Vodní mlýn: objevná hodnota, rozsah, zařízení a princip fungování

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-02-12 05:02

Vynález vodního mlýna měl velký význam pro historii a vývoj techniky. První takové stavby sloužily k přelévání vody ve starém Římě, později se začaly využívat k získávání mouky a pro jiné průmyslové účely.

Příběh vynálezu

Vodní kolo vynalezli lidé v dávných dobách, díky nimž člověk získal spolehlivý a jednoduchý motor, jehož využití se rok od roku rozšiřuje. Již v prvním století před naším letopočtem římský vědec Vitruvius popsal takovou stavbu ve svém pojednání „10 knih o architektuře“. Jeho působení bylo založeno na rotaci kola od dopadu proudu vody na jeho lopatky. A první praktickou aplikací tohoto objevu byla možnost mletí zrn.

Historie mlýnů sahá až k prvním mlýnským kamenům, které používali starověcí lidé k získávání mouky. Taková zařízení byla nejprve manuální, pak začala využívat fyzickou sílu otroků nebo zvířat, která otáčela moučným kolem.

Historie vodního mlýna začala používáním konstrukce kola poháněného silou říčního proudu k prováděníproces mletí obilí na mouku a základem pro to bylo vytvoření prvního motoru. Starověké stroje se vyvinuly ze zavlažovacích zařízení zvaných chadufons, které se používaly ke zvedání vody z řeky k zavlažování půdy a polí. Taková zařízení se skládala z několika naběraček namontovaných na ráfku: během otáčení byly ponořeny do vody, nabíraly ji a po zvednutí ji převrátily do skluzu.

Uspořádání starověkých větrných mlýnů

Postupem času lidé začali stavět vodní mlýny a využívat sílu vody k výrobě mouky. Navíc v rovinatých oblastech, při nízké rychlosti toku řek, byly uspořádány přehrady ke zvýšení tlaku, čímž bylo zajištěno zvýšení hladiny vody. Pro přenos pohybu na mlýnské zařízení byly vynalezeny převodové motory, které byly vyrobeny ze dvou kol v kontaktu s ráfky.

Pomocí systému kol různých průměrů, jejichž osy otáčení byly rovnoběžné, byli starověcí vynálezci schopni přenášet a transformovat pohyb, který mohl být směrován ve prospěch lidí. Navíc větší kolo musí udělat méně otáček tolikrát, kolikrát jeho průměr převyšuje druhé, malé. První převodové systémy kol se začaly používat před 2 tisíci lety. Od té doby byli vynálezci a mechanici schopni přijít s mnoha variacemi převodů, s použitím nejen 2, ale více kol.

Popsané zařízení vodního mlýna starověkuVitruvius, obsahoval 3 hlavní části:

Motor sestávající ze svislého kola s lopatkami, které otáčí voda.
Převodový mechanismus je druhé svislé ozubené kolo (převodovka), které otáčí třetím vodorovným, které se nazývá pastorek.
Ovládací mechanismus sestávající ze dvou mlýnských kamenů: horní je poháněn ozubeným kolem a je namontován na jeho svislé hřídeli. Zrno na mouku bylo nasypáno do kbelíku-nálevky umístěné nad horním mlýnským kamenem.

Vodní kola byla instalována v několika polohách vzhledem k proudu vody: po proudu – na řekách s vysokým průtokem. Nejběžnější byly „závěsné“konstrukce, instalované na volném toku, ponořené do vody spodními lopatkami. Následně začali používat střední a horní průrazné typy vodních kol.

Maximální možná účinnost (účinnost=75 %) byla dána prací nadzemních nebo hromadných typů, která byla široce používána při stavbě „kanoe“plovoucích mlýnů, které jezdily na velkých řekách: Dněpr, Kura, atd.

Význam objevu vodního mlýna byl v tom, že byl vynalezen první starožitný mechanismus, který mohl být později použit pro průmyslovou výrobu, která se stala důležitou etapou v historii vývoje technologie.

Středověké hydraulické stavby

První vodní mlýny v Evropě se podle historických údajů objevily za vlády Karla Velikého (340 n. l.) v Německu abyly vypůjčeny od Římanů. Ve stejné době byly takové mechanismy stavěny na řekách Francie, kde do konce 11. stol. již tam bylo asi 20 tisíc mlýnů. Přitom v Anglii jich už bylo více než 5,5 tisíce.

