Vandmølle: opdagelsesværdi, omfang, enhed og funktionsprincip

2024 Forfatter: Henry Conors | [email protected]. Sidst ændret: 2024-02-12 05:19

Opfindelsen af vandmøllen var af stor betydning for teknologiens historie og udvikling. De første sådanne strukturer blev brugt til at overløbe vand i det gamle Rom, senere begyndte de at blive brugt til at skaffe mel og til andre industrielle formål.

Opfindelseshistorie

Vandhjulet blev opfundet af mennesker i oldtiden, takket være hvilket en person modtog en pålidelig og enkel motor, hvis brug er blevet udvidet hvert år. Allerede i det første århundrede f. Kr. beskrev den romerske videnskabsmand Vitruvius en sådan struktur i sin afhandling "10 bøger om arkitektur". Dens handling var baseret på hjulets rotation fra påvirkningen af vandstrømmen på dets blade. Og den første praktiske anvendelse af denne opdagelse var muligheden for at male korn.

Møllernes historie går tilbage til de første møllesten, som oldtidens mennesker brugte til at få mel. Sådanne enheder var først manuelle, så begyndte de at bruge den fysiske styrke fra slaver eller dyr, der drejede melhjulet.

Historien om vandmøllen begyndte med brugen af designet af et hjul drevet af kraften fra en flodstrøm til at udføreprocessen med at male korn til mel, og grundlaget for dette var skabelsen af den første motor. Gamle maskiner udviklede sig fra kunstvandingsanordninger kaldet chadufons, som blev brugt til at hæve vand fra en flod for at vande jord og marker. Sådanne anordninger bestod af flere skovle monteret på en kant: under rotation blev de nedsænket i vand, østede det op, og efter at have løftet det op, væltede de det ned i en sliske.

Arrangement af gamle vindmøller

Med tiden begyndte folk at bygge vandmøller og bruge vandets kraft til at producere mel. Desuden blev der i de flade områder, ved lav hastighed af strømmen af floder, anbragt dæmninger for at øge trykket og derved sikre en stigning i vandstanden. For at overføre bevægelse til mølleanordningen blev gearmotorer opfundet, som var lavet af to hjul i kontakt med fælge.

Ved at bruge et system af hjul med forskellige diametre, hvis rotationsakser var parallelle, var de gamle opfindere i stand til at overføre og transformere bevægelser, der kunne rettes til gavn for mennesker. Desuden skal det større hjul lave færre omdrejninger, så mange gange som dets diameter overstiger det andet, lille. De første hjulgearsystemer begyndte at blive brugt for 2 tusind år siden. Siden da har opfindere og mekanikere været i stand til at finde på mange varianter af gear, ved at bruge ikke kun 2, men flere hjul.

Enheden til vandmøllen fra oldtiden, beskrevetVitruvius, indeholdt 3 hoveddele:

En motor bestående af et lodret hjul med blade, der roteres af vand.
Transmissionsmekanismen er et andet lodret tandhjul (transmission), der drejer et tredje vandret, kaldet et tandhjul.
Aktiveringsmekanisme bestående af to møllesten: den øverste er drevet af et tandhjul og monteret på dens lodrette aksel. Korn til mel blev hældt i en spandtragt placeret over den øverste møllesten.

Vandhjul blev installeret i flere positioner i forhold til vandstrømmen: nedstrøms - på floder med høj strømningshastighed. De mest almindelige var "hængende" strukturer, installeret på en fri strømning, nedsænket i vand af de nederste blade. Efterfølgende begyndte de at bruge medium og top-piercing typer vandhjul.

Den maksim alt mulige effektivitet (effektivitet=75%) blev givet af arbejdet med overhead- eller bulktyper, som blev meget brugt i konstruktionen af "kano" flydende møller, der løb på store floder: Dnepr, Kura, osv.

Betydningen af opdagelsen af vandmøllen var, at den første antikke mekanisme blev opfundet, som senere kunne bruges til industriel produktion, hvilket blev et vigtigt stadie i teknologiens udviklingshistorie.

middelalderlige hydrauliske strukturer

De første vandmøller i Europa dukkede ifølge historiske data op under Karl den Stores regeringstid (340 e. Kr.) i Tyskland ogvar lånt fra romerne. På samme tid blev sådanne mekanismer bygget på floder i Frankrig, hvor der i slutningen af det 11. århundrede. allerede var der omkring 20 tusinde møller. På samme tid var der allerede mere end 5,5 tusinde af dem i England.

