Vodni mlin: vrednost odkritja, obseg, naprava in princip delovanja

2024 Avtor: Henry Conors | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-02-12 12:32

Izum vodnega mlina je bil velikega pomena za zgodovino in razvoj tehnologije. Prve takšne konstrukcije so uporabljali za prelivanje vode v starem Rimu, kasneje pa so jih začeli uporabljati za pridobivanje moke in za druge industrijske namene.

zgodba o izumu

Vodno kolo so izumili ljudje v starih časih, zahvaljujoč kateremu je človek prejel zanesljiv in preprost motor, katerega uporaba se vsako leto širi. Že v prvem stoletju pred našim štetjem je rimski znanstvenik Vitruvius opisal takšno strukturo v svoji razpravi "10 knjig o arhitekturi". Njegovo delovanje je temeljilo na vrtenju kolesa zaradi udarca toka vode na njegova rezila. In prva praktična uporaba tega odkritja je bila možnost mletja zrn.

Zgodovina mlinov sega v prve mlinske kamne, ki so jih uporabljali stari ljudje za pridobivanje moke. Takšne naprave so bile sprva ročne, nato so začeli uporabljati fizično moč sužnjev ali živali, ki so vrtele kolo moke.

Zgodovina vodnega mlina se je začela z uporabo zasnove kolesa, ki ga poganja sila rečnega toka za izvedbopostopek mletja žita v moko, osnova za to pa je bil nastanek prvega motorja. Starodavni stroji so se razvili iz namakalnih naprav, imenovanih čadufoni, ki so jih uporabljali za dvigovanje vode iz reke za namakanje zemlje in polj. Takšne naprave so bile sestavljene iz več zajemalk, ki so bile nameščene na robu: med vrtenjem so jih potopili v vodo, jo pobrali in po dvigu prevrnili v žleb.

Ureditev starodavnih mlinov na veter

Sčasoma so ljudje začeli graditi vodne mline in uporabljati moč vode za proizvodnjo moke. Poleg tega so bili na ravninskih območjih, pri nizki hitrosti toka rek, urejeni jezovi, ki so povečali pritisk in s tem zagotovili dvig gladine vode. Za prenos gibanja na mlinsko napravo so izumili motorje z reduktorji, ki so bili izdelani iz dveh koles, ki sta v stiku s platišči.

Z uporabo sistema koles različnih premerov, katerih osi vrtenja so bile vzporedne, so stari izumitelji lahko prenašali in preoblikovali gibanje, ki bi ga bilo mogoče usmeriti v dobro ljudi. Poleg tega mora večje kolo narediti manj vrtljajev tolikokrat, kolikor njegov premer presega drugo, majhno. Prvi sistemi kolesnih zobnikov so se začeli uporabljati pred 2 tisoč leti. Od takrat so izumitelji in mehaniki lahko pripravili številne različice prestav, pri čemer so uporabili ne le 2, ampak več koles.

Opisana naprava vodnega mlina antične dobeVitruvius, je vseboval 3 glavne dele:

Motor, sestavljen iz navpičnega kolesa z rezili, ki jih vrti voda.
Prenosni mehanizem je drugo navpično zobato kolo (menjalnik), ki vrti tretje vodoravno, imenovano zobnik.
Sprožilni mehanizem, sestavljen iz dveh mlinskih kamnov: zgornji se poganja z zobnikom in je nameščen na svoji navpični gredi. Zrno za moko so vsuli v lijak, ki se nahaja nad zgornjim mlinskim kamnom.

Vodna kolesa so bila nameščena v več položajih glede na pretok vode: dolvodno - na rekah z visokim pretokom. Najpogostejše so bile "viseče" konstrukcije, nameščene na prostem toku, potopljene v vodo s spodnjimi lopaticami. Kasneje so začeli uporabljati srednje in vrhunske vrste vodnih koles.

Največjo možno učinkovitost (učinkovitost=75%) je dalo delo nadzemnih ali razsutih vrst, ki so se pogosto uporabljale pri gradnji plavajočih mlinov "kanu", ki so tekli na velikih rekah: Dneper, Kura, itd.

Pomen odkritja vodnega mlina je bil v tem, da je bil izumljen prvi starinski mehanizem, ki se je kasneje lahko uporabljal za industrijsko proizvodnjo, ki je postala pomembna faza v zgodovini razvoja tehnologije.

Srednjeveške hidravlične konstrukcije

Prvi vodni mlini v Evropi so se po zgodovinskih podatkih pojavili v času vladavine Karla Velikega (340 AD) v Nemčiji inso bili izposojeni od Rimljanov. Hkrati so bili takšni mehanizmi zgrajeni na rekah Francije, kjer so do konca 11. že je bilo okoli 20 tisoč mlinov. Hkrati jih je bilo v Angliji že več kot 5,5 tisoč.

