Vesimylly: löytöarvo, laajuus, laite ja toimintaperiaate

2024 Kirjoittaja: Henry Conors | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-02-12 06:48

Vesimyllyn keksimisellä oli suuri merkitys tekniikan historialle ja kehitykselle. Ensimmäisiä tällaisia rakenteita käytettiin veden ylivirtaamiseen antiikin Roomassa, myöhemmin niitä alettiin käyttää jauhojen saamiseksi ja muihin teollisiin tarkoituksiin.

Keksintötarina

Ihmiset keksivät vesipyörän muinaisina aikoina, minkä ansiosta ihminen sai luotettavan ja yksinkertaisen moottorin, jonka käyttö on laajentunut vuosi vuodelta. Roomalainen tiedemies Vitruvius kuvasi sellaisen rakenteen jo ensimmäisellä vuosisadalla eKr. tutkielmassaan "10 kirjaa arkkitehtuurista". Sen toiminta perustui pyörän pyörimiseen veden virtauksen vaikutuksesta sen teriin. Ja tämän löydön ensimmäinen käytännön sovellus oli mahdollisuus jauhaa jyviä.

Myllyjen historia juontaa juurensa ensimmäisiin myllynkiviin, joita muinaiset ihmiset käyttivät jauhojen tuottamiseen. Tällaiset laitteet olivat aluksi manuaalisia, sitten ne alkoivat käyttää orjien tai eläinten fyysistä voimaa, jotka pyörittivät jauhopyörää.

Vesimyllyn historia alkoi joen virtauksen voiman käyttämän pyörän suunnittelusta.viljan jauhamisprosessi jauhoiksi, ja tämän perustana oli ensimmäisen moottorin luominen. Muinaiset koneet kehittyivät chadufoneiksi kutsutuista kastelulaitteista, joita käytettiin nostamaan vettä joesta maan ja peltojen kasteluun. Tällaiset laitteet koostuivat useista vanteelle kiinnitetyistä kauhoista: pyörimisen aikana ne upotettiin veteen, kaavittiin ja nostettuaan ylös, ne kaadettiin kouruksi.

Muinaisten tuulimyllyjen järjestely

Ajan mittaan ihmiset alkoivat rakentaa vesimyllyjä ja käyttää veden voimaa jauhojen tuottamiseen. Lisäksi tasaisilla alueilla jokien hitaalla virtausnopeudella järjestettiin patoja lisäämään painetta, millä varmistettiin vedenpinnan nousu. Liikkeen siirtämiseksi myllylaitteeseen keksittiin vaihdemoottorit, jotka tehtiin kahdesta vanteiden kanssa kosketuksessa olevasta pyörästä.

Käyttäen halkaisij altaan erilaisten pyörien järjestelmää, joiden pyörimisakselit olivat yhdensuuntaiset, muinaiset keksijät pystyivät siirtämään ja muuttamaan liikettä, joka voitiin suunnata ihmisten hyödyksi. Lisäksi suuremman pyörän tulee tehdä vähemmän kierroksia niin monta kertaa kuin sen halkaisija ylittää toisen, pienen. Ensimmäiset pyöränvaihteistot otettiin käyttöön 2 tuhatta vuotta sitten. Siitä lähtien keksijät ja mekaanikot ovat kyenneet kehittämään monia vaihteiden muunnelmia käyttämällä paitsi kahta, myös useampaa pyörää.

Muinaisen aikakauden vesimyllyn laite, kuvattuVitruvius, sisälsi 3 pääosaa:

Moottori, joka koostuu pystysuorasta pyörästä, jonka siivet pyörivät veden avulla.
Vaihteistomekanismi on toinen pystysuora hammaspyörä (vaihteisto), joka kääntää kolmannen vaakapyörän, jota kutsutaan hammaspyöräksi.
Kahdesta myllykivestä koostuva käyttömekanismi: ylempää käytetään hammaspyörällä ja se on asennettu pystyakselille. Jauhojen vilja kaadettiin ylemmän myllynkiven yläpuolella sijaitsevaan ämpärisuppiloon.