Vandmøller i middelalderen var udbredt i hele Europa, de blev brugt til forarbejdning af landbrugsprodukter (melmøller, oliemøller, fuldere), til at løfte vand fra miner og i metallurgisk produktion. I slutningen af det 16. århundrede der var allerede 300 tusinde af dem, og i det 18. århundrede. - 500 tusind. Samtidig fandt deres tekniske forbedring og stigning i kraftvækst (fra 600 til 2220 hestekræfter) sted.

Den berømte kunstner og opfinder Leonardo da Vinci forsøgte i sine noter også at finde på nye måder at bruge vands energi og kraft ved hjælp af hjul. Han foreslog for eksempel designet af en lodret sav, som blev sat i gang af en strøm af vand, der blev tilført hjulet, det vil sige, at processen blev automatiseret. Leonardo lavede også tegninger af flere muligheder for at bruge hydrauliske strukturer: springvand, måder at dræne sumpe på osv.

Et slående eksempel på et vandkraftværk var vandforsyningsmekanismen til fontæner og vandforsyning til paladser i Versailles, Trianon og Marly (Frankrig), for hvilken der blev opført en dæmning specielt ved floden. Seine. Fra reservoiret blev der tilført vand under tryk til 14 bundgennemtrængende hjul på 12 m. De løftede det ved hjælp af 221 pumper til en højde af 162 m til akvædukten, hvorfra det strømmede til paladser og fontæner. Den daglige mængde vand, der blev tilført, var 5 tusinde m3^3.

Sådan fungerer en vandmølle

Designet af sådan en mølle har været uændret i mange århundreder. Hovedmaterialet til konstruktionen var træ, hvorfra laden blev bygget, hjul og aksler blev lavet. Metal blev kun brugt i nogle dele: aksler, fastgørelsesanordninger, beslag. Ind imellem blev laden bygget af sten.

Typer af møller, der brugte vandenergi:

hvirvlende - bygget på hurtigt strømmende bjergfloder. Designet ligner de moderne turbiner: vinger blev lavet på et lodret hjul i en vinkel i forhold til bunden, når vandstrømmen faldt, opstod der en rotation, hvorfra møllestenen bevægede sig.
Hjul, hvori selve "vand"-hjulet roterede. To typer blev bygget - med en nedre og en øvre kamp.

Vand kom fra dæmningen til overliggende mølle, så blev det ledt langs slisken til hjulet med grøfter, som roterede under dens vægt. Ved brug af den nederste kamp bruges et design med klinger, som sættes i gang, når de nedsænkes i en vandstrøm. For at forbedre arbejdseffektiviteten blev der ofte brugt en dæmning, der kun blokerede en del af floden, kaldet velsignelsen.

Figuren nedenfor viser enheden til en typisk trævandmølle: rotationsbevægelsen kommer fra det nederste drev (hjul) [6], øverst er der en spand (bunker) [1] til korn og en sliske [2], der fører den til møllestenene [3]. Det resulterende mel faldt ned i bakken [4] og spildte derefter i kisten eller posen [5].

Justering af kornforsyningen blev udført med en dispenser, en speciel kasse med et hul, der påvirkede finheden af maling af mel. Efter at have modtaget det, var det nødvendigt at sigte gennem en speciel si installeret over brystet, som svingede ved hjælp af en lille mekanisme.

Nogle vandmøller blev brugt ikke kun til at male korn, men også til at skrælle hirse, boghvede eller havre, som man fremstillede korn af. Sådanne maskiner blev kaldt croupere. Iværksættere brugte møllestrukturer til at slå slæb, til filtning af hjemmespundet klæde, til kæmning af uld osv.

Bygge møller i Rusland

I de gamle russiske krøniker opstår omtalen af vandhjul og møller fra det 9. århundrede. I starten blev de udelukkende brugt til at male korn, for hvilket de fik tilnavnet "mel" og "brød". I 1375 gav prins Podolsky Korpatovich det dominikanerkloster ret til at bygge en kornmølle ved et charter. Og i 1389 blev en sådan bygning efter testamente overladt til prins Dmitrij Donskojs hustru.

I Veliky Novgorod dateres et birkebarkdokument, der nævner opførelsen af en mølle, tilbage til det 14. århundrede. Pskov krøniker af det 16. århundrede. fortælle om opførelsen af en sådan struktur på Volkhov-floden, som hele den lokale befolkning var involveret i. Der blev bygget en dæmning, der blokerede en del af floden, men den kollapsede på grund af alvorlige oversvømmelser.