Vodní mlýny byly ve středověku rozšířeny po celé Evropě, sloužily ke zpracování zemědělských produktů (mouky, olejny, valchy), k čerpání vody z dolů a v hutní výrobě. Do konce 16. stol bylo jich již 300 tisíc a v 18. stol. - 500 tis.. Zároveň došlo k jejich technickému zkvalitnění a zvýšení nárůstu výkonu (z 600 na 2220 koní).

Slavný umělec a vynálezce Leonardo da Vinci se ve svých poznámkách také pokusil vymyslet nové způsoby využití energie a síly vody pomocí kol. Navrhl například konstrukci vertikální pily, která byla uvedena do pohybu proudem vody přiváděným do kola, tedy proces se zautomatizoval. Leonardo také nakreslil několik možností použití hydraulických konstrukcí: fontány, způsoby odvodnění bažin atd.

Pozoruhodným příkladem vodní elektrárny byl mechanismus zásobování vodou pro fontány a zásobování vodou paláců ve Versailles, Trianonu a Marly (Francie), pro které byla na řece speciálně postavena přehrada. Seine. Z vodojemu byla voda pod tlakem přiváděna na 14 prorážecích kol o rozměrech 12 m. Ty ji vyzvedávaly pomocí 221 čerpadel do výšky 162 m k akvaduktu, ze kterého tekla do paláců a kašen. Denní objem dodané vody byl 5 tisíc m3^3.

Jak funguje vodní mlýn

Vzhled takového mlýna zůstal nezměněn po mnoho staletí. Hlavním materiálem pro stavbu bylo dřevo, ze kterého byla postavena stodola, vyrobena kola a hřídele. Kov byl použit pouze v některých částech: nápravy, upevňovací prvky, držáky. Občas byla stodola postavena z kamene.

Typy mlýnů, které využívaly vodní energii:

Whorled – postavený na rychle tekoucích horských řekách. Konstrukčně jsou podobné moderním turbínám: lopatky byly vyrobeny na svislém kole pod úhlem k základně, když proud vody klesal, došlo k rotaci, ze které se pohyboval mlýnský kámen.
Kolo, ve kterém se otáčelo samotné „vodní“kolo. Byly postaveny dva typy - s dolní a horní bitvou.

Voda přicházela z přehrady do horního mlýna, poté byla skluzem nasměrována ke kolu s příkopy, které se otáčelo pod její tíhou. Při použití spodního boje je použito provedení s lopatkami, které se uvádějí do pohybu při ponoření do vodního proudu. Ke zlepšení efektivity práce se často používala přehrada, která blokovala pouze část řeky, zvanou Boon.

Na obrázku níže je znázorněno zařízení typického dřevěného vodního mlýna: rotační pohyb vychází ze spodního pohonu (kolo) [6], nahoře je kbelík (bunkr) [1] na obilí a žlab [2], přivádějící jej k mlýnským kamenům [3]. Výsledná mouka spadla do podnosu [4] a poté se vysypala do truhly nebo sáčku [5].

Úpravu přísunu zrna prováděl dávkovač, speciální box s otvorem, který ovlivňoval jemnost mletí mouky. Po jejím obdržení bylo nutné prosít speciální síto instalované nad hrudníkem, které pomocí malého mechanismu oscilovalo.

Některé vodní mlýny sloužily nejen k mletí obilí, ale také k loupání prosa, pohanky nebo ovsa, ze kterých se vyráběly obiloviny. Takové stroje se nazývaly krupery. Podnikatelé používali mlýnské konstrukce k bušení koudelí, k plstění podomácku předené látky, k česání vlny atd.

Stavba mlýnů v Rusku

Ve starověkých ruských kronikách se zmínka o vodních kolech a mlýnech vyskytuje od 9. století. Zpočátku sloužily výhradně k mletí obilí, pro které se jim přezdívalo „mouka“a „chléb“. V roce 1375 udělil kníže Podolský Korpatovič listinou dominikánskému klášteru právo postavit mlýn na obilí. A v roce 1389 byla taková budova závětí ponechána manželce prince Dmitrije Donskoye.

Ve Veliky Novgorod pochází dokument z březové kůry zmiňující stavbu mlýna ze 14. století. Pskovské kroniky 16. století. vyprávět o výstavbě takové stavby na řece Volchov, do které se zapojilo celé místní obyvatelstvo. Byla postavena přehrada, která blokovala část řeky, ale ta se zhroutila kvůli silným záplavám.

