Vodný mlyn: objaviteľská hodnota, rozsah, zariadenie a princíp činnosti

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-02-12 12:18

Vynález vodného mlyna mal veľký význam pre históriu a vývoj techniky. Prvé takéto stavby slúžili na prelievanie vody v starom Ríme, neskôr sa začali využívať na získavanie múky a na iné priemyselné účely.

Príbeh vynálezu

Vodné koleso vymysleli ľudia v dávnych dobách, vďaka čomu človek získal spoľahlivý a jednoduchý motor, ktorého využitie sa každým rokom rozširuje. Už v prvom storočí pred Kristom opísal takúto stavbu rímsky vedec Vitruvius vo svojom pojednaní „10 kníh o architektúre“. Jeho pôsobenie bolo založené na rotácii kolesa od dopadu prúdu vody na jeho lopatky. A prvou praktickou aplikáciou tohto objavu bola možnosť mletia zŕn.

História mlynov siaha až k prvým mlynským kameňom, ktoré starovekí ľudia používali na získavanie múky. Takéto zariadenia boli najskôr manuálne, potom začali využívať fyzickú silu otrokov alebo zvierat, ktoré otáčali kolieskom múky.

História vodného mlyna sa začala použitím konštrukcie kolesa poháňaného silou prúdu rieky na uskutočnenieproces mletia obilia na múku a základom pre to bolo vytvorenie prvého motora. Staroveké stroje sa vyvinuli zo zavlažovacích zariadení nazývaných chadufons, ktoré sa používali na získavanie vody z rieky na zavlažovanie pôdy a polí. Takéto zariadenia pozostávali z niekoľkých naberačiek namontovaných na ráfiku: počas otáčania sa ponorili do vody, naberali ju a po zdvihnutí prevrátili do žľabu.

Usporiadanie starých veterných mlynov

Postupom času ľudia začali stavať vodné mlyny a využívať silu vody na výrobu múky. Navyše v rovinatých oblastiach, pri nízkej rýchlosti toku riek, boli usporiadané priehrady na zvýšenie tlaku, čím sa zabezpečilo zvýšenie hladiny vody. Na prenos pohybu na mlynské zariadenie boli vynájdené prevodové motory, ktoré boli vyrobené z dvoch kolies v kontakte s ráfikmi.

Pomocou systému kolies rôznych priemerov, ktorých osi otáčania boli rovnobežné, boli starovekí vynálezcovia schopní prenášať a transformovať pohyb, ktorý mohol byť smerovaný v prospech ľudí. Navyše väčšie koleso musí urobiť menej otáčok toľkokrát, koľkokrát jeho priemer presahuje druhé, malé. Prvé systémy ozubených kolies sa začali používať pred 2 000 rokmi. Odvtedy boli vynálezcovia a mechanici schopní prísť s mnohými variáciami prevodov, s použitím nielen 2, ale aj viacerých kolies.

Popísané zariadenie vodného mlyna v starovekuVitruvius, obsahoval 3 hlavné časti:

Motor pozostávajúci zo zvislého kolesa s lopatkami, ktoré otáča voda.
Prevodový mechanizmus je druhé vertikálne ozubené koleso (prevodovka), ktoré otáča tretie horizontálne koleso nazývané pastorok.
Ovládací mechanizmus pozostávajúci z dvoch mlynských kameňov: horný je poháňaný ozubeným kolesom a je namontovaný na jeho zvislom hriadeli. Zrno na múku sa nasypalo do vedra s lievikom, ktorý sa nachádzal nad horným mlynským kameňom.

Vodné kolesá boli inštalované v niekoľkých polohách vzhľadom na tok vody: po prúde - na riekach s vysokým prietokom. Najbežnejšie boli „závesné“konštrukcie, inštalované na voľnom toku, ponorené do vody spodnými lopatkami. Následne začali používať stredné a horné priebojné typy vodných kolies.

Maximálna možná účinnosť (účinnosť=75%) bola daná prácou nadzemných alebo hromadných typov, ktorá bola široko používaná pri stavbe „kanoe“plávajúcich mlynov, ktoré jazdili na veľkých riekach: Dneper, Kura, atď.

Význam objavu vodného mlyna spočíval v tom, že bol vynájdený prvý starožitný mechanizmus, ktorý sa dal neskôr použiť na priemyselnú výrobu, ktorá sa stala dôležitou etapou v histórii vývoja technológie.

Stredoveké hydraulické stavby

Prvé vodné mlyny v Európe sa podľa historických údajov objavili za vlády Karola Veľkého (340 po Kr.) v Nemecku aboli požičané od Rimanov. Zároveň boli takéto mechanizmy postavené na riekach Francúzska, kde do konca 11. stor. už tam bolo okolo 20 tisíc mlynov. Zároveň ich v Anglicku bolo už viac ako 5,5 tisíc.