Vodni mlini so bili v srednjem veku razširjeni po vsej Evropi, uporabljali so jih za predelavo kmetijskih pridelkov (mokarne, oljarne, polnilnice), za dvig vode iz rudnikov in v metalurški proizvodnji. Do konca 16. stoletja bilo jih je že 300 tisoč, v 18. st. - 500 tisoč. Hkrati je prišlo do njihove tehnične izboljšave in povečanja rasti moči (s 600 na 2220 konjskih moči).

Slavni umetnik in izumitelj Leonardo da Vinci je v svojih zapiskih poskušal domisliti tudi nove načine uporabe energije in moči vode s pomočjo koles. Predlagal je na primer zasnovo navpične žage, ki jo je sprožil tok vode, ki je dovajal kolo, kar pomeni, da je proces postal avtomatiziran. Leonardo je izdelal tudi risbe več možnosti uporabe hidravličnih konstrukcij: fontane, načini izsuševanja močvirja itd.

Osupljiv primer hidroelektrarne je bil mehanizem za oskrbo z vodo za fontane in oskrbo z vodo palač v Versaillesu, Trianonu in Marlyju (Francija), za katerega je bil na reki posebej postavljen jez. Sena. Iz rezervoarja so vodo pod pritiskom dovajali 14 kolesom, ki prebijajo dno dolžine 12 m. S pomočjo 221 črpalk so jo dvignili na višino 162 m do akvadukta, iz katerega je tekla v palače in fontane. Dnevna količina dobavljene vode je bila 5 tisoč m3^3.

Kako deluje vodni mlin

Zasnova takšnega mlina je ostala nespremenjena že več stoletij. Glavni material za gradnjo je bil les, iz katerega so zgradili hlev, izdelali kolesa in gredi. Kovina je bila uporabljena le v nekaterih delih: osi, pritrdilni elementi, nosilci. Občasno je bil hlev zgrajen iz kamna.

Vrste mlinov, ki so uporabljali vodno energijo:

Vrtli - zgrajen na hitro tekočih gorskih rekah. Po zasnovi so podobne sodobnim turbinam: lopatice so bile izdelane na navpičnem kolesu pod kotom na podlago, ko je tok vode padel, je prišlo do vrtenja, iz katerega se je mlinski kamen premaknil.
Kolo, v katerem se je vrtelo samo "vodno" kolo. Zgrajena sta bila dva tipa - s spodnjo in zgornjo bitko.

Voda je pritekla iz jezu do nadzemnega mlina, nato pa se je po žlebu usmerila do kolesa z jarki, ki se je vrtela pod njeno težo. Pri uporabi spodnjega boja se uporablja zasnova z rezili, ki se začnejo gibati, ko so potopljeni v vodni tok. Za izboljšanje delovne učinkovitosti so pogosto uporabljali jez, ki je blokiral le del reke, imenovan boon.

Spodnja slika prikazuje napravo tipičnega lesenega vodnega mlina: rotacijsko gibanje prihaja iz spodnjega pogona (kolo) [6], na vrhu je vedro (bunker) [1] za žito in žleb [2], ki ga napaja do mlinskih kamnov [3]. Nastala moka je padla v pladenj [4] in se nato razlila v skrinjo ali vrečko [5].

Prilagoditev zaloge zrna je potekala z dozirnikom, posebno škatlo z luknjo, ki je vplivala na finost mletja moke. Po prejemu je bilo treba presejati skozi posebno sito, nameščeno nad skrinjo, ki je nihalo z majhnim mehanizmom.

Nekateri vodni mlini so bili uporabljeni ne samo za mletje žita, ampak tudi za luščenje prosa, ajde ali ovsa, iz katerih so izdelovali žita. Takšne stroje so imenovali kruperji. Podjetni lastniki so uporabljali mlinske konstrukcije za tolčenje, za polstenje domače tkanine, za česanje volne itd.

gradnja mlinov v Rusiji

V starodavnih ruskih kronikah se vodna kolesa in mlini omenjajo od 9. stoletja. Sprva so jih uporabljali izključno za mletje žita, za kar so jih poimenovali »moka« in »kruh«. Leta 1375 je knez Podolsky Korpatovich z listino podelil dominikanskemu samostanu pravico do gradnje mlina za žito. In leta 1389 je bila takšna zgradba z oporoko zapuščena ženi kneza Dmitrija Donskega.

V Velikem Novgorodu dokument iz brezovega lubja, ki omenja gradnjo mlina, sega v 14. stoletje. Pskovske kronike 16. stoletja. povejte o gradnji takšne strukture na reki Volhov, v katero je bilo vključeno celotno lokalno prebivalstvo. Zgrajen je bil jez, ki je blokiral del reke, a se je zaradi hudih poplav porušil.