Vesipyörät asennettiin useisiin paikkoihin suhteessa veden virtaukseen: alavirtaan - joille, joilla on suuri virtausnopeus. Yleisimmät olivat "riippuvat" rakenteet, jotka asennettiin vapaaseen virtaukseen ja jotka upotettiin veteen alempien terien avulla. Myöhemmin he alkoivat käyttää keskikokoisia ja huippuluokan vesipyöriä.

Maksimimman mahdollisen hyötysuhteen (hyötysuhde=75 %) antoi ylä- tai bulkkityyppien työ, jota käytettiin laaj alti "kanootti" kelluvien myllyjen rakentamisessa, jotka kulkivat suurilla joilla: Dnepri, Kura, jne.

Vesimyllyn löytämisen merkitys oli, että keksittiin ensimmäinen antiikkimekanismi, jota voitiin myöhemmin käyttää teolliseen tuotantoon, josta tuli tärkeä vaihe tekniikan kehityksen historiassa.

Keskiaikaiset hydraulirakenteet

Ensimmäiset vesimyllyt Euroopassa historiallisten tietojen mukaan ilmestyivät Kaarle Suuren hallituskaudella (340 jKr.) Saksassa jalainattiin roomalaisilta. Samaan aikaan tällaisia mekanismeja rakennettiin Ranskan joille, joissa 1000-luvun loppuun mennessä. tehtaita oli jo noin 20 tuhatta. Samaan aikaan niitä oli Englannissa jo yli 5,5 tuhatta.

Vesimyllyt olivat keskiajalla yleisiä kaikkialla Euroopassa, niitä käytettiin maataloustuotteiden jalostukseen (jauhomyllyt, öljymyllyt, täytteilijät), veden nostamiseen kaivoksista ja metallurgisessa tuotannossa. 1500-luvun loppuun mennessä niitä oli jo 300 tuhatta, ja 1700-luvulla. - 500 tuhatta. Samaan aikaan tapahtui niiden tekninen parannus ja tehon kasvu (600 hevosvoimasta 2220 hevosvoimaan).

Kuuluisa taiteilija ja keksijä Leonardo da Vinci yritti muistiinpanoissaan myös keksiä uusia tapoja käyttää veden energiaa ja voimaa pyörien avulla. Hän ehdotti esimerkiksi pystysahan suunnittelua, jonka pyörään syötetty vesivirta saa liikkeelle, eli prosessi automatisoitui. Leonardo teki myös piirustuksia useista hydraulisten rakenteiden käyttömahdollisuuksista: suihkulähteet, soiden ojitustavat jne.

Hämmästyttävä esimerkki vesivoimalaitoksesta oli suihkulähteiden ja palatsien vesihuoltojärjestelmä Versailles'ssa, Trianonissa ja Marlyssa (Ranska), jota varten jokeen pystytettiin erityisesti pato. Seine. Säiliöstä syötettiin paineen alaisena vettä 14:lle pohjanlävistyspyörälle, joiden mitat olivat 12 m. Ne nostettiin 221 pumpun avulla 162 metrin korkeuteen akveduktiin, josta se virtasi palatseihin ja suihkulähteisiin. Päivittäinen toimitettu vesimäärä oli 5 tuhatta m3^3.

Kuinka vesimylly toimii

Tällaisen tehtaan rakenne on pysynyt muuttumattomana vuosisatojen ajan. Rakentamisen päämateriaalina oli puu, josta rakennettiin navetta, valmistettiin pyörät ja akselit. Metallia käytettiin vain joissakin osissa: akselit, kiinnikkeet, kannakkeet. Joskus navetta rakennettiin kivestä.

Vesienergiaa käyttävien myllyjen tyypit:

Pyöritetty - rakennettu nopeavirtaisille vuoristojoille. Suunnittelultaan ne ovat samanlaisia kuin nykyajan turbiinit: siivet tehtiin pystysuoralle pyörälle kulmassa alustaan nähden, kun vesivirta laski, tapahtui pyöriminen, josta myllynkivi siirtyi.
Pyörä, jossa itse "vesi"pyörä pyöri. Kaksi tyyppiä rakennettiin - alemmalla ja ylemmällä taistelulla.

Vesi tuli padosta ylämyllylle, sitten se ohjattiin kourua pitkin ojilla pyörälle, joka pyöri painonsa alla. Alempaa taistelua käytettäessä käytetään teriä, jotka lähtevät liikkeelle upotettuna vesivirtaan. Työn tehokkuuden parantamiseksi käytettiin usein patoa, joka sulki vain osan joesta, nimeltään siunaus.