Vodné mlyny boli v stredoveku rozšírené po celej Európe, používali sa na spracovanie poľnohospodárskych produktov (mlyny, olejárne, valchy), na čerpanie vody z baní a v hutníckej výrobe. Do konca 16. stor už ich bolo 300 tisíc a v 18. stor. - 500 tis.. Zároveň došlo k ich technickému skvalitneniu a zvýšeniu rastu výkonu (zo 600 na 2220 konských síl).

Slávny umelec a vynálezca Leonardo da Vinci sa vo svojich zápiskoch pokúsil vymyslieť aj nové spôsoby využitia energie a sily vody pomocou kolies. Navrhol napríklad návrh vertikálnej píly, ktorá bola uvádzaná do pohybu prúdom vody privádzaným do kolesa, t. j. proces sa zautomatizoval. Leonardo tiež nakreslil niekoľko možností využitia hydraulických štruktúr: fontány, spôsoby odvodnenia močiarov atď.

Pozoruhodným príkladom vodnej elektrárne bol mechanizmus zásobovania vodou pre fontány a zásobovanie vodou palácov vo Versailles, Trianone a Marly (Francúzsko), pre ktoré bola na rieke špeciálne postavená priehrada. Seine. Z vodojemu sa voda pod tlakom privádzala na 14 spodných prerážacích kolies s rozmermi 12 m. Tí ju pomocou 221 čerpadiel vyzdvihli do výšky 162 m k vodovodu, z ktorého vytekala do palácov a fontán. Denný objem dodanej vody bol 5 tisíc m3^3.

Ako funguje vodný mlyn

Konštrukcia takéhoto mlyna zostala nezmenená po mnoho storočí. Hlavným materiálom na stavbu bolo drevo, z ktorého bola postavená stodola, vyrobené kolesá a hriadele. Kov bol použitý iba v niektorých častiach: nápravy, spojovacie prvky, konzoly. Príležitostne bola stodola postavená z kameňa.

Typy mlynov, ktoré využívali vodnú energiu:

Whorled – postavené na rýchlo tečúcich horských riekach. Konštrukciou sú podobné moderným turbínam: lopatky boli vyrobené na zvislom kolese pod uhlom k základni, keď prúd vody klesal, došlo k rotácii, z ktorej sa pohyboval mlynský kameň.
Koleso, v ktorom sa otáčalo samotné „vodné“koleso. Boli postavené dva typy - s dolnou a hornou bitkou.

Voda prichádzala z hrádze do podvesného mlyna, potom smerovala žľabom ku kolesu s priekopami, ktoré sa otáčalo pod jej váhou. Pri použití spodného boja sa používa prevedenie s lopatkami, ktoré sa uvedú do pohybu pri ponorení do vodného prúdu. Na zlepšenie efektivity práce sa často používala priehrada, ktorá blokovala iba časť rieky, nazývanú boon.

Na obrázku nižšie je znázornené zariadenie typického dreveného vodného mlyna: rotačný pohyb vychádza zo spodného pohonu (kolesa) [6], navrchu je vedro (bunker) [1] na obilie a žľab [2], ktorý ho privádza k mlynským kameňom [3]. Výsledná múka spadla do podnosu [4] a potom sa vysypala do truhly alebo vrecka [5].

Úprava prísunu obilia bola vykonaná dávkovačom, špeciálnym boxom s otvorom, ktorý ovplyvňoval jemnosť mletia múky. Po jej prijatí bolo potrebné preosiať cez špeciálne sito inštalované nad hrudníkom, ktoré pomocou malého mechanizmu oscilovalo.

Niektoré vodné mlyny slúžili nielen na mletie obilia, ale aj na lúpanie prosa, pohánky či ovsa, z ktorých sa vyrábali obilniny. Takéto stroje sa nazývali krupery. Podnikatelia používali mlynské konštrukcie na búšenie kúdele, na plstenie podomácky tkanej látky, na česanie vlny atď.

Stavba mlynov v Rusku

V starých ruských kronikách sa zmienka o vodných kolesách a mlynoch vyskytuje od 9. storočia. Spočiatku slúžili výlučne na mletie obilia, pre ktoré ich prezývali „múka“a „chlieb“. V roku 1375 udelil knieža Podolský Korpatovič listinou dominikánskemu kláštoru právo postaviť mlyn na obilie. A v roku 1389 bola takáto budova prenechaná manželke kniežaťa Dmitrija Donskoyho závetom.

Vo Veľkom Novgorode sa dokument z brezovej kôry spomína na stavbu mlyna zo 14. storočia. Pskovské kroniky zo 16. storočia. rozprávať o výstavbe takejto stavby na rieke Volchov, do ktorej sa zapojilo celé miestne obyvateľstvo. Bola postavená priehrada, ktorá blokovala časť rieky, no tá sa zrútila v dôsledku veľkých záplav.