Na ravnem terenu so bili vodni mlini v Rusiji zgrajeni s polnilnim nadglavnim kolesom. V 14-15 stoletjih. začele se pojavljati vrtljive naprave, v katerihkolo je bilo postavljeno vodoravno na navpično gred.

Te zasnove so izdelali mojstri samouki brez risb in diagramov. Poleg tega niso samo kopirali že postavljenih struktur, ampak so vsakič svoji napravi dodali svoje inovacije. Že v času Petra Velikega so v Rusijo začeli prihajati mojstri iz evropskih držav, ki so pokazali svoje veščine in znanje na tem področju.

Eden od Petrovih sodelavcev, slavni inženir William Genin, ki je zgradil 12 velikih elektrarn na Uralu, je lahko zagotovil njihovo delovanje iz hidravličnih elektrarn. Nato so vodno energijo široko uporabljali strokovnjaki pri gradnji rudarskih in kovinskopredelovalnih podjetij po vsej Rusiji.

Na začetku 18. stoletja je po vsem ozemlju delovalo okoli 3 tisoč manufaktur, ki so za delovanje proizvodnje uporabljale hidravlične naprave. To so bila metalurška, žagarska, papirna, tkalska in druga podjetja.

Najbolj znan in edinstven kompleks za oskrbo rudarske in talilnice z energijo je leta 1787 zgradil inženir K. D. Frolov v rudniku Zmeinogorsk, ki ni imel analogov na svetu. Vključeval je jez, vodozajemne objekte, iz katerih je voda skozi podzemne votline stekla v odprt kanal (dolžine 535 m) do mlina, kjer se je vrtelo kolo žage. Nadalje je voda tekla skozi naslednji podzemni kanal do hidrokolesa stroja za dvigovanje rude iz rudnika, nato do tretjega in četrtega. Na koncu je tekla skozi več kot 1 km dolg prepad nazaj v reko pod jezom, njena skupna pot je bila več kot 2 km,premer največjega kolesa je 17 m. Vse konstrukcije so bile zgrajene iz lokalnih materialov: gline, lesa, kamna in železa. Kompleks uspešno deluje že več kot 100 let, vendar se je do danes ohranil le jez rudnika Zmeinogorsky.

Raziskave na področju hidravlike je opravil tudi slavni znanstvenik M. V. Lomonosov, ki je svoje znanstvene misli udejanjil in sodeloval pri ustvarjanju podjetja za barvno steklo, ki temelji na delovanju hidravlične instalacije s tremi kolesi.. Dela še dveh ruskih akademikov - D. Bernoullija in L. Eulerja - so pridobila svetovni pomen pri uporabi zakonov hidrodinamike in hidravličnega inženiringa ter postavila teoretične temelje teh znanosti.

Uporaba vodne energije na vzhodu

Uporaba vodnih koles na Kitajskem je bila prvič podrobno opisana v knjigi Sunn Yingxing leta 1637. Podrobno opisuje njihovo uporabo za metalurško proizvodnjo. Kitajske strukture so bile običajno vodoravne, vendar je bila njihova zmogljivost dovolj visoka za proizvodnjo moke in kovine.

Uporaba vodne energije se je začela že v 30-ih letih. n. e., potem ko je kitajski uradnik izumil batni mehanizem, ki temelji na vodnih kolesih.

V starodavni Kitajski je bilo zgrajenih več sto mlinov, ki so se nahajali ob rekah, vendar v 10. stoletju. vlada jih je začela prepovedovati zaradi oviranja rečne plovbe. Gradnja mlinov se je postopoma širila v sosednjih državah: na Japonskem in v Indiji, v Tibetu.

Vodna kolesa v islamskih državah

državeVzhod, kjer ljudje izpovedujejo islamsko vero, je večinoma ozemlje z zelo vročim podnebjem. Že od antičnih časov je bila redna oskrba z vodo zelo pomembna. Zgrajeni so bili vodovodi za oskrbo mest z vodo in za dvigovanje iz reke so zgradili mline, ki so jih imenovali "norije".

Po mnenju zgodovinarjev so bile prve takšne strukture postavljene pred 5 tisoč leti v Siriji in drugih državah. Na reki Orontes, eni najglobljih v državi, je bila zelo razširjena gradnja dvigal v obliki ogromnih koles vodnih mlinov, ki so s številnimi rezili zajemali vodo in jo dovajali v akvadukt.

Jasen primer takšne strukture so dvigala mesta Hama, ki so preživela do našega časa, katerih gradnja sega v 13. stoletje. Delujejo še danes, saj so hkrati okras in znamenitost mesta.