På det flade terræn blev vandmøller i Rusland bygget med et påfyldningshjul. I 14-15 århundreder. hvirvlende enheder begyndte at dukke op, hvorihjulet blev placeret vandret på en lodret aksel.

Disse designs blev bygget af selvlærte mestre uden tegninger og diagrammer. Desuden kopierede de ikke kun de allerede opførte strukturer, men føjede hver gang deres egne innovationer til deres enhed. Selv under Peter den Stores tid begyndte mestre fra europæiske lande at komme til Rusland, som viste deres færdigheder og viden på dette område.

En af Peters medarbejdere, den berømte ingeniør William Genin, som byggede 12 store anlæg i Ural, var i stand til at sikre deres drift fra hydrauliske kraftværker. Efterfølgende blev vandenergi meget brugt af specialister i opførelsen af minedrift og metalbearbejdningsvirksomheder i hele Rusland.

I begyndelsen af det 18. århundrede opererede omkring 3.000 fabrikker i hele området, som brugte hydrauliske installationer til driften af produktionen. Disse var metallurgiske, savværk, papir, vævning og andre virksomheder.

Det mest berømte og unikke kompleks til at levere energi til mine- og smelteværket blev bygget i 1787 af ingeniør K. D. Frolov ved Zmeinogorsk-minen, som ikke havde nogen analoger i verden. Det omfattede en dæmning, vandindtagsstrukturer, hvorfra vand passerede gennem underjordiske indgange ind i en åben kanal (535 m lang) til en mølle, hvor savværkshjulet roterede. Yderligere strømmede vand gennem den næste underjordiske kanal til maskinens hydrohjul for at løfte malm fra minen, derefter til den tredje og fjerde. Til sidst flød den gennem en adit mere end 1 km lang tilbage i floden under dæmningen, dens samlede sti var mere end 2 km,diameteren af det største hjul er 17 m. Alle strukturer blev bygget af lokale materialer: ler, træ, sten og jern. Komplekset har været i drift i mere end 100 år, men kun dæmningen af Zmeinogorsky-minen har overlevet den dag i dag.

Forskning inden for hydraulik blev også udført af den berømte videnskabsmand M. V. Lomonosov, som omsatte sine videnskabelige tanker i praksis, idet han deltog i skabelsen af en farvet glasvirksomhed baseret på driften af en hydraulisk installation med tre hjul. Værkerne af yderligere to russiske akademikere - D. Bernoulli og L. Euler - fik verdensbetydning i brugen af lovene for hydrodynamik og vandteknik og lagde det teoretiske grundlag for disse videnskaber.

Brug af vandenergi i øst

Brugen af vandhjul i Kina blev først beskrevet i detaljer i Sunn Yingxings bog i 1637. Den beskriver brugen af dem til metallurgisk produktion. Kinesiske strukturer var norm alt vandrette, men deres kapacitet var høj nok til at producere mel og metal.

Brugen af vandenergi blev først startet tilbage i 30'erne. n. e. efter en kinesisk embedsmands opfindelse af en frem- og tilbagegående mekanisme baseret på vandhjul.

I det gamle Kina blev der bygget flere hundrede møller, der ligger langs floderne, men i det 10. århundrede. regeringen begyndte at forbyde dem på grund af forhindring af flodsejlads. Konstruktionen af møller blev gradvist udvidet i nabolandene: Japan og Indien, i Tibet.

Vandhjul i islamiske lande

LandeØsten, hvor folk bekender sig til den islamiske religion, er for størstedelens vedkommende et område med et meget varmt klima. Siden oldtiden har regelmæssig vandforsyning været meget vigtig. Der blev bygget akvædukter for at levere vand til byer, og for at hæve det fra floden blev der bygget møller, som de kaldte "norias".

Ifølge historikere blev de første sådanne strukturer opført for 5 tusinde år siden i Syrien og andre lande. På Orontes-floden, en af de dybeste i landet, var konstruktionen af elevatorer udbredt i form af enorme hjul af vandmøller, som øsede vand med talrige vinger og forsynede det til akvædukten.

Et levende eksempel på en sådan struktur er elevatorerne i byen Hama, som har overlevet til vores tid, hvis konstruktion går tilbage til det 13. århundrede. De fortsætter med at arbejde den dag i dag og er både en pryd og et vartegn for byen.