Na rovinatom teréne boli v Rusku postavené vodné mlyny s plniacim horným kolesom. V 14-15 storočí. začali sa objavovať kúzelné zariadenia, v ktorýchkoleso bolo umiestnené vodorovne na zvislom hriadeli.

Tieto návrhy postavili samoukovia bez akýchkoľvek nákresov a schém. Navyše nielen skopírovali už postavené konštrukcie, ale zakaždým pridali do svojho zariadenia svoje vlastné inovácie. Už za Petra Veľkého začali do Ruska prichádzať majstri z európskych krajín, ktorí ukázali svoje schopnosti a znalosti v tejto oblasti.

Jeden z Petrových spolupracovníkov, slávny inžinier William Genin, ktorý postavil 12 veľkých závodov na Urale, dokázal zabezpečiť ich prevádzku z vodných elektrární. Následne bola vodná energia široko využívaná odborníkmi na výstavbu banských a kovospracujúcich podnikov po celom Rusku.

Začiatkom 18. storočia fungovalo na celom území asi 3 tisíc manufaktúr, ktoré na fungovanie výroby využívali hydraulické zariadenia. Išlo o hutnícke, piliarske, papierenské, tkáčske a iné podniky.

Najznámejší a jedinečný komplex na zásobovanie banským a hutníckym závodom energiou postavil v roku 1787 inžinier K. D. Frolov v bani Zmeinogorsk, ktorá nemala vo svete obdoby. Jeho súčasťou bola hrádza, stavby na odber vody, z ktorých voda prechádzala podzemnými štôlňami do otvoreného koryta (dĺžka 535 m) do mlyna, kde sa otáčalo koleso píly. Ďalej voda tiekla ďalším podzemným kanálom do hydrokolesa stroja na zdvíhanie rudy z bane, potom do tretieho a štvrtého. Ku koncu sa vlievala cez vyše 1 km dlhú štôlňu späť do rieky pod hrádzou, jej celková trasa bola viac ako 2 km,priemer najväčšieho kolesa je 17 m Všetky stavby boli postavené z miestnych materiálov: hliny, dreva, kameňa a železa. Komplex úspešne funguje už viac ako 100 rokov, no do dnešných dní sa zachovala iba hrádza bane Zmeinogorsky.

Výskumom v oblasti hydrauliky sa zaoberal aj známy vedec M. V. Lomonosov, ktorý svoje vedecké myšlienky uviedol do praxe a podieľal sa na vytvorení podniku farebného skla založeného na prevádzke hydraulického zariadenia s tromi kolesami. Diela ďalších dvoch ruských akademikov – D. Bernoulliho a L. Eulera – nadobudli svetový význam vo využívaní zákonov hydrodynamiky a hydraulického inžinierstva a položili teoretické základy týchto vied.

Používanie vodnej energie na východe

Používanie vodných kolies v Číne bolo prvýkrát podrobne popísané v knihe Sunn Yingxing v roku 1637. Podrobne popisuje ich použitie na metalurgickú výrobu. Čínske konštrukcie boli zvyčajne horizontálne, ale ich kapacita bola dostatočne vysoká na výrobu múky a kovu.

S využívaním vodnej energie sa začalo už v 30. rokoch. n. po vynájdení vratného mechanizmu založeného na vodných kolesách čínskym úradníkom.

V starovekej Číne bolo postavených niekoľko stoviek mlynov, ktoré sa nachádzali pozdĺž riek, no v 10. storočí. vláda ich začala zakazovať kvôli prekážkam v riečnej plavbe. Výstavba mlynov sa postupne rozširovala v susedných krajinách: Japonsku a Indii, v Tibete.

Vodné kolesá v islamských krajinách

KrajinyVýchod, na ktorom sa ľudia hlásia k islamskému náboženstvu, je z väčšej časti územím s veľmi horúcou klímou. Od staroveku bol pravidelný prísun vody veľmi dôležitý. Boli vybudované akvadukty, aby zásobovali mestá vodou a aby ju vytiahli z rieky, postavili mlyny, ktoré nazývali „norias“.

Podľa historikov boli prvé takéto stavby postavené pred 5 000 rokmi v Sýrii a ďalších krajinách. Na rieke Orontes, jednej z najhlbších v krajine, bola rozšírená konštrukcia výťahov v podobe obrovských kolies vodných mlynov, ktoré naberali vodu mnohými lopatkami a dodávali ju do akvaduktu.

Živým príkladom takejto stavby sú výťahy v meste Hama, ktoré prežili až do našich čias, ktorých výstavba sa datuje do 13. storočia. Pokračujú v práci dodnes a sú ozdobou aj dominantou mesta.