Uporaba hidroenergije v različnih panogah

Poleg pridobivanja moke se je obseg vodnih mlinov razširil na naslednje vrste industrij:

za melioracijo in oskrbo z vodo pridelkom na poljih;
žaga, ki je uporabljala vodno moč za obdelavo lesa;
metalurgija in obdelava kovin;
v rudarjenju za obdelavo kamnov ali drugih kamnin;
v tkalskih in volnenih manufakturah;
za dvig vode iz rudnika itd.

Eden najstarejših primerov uporabevodna energija - žaga v Hierapolisu (Turčija), njeni mehanizmi so bili odkriti med izkopavanji in datirani v 6. stoletje. n. e.

V nekaterih evropskih državah so arheologi odkrili ostanke starih mlinov iz obdobja starega Rima, ki so jih uporabljali za drobljenje kremena, ki vsebuje zlato, izkopanega v rudnikih.

Največji kompleks, ki uporablja moč vode, je bil po zgodovinskih podatkih zgrajen v 1. stoletju. na jugu Francije pod imenom Barbegal, ki je imel 16 vodnih koles, ki so oskrbovali z energijo 16 mlinov za moko in tako zagotavljali kruh bližnjemu mestu Alert. Vsak dan so tukaj proizvedli 4,5 tone moke.

Podoben kompleks mlinov na hribu Janiculum je oskrboval zaloge v 3. st. mesto Rim, ki ga je cenil cesar Avrelijan.

Ustvarjanje vodne strukture z lastnimi rokami

Arhitekturni element, kot je vodno kolo, je postal priljubljen skupaj z bazeni, kaskadami ali fontanami. Seveda takšne strukture opravljajo dekorativno in ne praktično funkcijo. Vsak lastnik, ki ima veščine dela z lesenimi deli, lahko z lastnimi rokami zgradi vodni mlin.

Priporočamo, da izberete velikost kolesa najmanj 1,5 m, vendar ne več kot 10 m, odvisno od površine lokacije. Mlinska hiša je izbrana tudi glede na prihodnjo namembnost: stavba za shranjevanje inventarja, igrišče za otroke in okrasitev ozemlja.

Proizvodnja delov:

kot osnovo za vodno kolo lahko vzamete kolo ali podrto drevo, na katerega so pritrjena rezila; v središčuimeti mora cev, okoli katere se vrti;
končni izdelek je nameščen na ležajih na 2 nosilcih, ki sta izdelana iz hrastovih tramov, kovinskih vogalov, opeke;
na vrh kolesa naj se prilega žleb, skozi katerega voda teče na rezila; pripelje se bodisi iz cevi s črpalko ali pa pride po dežju;
je priporočljivo obdelati vse dele za podaljšanje življenjske dobe: leseni - lakirani, kovinski - lakirani proti koroziji;
za odvajanje vode, polaganje kanalov v smeri ležišč ali v drugo posodo;
v zadnji fazi je stavba okrašena z dekorativnimi elementi.

Postavitev okrasnega vodnega mlina na podeželju bo odličen estetski dodatek pokrajini.

Slovite zgodovinske mlini na veter

Največji delujoči mlin na vodo "Lady Isabella" se nahaja v bližini vasi Lexie na otoku Man v Irskem morju. To zgradbo je leta 1854 postavil inženir samouk Robert Casement v čast ženi lokalnega generalnega guvernerja, namen njene izgradnje pa je bil črpanje podzemne vode iz lokalnega rudnika za pridobivanje naravnih virov (cink, svinec itd.)..).

Posebno so bili položeni kanali, skozi katere je skozi most tekla voda iz gorskih rek in se je napajala za vrtenje kolesa s premerom 22 m, ki še vedno velja za največjega na svetu, zahvaljujoč kateremu so številni turisti že užival v uspehulet.

Ena od prvotnih znamenitosti Francije je stari vodni mlin, ki se nahaja v bližini mesta Vernon (Francija). Njegova edinstvenost je v tem, da sloni na 2 stebrih starega kamnitega mostu, ki je nekoč povezoval bregove Sene. Natančen datum njegove izgradnje ni znan, po nekaterih virih pa je bila postavljena v času nasprotovanja Rihardu Levjesrcu in je bila strateškega pomena. Leta 1883 jo je slavni umetnik Claude Monet ovekovečil na enem od svojih platna.

Ustvarjanje vodnega mlina je pomemben korak v zgodovini razvoja tehnologije, saj velja za prvo zasnovo, ki se je lahko uporabljala v različne namene za predelavo kmetijskih in drugih proizvodov, kar je bil prvi korak k stroju. proizvodnja v svetu.