Alla olevassa kuvassa on tyypillisen puisen vesimyllyn laite: pyörimisliike tulee alemmasta vetopyörästä (pyörästä) [6], yläosassa on kauha (bunkkeri) [1] viljalle ja kouru [2] syöttäen sen myllynkiviin [3]. Syntyneet jauhot putosivat tarjottimelle [4] ja valuivat sitten laatikkoon tai pussiin [5].

Viljasyötön säätö suoritettiin annostelijalla, erikoislaatikolla, jossa oli jauhojen hienoudekseen vaikuttanut reikä. Sen vastaanottamisen jälkeen piti seuloa rinnan yläpuolelle asennetun erikoisseulan läpi, joka värähteli pienellä mekanismilla.

Joitakin vesimyllyjä käytettiin paitsi viljan jauhamiseen, myös hirssin, tatterin tai kauran kuorimiseen, joista valmistettiin viljaa. Tällaisia koneita kutsuttiin crouperiksi. Yrittäjät käyttivät myllyrakenteita rouvien pomppimiseen, kotikudotun kankaan huovutukseen, villan kampaamiseen jne.

Rakennustehtaita Venäjällä

Venäläisissä kronikoissa mainitaan vesipyörät ja myllyt 800-luvulta lähtien. Alun perin niitä käytettiin yksinomaan viljan jauhamiseen, josta niitä kutsuttiin "jauhoiksi" ja "leipäksi". Vuonna 1375 ruhtinas Podolski Korpatovich myönsi dominikaaniluostarille oikeuden rakentaa viljamylly peruskirjalla. Ja vuonna 1389 tällainen rakennus jätettiin testamentilla prinssi Dmitri Donskoyn vaimolle.

Veliky Novgorodissa 1300-luvulta peräisin oleva koivun tuohidokumentti, jossa mainitaan tehtaan rakentaminen. Pihkovan kronikat 1500-luvulta. kerro sellaisen rakenteen rakentamisesta Volhov-joelle, johon koko paikallinen väestö oli mukana. Rakennettiin pato, joka sulki osan joesta, mutta se romahti vakavien tulvien vuoksi.

Tasaiselle maastolle rakennettiin Venäjällä vesimyllyt täytepyörällä. 14-15-luvuilla. pyöreitä laitteita alkoi ilmestyä, joissapyörä asetettiin vaakasuoraan pystyakselille.

Nämä mallit ovat itseoppineiden mestareiden rakentamia ilman piirustuksia ja kaavioita. Lisäksi he eivät vain kopioineet jo pystytettyjä rakenteita, vaan lisäsivät joka kerta omat innovaationsa laitteeseensa. Jo Pietari Suuren aikana Venäjälle alkoi tulla mestareita Euroopan maista, jotka osoittivat taitonsa ja tietonsa tällä alalla.

Yksi Peterin työkavereista, kuuluisa insinööri William Genin, joka rakensi 12 suurta laitosta Uralille, pystyi varmistamaan niiden toiminnan hydraulisilla voimalaitoksilla. Myöhemmin kaivos- ja metallialan yritysten rakentamisen asiantuntijat käyttivät vesienergiaa laajasti kaikkialla Venäjällä.

1700-luvun alussa koko alueella toimi noin 3 tuhatta manufaktuuria, jotka käyttivät hydraulisia laitteistoja tuotannon toimintaan. Nämä olivat metallurgisia, saha-, paperi-, kudonta- ja muita yrityksiä.

Kuuluisin ja ainutlaatuisin kaivos- ja sulattolaitoksen energiantuotantokompleksi rakensi insinööri K. D. Frolov vuonna 1787 Zmeinogorskin kaivokselle, jolla ei ollut analogeja maailmassa. Se sisälsi padon, vedenottorakenteet, joista vesi kulki maanalaisten aukkojen kautta avoimeen kanavaan (535 m pitkä) myllylle, jossa sahan pyörä pyöri. Lisäksi vesi virtasi seuraavan maanalaisen kanavan kautta koneen vesipyörään malmin nostoa varten kaivoksesta, sitten kolmanteen ja neljänteen. Lopussa se virtasi yli 1 km pituisen aidan läpi takaisin jokeen padon alapuolelle, sen kokonaispolku oli yli 2 km,suurimman pyörän halkaisija on 17 m. Kaikki rakenteet rakennettiin paikallisista materiaaleista: savesta, puusta, kivestä ja raudasta. Kompleksi on toiminut menestyksekkäästi yli 100 vuoden ajan, mutta vain Zmeinogorskin kaivoksen pato on säilynyt tähän päivään asti.