Brugen af vandkraft i forskellige industrier

Ud over at skaffe mel, udvidede anvendelsesområdet for vandmøller til følgende typer industrier:

for at forbedre og give vand til afgrøder på markerne;
et savværk, der brugte vandkraft til at forarbejde træ;
metallurgi og metalbearbejdning;
i minedrift til bearbejdning af sten eller andre sten;
i væve- og uldfabrikker;
til at løfte vand fra minen osv.

Et af de ældste eksempler på brugvandkraft - et savværk i Hierapolis (Tyrkiet), dets mekanismer blev opdaget under udgravninger og dateret til det 6. århundrede. n. e.

I nogle europæiske lande har arkæologer opdaget resterne af gamle møller fra det antikke Roms æra, som blev brugt til at knuse kvarts indeholdende guld udvundet i miner.

Det største kompleks ved hjælp af vands kraft blev bygget, ifølge historiske data, i det 1. århundrede. i Sydfrankrig under navnet Barbegal, som havde 16 vandhjul, der leverede energi til 16 melmøller og dermed leverede brød til den nærliggende by Alert. Hver dag blev der produceret 4,5 tons mel her.

Et lignende møllekompleks på Janiculum Hill leverede forsyninger i det 3. århundrede. byen Rom, som blev værdsat af kejser Aurelian.

Oprettelse af en vandstruktur med dine egne hænder

Et arkitektonisk element såsom et vandhjul har vundet popularitet sammen med pools, vandfald eller springvand. Naturligvis udfører sådanne strukturer en dekorativ snarere end en praktisk funktion. Enhver ejer, der har evnerne til at arbejde med trædele, kan bygge en vandmølle med sine egne hænder.

Det anbefales at vælge en hjulstørrelse på mindst 1,5 m, men ikke mere end 10 m, afhængigt af området på pladsen. Møllehuset er også udvalgt efter dets fremtidige formål: en bygning til opbevaring af inventar, et legeområde for børn og udsmykning af området.

Produktion af dele:

som grundlag for et vandhjul kan du tage en cykel eller et væltet træ, som knivene er fastgjort til; i centrumden skal have et rør, som den roterer rundt om;
det færdige produkt er monteret på lejer på 2 understøtninger, som er lavet af egetræsbjælker, metalhjørner, mursten;
til toppen af hjulet skal passe til slisken, gennem hvilken vandet strømmer ind på knivene; det bringes enten fra en slange med en pumpe, eller det kommer efter regn;
alle dele anbefales at blive behandlet for at øge levetiden: træ - lakeret, metal - malet mod korrosion;
for at dræne vand, læg kanaler i retning af sengene eller til en anden beholder;
i sidste fase er bygningen dekoreret med dekorative elementer.

Opsætning af en dekorativ vandmølle på landet vil være en fantastisk æstetisk tilføjelse til landskabet.

Berømte historiske vindmøller

Den største vandmølle "Lady Isabella" er beliggende nær landsbyen Lexie på Isle of Man i Det Irske Hav. Denne struktur blev opført i 1854 af selvlært ingeniør Robert Casement til ære for hustruen til den lokale generalguvernør, og formålet med dens konstruktion var at pumpe grundvand fra en lokal mine til udvinding af naturressourcer (zink, bly osv..).

Kanaler blev specielt anlagt, gennem hvilke vand fra bjergfloder passerede gennem broen og blev fodret til at rotere et hjul med en diameter på 22 m, som stadig anses for at være det største i verden, takket være hvilket mange turister har allerede haft succesår.

En af de oprindelige seværdigheder i Frankrig er en gammel vandmølle beliggende nær byen Vernon (Frankrig). Dens unikke ligger i, at den hviler på 2 søjler af en gammel stenbro, der engang forbandt Seines breder. Den nøjagtige dato for dens konstruktion er ukendt, men ifølge nogle kilder blev den opført i perioden med modstand mod Richard Løvehjerte og var af strategisk betydning. I 1883 forevigede den berømte kunstner Claude Monet hende på et af sine lærreder.

Skabelsen af vandmøllen er et vigtigt skridt i teknologiudviklingens historie, fordi det anses for at være det første design, der kunne bruges til forskellige formål til forarbejdning af landbrugsprodukter og andre produkter, hvilket var det første skridt mod maskine produktion i verden.