kaczka, kogut i baran.
Czym jest taran wodny? Jest to silnik wodny, w którym wykorzystuje się do napędu zjawisko zwane uderzeniem hydraulicznym. Zjawisko to opisał w 1898 roku rosyjski uczony Nikołaj Żukowski. Wykorzystując energię wyzwoloną podczas uderzenia można wodę płynącą z wysokości 2 metrów wtłoczyć np. na wysokość 20 lub więcej metrów. Sama konstrukcja silnika jest stosunkowo prosta (najprostsze rozwiązania są przecież najbardziej genialne).

Składa się on z:

podłużnego poziomego cylindra lub rury, do której od czoła podłączona jest rura zasilająca taran ze źródła wody (h > 1m) i zakończonej ślepo z drugiej strony,
pionowego niewielkiego fragmentu rury z zaworem zwrotnym w środku i położonym powyżej tego zaworu przyłączem wodnym biegnącym w górę (np. do wieży ciśnień),
zbiornika na sprężone powietrze powyżej zaworu zwrotnego i przyłącza tłocznego,
zaworu zamykającego przepływ (wywołującego tym samym zjawisko uderzenia hydraulicznego), kiedy taran jest wyłączony tym zaworem woda wypływa swobodnie (rysunek 1)
(poszczególne punkty odpowiadają tym na rysunku 1)
WSPOMINANE W TEKŚCIE RYSUNKI ZNAJDZIESZ W PREZENTACJI MARIUSZA >> TU (od strony 12.)

Aby zainstalować silnik hydrauliczny musimy mieć odpowiednio ukształtowany teren. Źródło wody, z którego rurą spływa woda do urządzenia, powinno znajdować się przynajmniej jeden metr powyżej tarana. Aby zapewnić ciągłość pracy źródło powinno być dostatecznie wydajne. W zależności od ilości wody, średnicy rur, wielkości zbiornika sprężającego powietrze zależy wysokość tłoczenia (teoretycznie może ona sięgnąć 125 metrów). Taran w Kajnach podnosi wodę na około 20 metrów a zasilany jest z wysokości około 2 metrów. Woda napędzająca wypływa z cyrku źródliskowego na skraju doliny Rzeki Łyny. Odległość w planie do wieży ciśnień wynosi około 100 metrów.

Wyjaśnijmy zatem zasadę działania silnika:

WSPOMINANE W TEKŚCIE RYSUNKI ZNAJDZIESZ W PREZENTACJI MARIUSZA >> TU (od strony 12.)

Na rysunku 1 widzimy taran, przez który woda przepływa swobodnie (zawór zwrotny jest zamknięty, zawór uderzeniowy jest otwarty, przewód ciśnieniowy zalany wodą, poduszka powietrzna ma ciśnienie wywołane przez słup wody rury przyłączeniowej. Aby urządzenie uruchomić wystarczy zamknąć zawór uderzeniowy.
Na rysunku 2 widzimy moment, kiedy uderzenie hydrauliczne wywołane nagłym zatrzymaniem przepływu otworzyło zawór zwrotny, wtłoczyło w stronę zbiornika niewielką ilość wody i ścisnęło powietrze w zbiorniku (uderzenie hydrauliczne wywołuje ciśnienie nawet kilkanaście razy większe od ciśnienia wody zasilającej).
Na rysunku 3 sprężone powietrze wypycha wodę w górę (w stronę wieży ciśnień) i po upływie kilku milisekund zamknie zawór zwrotny. Po zamknięciu zaworu zwrotnego w krótkim czasie ciśnienie w elemencie 1 spadnie, a zawór uderzeniowy się otworzy. To z kolei spowoduje zwiększenie prędkości wody w tej strefie i ponowne zamknięcie zaworu uderzeniowego (i znowu uderzenie itd.).
Urządzenie pompuje wodę do wieży w trybie ciągłym, pracując nawet w okresie zimowym. Tylko kilkanaście procent wody jest tłoczone w górę, część wody ze zbiornika w wieży ciśnień wraca przelewem na dół. Potem wraz z wodą z innych źródeł odpływa w stronę Starej Łyny.

Taran z Kajn pracuje ciągle od 1897 roku. Krótkie przerwy są podyktowane koniecznością wykonania napraw, konserwacji i odpowietrzania nadmiernie „napompowanego” powietrzem zbiornika. Odpowietrzanie takie odbywa się co dwa dni i trwa około czterdziestu minut. Co do rozprowadzenia wody w Kajnach – spływa ona do domostw grawitacyjnie, a przyłącza z odcinającymi zaworami widoczne są w dolnej części wieży ciśnień.

Inny znany nam taran wodny pracował niegdyś w Stopkach (zasilał gospodarstwo i dostarczał wodę do budynku mieszkalnego i stajni na kilkadziesiąt koni). Dziś silnik wodny z Kajn jest jedynym działającym w Polsce (przed druga wojną światową jego stosowanie było powszechne w Prusach).

Współcześnie tego typu rozwiązania mogą być stosowane w rolnictwie, agroturystyce czy leśnictwie. Stosowanie w celu zapewnienia wody pitnej jest dziś ograniczone ze względu na zanieczyszczenie wód powierzchniowych i obszarów źródliskowych. Mimo, że energia elektryczna ułatwiła i usprawniła znacząco systemy dystrybucji wody na świecie istnieją producenci oferujący tarany wodne jako alternatywę dla konwencjonalnych rozwiązań (Green & Carter Ltd. z Wielkiej Brytanii czy Bamfords z Australii). A taran wodny w Kajnach jak przed stu dwudziestu laty „robi swoje…”.