Hydrauliikan alan tutkimusta suoritti myös kuuluisa tiedemies M. V. Lomonosov, joka toteutti tieteelliset ajatuksensa käytäntöön osallistumalla kolmipyöräisen hydraulilaitteiston toimintaan perustuvan värilasiyrityksen luomiseen. Kahden muun venäläisen akateemikon - D. Bernoullin ja L. Eulerin - työt saavuttivat maailmanlaajuista merkitystä hydrodynamiikan ja vesitekniikan lakien käytössä ja loivat näiden tieteiden teoreettisen perustan.

Vesienergian käyttö idässä

Vesipyörien käyttöä Kiinassa kuvattiin ensimmäisen kerran yksityiskohtaisesti Sunn Yingxingin kirjassa vuonna 1637. Siinä kerrotaan yksityiskohtaisesti niiden käytöstä metallurgisessa tuotannossa. Kiinalaiset rakenteet olivat yleensä vaakasuuntaisia, mutta niiden kapasiteetti oli riittävän suuri jauhojen ja metallien tuottamiseen.

Vesienergian käyttö aloitettiin ensimmäisen kerran jo 30-luvulla. n. esim. kiinalaisen virkamiehen keksimän vesipyöriin perustuvan edestakaisen mekanismin.

Muinaisessa Kiinassa rakennettiin useita satoja myllyjä, jotka sijaitsivat jokien varrella, mutta 1000-luvulla. hallitus alkoi kieltää ne joen navigoinnin estämisen vuoksi. Tehtaiden rakentaminen laajeni vähitellen naapurimaihin: Japaniin ja Intiaan, Tiibetissä.

Vesipyörät islamilaisissa maissa

MaatItä, jossa ihmiset tunnustavat islamilaista uskontoa, on suurimmaksi osaksi aluetta, jolla on erittäin kuuma ilmasto. Muinaisista ajoista lähtien säännöllinen veden saanti on ollut erittäin tärkeää. Vesijohdot rakennettiin toimittamaan vettä kaupunkeihin ja nostamaan sitä joesta, rakennettiin myllyjä, joita he kutsuivat "noriaksi".

Historioitsijoiden mukaan ensimmäiset tällaiset rakenteet pystytettiin 5 tuhatta vuotta sitten Syyriassa ja muissa maissa. Orontes-joella, joka on yksi maan syvimmistä, hissien rakentaminen oli laajalle levinnyt vesimyllyjen v altavien pyörien muodossa, jotka kaavisivat vettä useilla siipillä ja toimittivat sen akveduktiin.

Elävä esimerkki tällaisesta rakenteesta ovat meidän aikoihinmme säilyneet Haman kaupungin hissit, joiden rakentaminen juontaa juurensa 1200-luvulle. Ne jatkavat toimintaansa tähän päivään asti ja ovat sekä kaupungin koristeena että maamerkkinä.

Vesivoiman käyttö eri teollisuudenaloilla

Jauhojen hankinnan lisäksi vesimyllyt laajenivat seuraaville teollisuudenaloille:

melioraatioon ja peltojen sadon vesihuoltoon;
saha, joka käytti vesivoimaa puun käsittelyyn;
metallurgia ja metallinkäsittely;
kaivoksessa kivien tai muiden kivien käsittelyyn;
kudonta- ja villamanufaktuureissa;
veden nostamiseen kaivoksesta jne.

Yksi vanhimmista käyttöesimerkeistävesivoima - saha Hierapolisissa (Turkki), sen mekanismit löydettiin kaivauksissa ja ajoitettiin 6. vuosisadalle. n. e.

Joissakin Euroopan maissa arkeologit ovat löytäneet muinaisen Rooman aikakausilta peräisin olevien vanhojen myllyjen jäänteitä, joita käytettiin kaivoksissa louhitun kultaa sisältävän kvartsin murskaamiseen.