Využitie vodnej energie v rôznych priemyselných odvetviach

Okrem získavania múky sa rozsah vodných mlynov rozšíril na nasledujúce typy priemyselných odvetví:

na melioráciu a zásobovanie plodín na poliach vodou;
píla, ktorá využívala vodnú energiu na spracovanie dreva;
metalurgia a spracovanie kovov;
v ťažbe na spracovanie kameňov alebo iných hornín;
v tkáčskych a vlnárskych manufaktúrach;
na čerpanie vody z bane atď.

Jeden z najstarších príkladov použitiavodná sila - píla v Hierapolise (Turecko), jej mechanizmy boli objavené pri vykopávkach a datované do 6. stor. n. e.

V niektorých európskych krajinách archeológovia objavili pozostatky starých mlynov z obdobia starovekého Ríma, ktoré sa používali na drvenie kremeňa obsahujúceho zlato ťažené v baniach.

Najväčší komplex využívajúci silu vody bol podľa historických údajov postavený v 1. storočí. na juhu Francúzska pod názvom Barbegal, ktorý mal 16 vodných kolies, ktoré zásobovali energiou 16 mlynov na múku, čím poskytovali chlieb blízkemu mestu Alert. Každý deň sa tu vyrobilo 4,5 tony múky.

Podobný komplex mlynov na kopci Janiculum dodal zásoby v 3. storočí. mesto Rím, čo ocenil aj cisár Aurelianus.

Vytvorenie vodnej stavby vlastnými rukami

Architektonický prvok, akým je vodné koleso, si získal obľubu spolu s bazénmi, kaskádami alebo fontánami. Samozrejme, takéto štruktúry plnia skôr dekoratívnu ako praktickú funkciu. Každý majiteľ, ktorý má zručnosti na prácu s drevenými časťami, dokáže postaviť vodný mlyn vlastnými rukami.

Odporúča sa zvoliť veľkosť kolies najmenej 1,5 m, ale nie viac ako 10 m, v závislosti od oblasti staveniska. Dom mlyna je vybraný aj podľa jeho budúceho účelu: budova na skladovanie inventára, ihrisko pre deti a výzdoba územia.

Výroba dielov:

ako základ vodného kolesa si môžete zobrať bicykel alebo zrazený strom, ku ktorému sú pripevnené lopatky; v centremal by mať potrubie, okolo ktorého sa otáča;
hotový výrobok je namontovaný na ložiskách na 2 podperách, ktoré sú vyrobené z dubových trámov, kovových rohov, tehál;
k hornej časti kolesa by mal priliehať žľab, cez ktorý prúdi voda na lopatky; privádza sa buď z hadice s čerpadlom, alebo prichádza po daždi;
všetky diely odporúčame spracovať pre zvýšenie životnosti: drevené - lakované, kovové - lakované proti korózii;
pre odtok vody položte kanály v smere postelí alebo do inej nádoby;
v poslednej fáze je budova zdobená dekoratívnymi prvkami.

Postavenie dekoratívneho vodného mlyna na vidieku bude skvelým estetickým doplnkom krajiny.

Slávne historické veterné mlyny

Najväčší fungujúci vodný mlyn „Lady Isabella“sa nachádza neďaleko dediny Lexie na ostrove Man v Írskom mori. Táto stavba bola postavená v roku 1854 inžinierom-samoukom Robertom Casementom na počesť manželky miestneho generálneho guvernéra a účelom jej výstavby bolo čerpanie podzemnej vody z miestnej bane na ťažbu prírodných zdrojov (zinok, olovo atď.)..).

Špeciálne boli položené kanály, ktorými cez most pretekala voda z horských riek a bola privádzaná na otáčanie kolesa s priemerom 22 m, ktoré je dodnes považované za najväčšie na svete, vďaka čomu má mnoho turistov už zožal úspechrokov.

Jednou z pôvodných pamiatok Francúzska je starý vodný mlyn neďaleko mesta Vernon (Francúzsko). Jeho jedinečnosť spočíva v tom, že spočíva na 2 pilieroch starého kamenného mosta, ktorý kedysi spájal brehy Seiny. Presný dátum jeho výstavby nie je známy, no podľa niektorých zdrojov bol postavený v období opozície voči Richardovi Leviemu srdcu a mal strategický význam. V roku 1883 ju slávny umelec Claude Monet zvečnil na jednom zo svojich plátien.

Vytvorenie vodného mlyna je dôležitým krokom v histórii vývoja technológií, pretože sa považuje za prvý dizajn, ktorý sa dal použiť na rôzne účely na spracovanie poľnohospodárskych a iných produktov, čo bol prvý krok k stroju produkcia na svete.