Suurin vesivoimaa käyttävä kompleksi rakennettiin historiallisten tietojen mukaan 1. vuosisadalla. Etelä-Ranskassa nimellä Barbegal, jossa oli 16 vesipyörää, jotka toimittivat energiaa 16 jauhomyllylle ja tarjosivat siten leipää läheiselle Alert-kaupungille. Täällä tuotettiin päivittäin 4,5 tonnia jauhoja.

Samanlainen myllykompleksi Janiculum Hillillä toimitti tarvikkeita 3. luvulla. Rooman kaupunki, jota keisari Aurelianus arvosti.

Vesirakenteen luominen omin käsin

Arkkitehtoninen elementti, kuten vesipyörä, on saavuttanut suosiota uima- altaiden, vesiputousten tai suihkulähteiden ohella. Tietenkin tällaiset rakenteet suorittavat enemmän koristeellisen kuin käytännöllisen tehtävän. Jokainen puuosien kanssa työskentelytaitoa omaava omistaja voi rakentaa vesimyllyn omin käsin.

On suositeltavaa valita pyörän koko vähintään 1,5 m, mutta enintään 10 m, riippuen kohteen pinta-alasta. Myllytalo valitaan myös tulevan käyttötarkoituksensa mukaan: varastorakennus, lasten leikkipaikka ja alueen koristelu.

Osien tuotanto:

vesipyörän pohjaksi voit ottaa polkupyörän tai kaatetun puun, johon terät on kiinnitetty; keskustassasiinä pitäisi olla putki, jonka ympäri se pyörii;
valmis tuote on asennettu laakereihin kahdelle tuelle, jotka on valmistettu tammipalkeista, metallikulmista, tiilistä;
pyörän yläosaan tulee sovittaa kouru, jonka läpi vesi virtaa terien päälle; se tuodaan joko letkusta pumpulla tai tulee sateen jälkeen;
kaikki osat suositellaan työstettäväksi käyttöiän pidentämiseksi: puu - lakattu, metalli - maalattu korroosiota vastaan;
veden tyhjentämiseen, kanavien asettamiseen sänkyjen suuntaan tai toiseen astiaan;
viimeisessä vaiheessa rakennus on koristeltu koriste-elementeillä.

Koristeellisen vesimyllyn pystyttäminen maaseudulle on upea esteettinen lisä maisemaan.

Kuuluisia historiallisia tuulimyllyjä

Suurin toimiva vesimylly "Lady Isabella" sijaitsee lähellä Lexien kylää Mansaarella Irlanninmerellä. Itseoppinut insinööri Robert Casement pystytti tämän rakennuksen vuonna 1854 paikallisen kenraalikuvernöörin vaimon kunniaksi, ja sen rakentamisen tarkoituksena oli pumpata pohjavettä paikallisesta kaivoksesta luonnonvarojen (sinkki, lyijy jne.) t alteenottoa varten..).

Erityisesti laitettiin kanavat, joiden läpi vuoristojokien vesi kulki sillan läpi ja syötettiin pyörittämään halkaisij altaan 22 m pyörää, jota pidetään edelleen maailman suurimpana, minkä ansiosta monet turistit ovat nauttinut jo menestyksestävuotta.

Yksi Ranskan alkuperäisistä nähtävyyksistä on vanha vesimylly, joka sijaitsee lähellä Vernonin kaupunkia (Ranska). Sen ainutlaatuisuus piilee siinä, että se lepää vanhan kivisillan kahdella pilarilla, joka yhdisti aikoinaan Seinen rannat. Sen tarkkaa rakennusaikaa ei tunneta, mutta joidenkin lähteiden mukaan se pystytettiin Rikhard Leijonasydämen vastustamisen aikana ja sillä oli strateginen merkitys. Vuonna 1883 kuuluisa taiteilija Claude Monet ikuisti hänet yhdelle kankaalleen.

Vesimyllyn luominen on tärkeä askel teknologian kehityksen historiassa, koska sitä pidetään ensimmäisenä suunnitteluna, jota voitiin käyttää eri tarkoituksiin maatalous- ja muiden tuotteiden jalostukseen, mikä oli ensimmäinen askel kohti koneistusta. tuotantoa maailmassa.