Na rovném terénu byly v Rusku postaveny vodní mlýny s plnicím horním kolem. Ve 14-15 století. začaly se objevovat spirálovité přístroje, ve kterýchkolo bylo umístěno vodorovně na svislé hřídeli.

Tyto návrhy postavili samouci bez jakýchkoliv nákresů a schémat. Navíc nejen zkopírovali již postavené konstrukce, ale pokaždé přidali do svého zařízení vlastní inovace. Již za dob Petra Velikého začali do Ruska přijíždět mistři z evropských zemí, kteří ukázali své dovednosti a znalosti v této oblasti.

Jeden z Peterových spolupracovníků, slavný inženýr William Genin, který postavil 12 velkých závodů na Uralu, dokázal zajistit jejich provoz z vodních elektráren. Následně byla vodní energie široce využívána specialisty na výstavbu těžebních a kovodělných podniků po celém Rusku.

Na začátku 18. století fungovalo na celém území asi 3 tisíce manufaktur, které pro fungování výroby využívaly hydraulické instalace. Jednalo se o hutnické, pilařské, papírenské, tkalcovské a další podniky.

Nejznámější a nejunikátnější komplex pro zásobování těžebního a hutního závodu energií byl postaven v roce 1787 inženýrem K. D. Frolovem v dole Zmeinogorsk, který neměl ve světě obdoby. Jeho součástí byla hráz, stavby na odběr vody, ze kterých voda procházela podzemními štolami do otevřeného koryta (535 m dlouhého) do mlýna, kde se otáčelo kolo pily. Dále voda tekla dalším podzemním korytem k hydrokolu stroje na zvedání rudy z dolu, dále do třetího a čtvrtého. Ke konci tekla více než 1 km dlouhou štolou zpět do řeky pod hrází, její celková dráha byla více než 2 km,průměr největšího kola je 17 m. Všechny stavby byly postaveny z místních materiálů: hlíny, dřeva, kamene a železa. Komplex úspěšně funguje již více než 100 let, ale do dnešních dnů se dochovala pouze hráz dolu Zmeinogorsky.

Výzkum v oblasti hydrauliky prováděl také slavný vědec M. V. Lomonosov, který své vědecké myšlenky uvedl do praxe a podílel se na vytvoření podniku barevného skla založeného na provozu hydraulického zařízení se třemi koly. Práce dalších dvou ruských akademiků – D. Bernoulliho a L. Eulera – nabyly světového významu ve využití zákonů hydrodynamiky a hydraulického inženýrství a položily teoretické základy těchto věd.

Využívání vodní energie na východě

Použití vodních kol v Číně bylo poprvé podrobně popsáno v knize Sunn Yingxing v roce 1637. Podrobně popisuje jejich použití pro metalurgickou výrobu. Čínské konstrukce byly obvykle horizontální, ale jejich kapacita byla dostatečně vysoká na výrobu mouky a kovu.

Využití vodní energie bylo poprvé zahájeno již ve 30. letech. n. e. poté, co čínský úředník vynalezl vratný mechanismus založený na vodních kolech.

Ve starověké Číně bylo postaveno několik set mlýnů, které se nacházely podél řek, ale v 10. století. vláda je začala zakazovat kvůli překážkám v říční plavbě. Výstavba mlýnů se postupně rozšiřovala v sousedních zemích: Japonsku a Indii, v Tibetu.

Vodní kola v islámských zemích

ZeměVýchod, na kterém se lidé hlásí k islámskému náboženství, je z větší části územím s velmi horkým klimatem. Od pradávna byl pravidelný přísun vody velmi důležitý. Byly vybudovány akvadukty, které zásobovaly města vodou a aby ji zvedly z řeky, byly postaveny mlýny, které nazývali „norias“.

Podle historiků byly první takové stavby postaveny před 5 tisíci lety v Sýrii a dalších zemích. Na řece Orontes, jedné z nejhlubších v zemi, byla rozšířena stavba výtahů v podobě obrovských kol vodních mlýnů, které četnými lopatkami nabíraly vodu a dodávaly ji do akvaduktu.

Názorným příkladem takové stavby jsou výtahy města Hama, které přežily až do našich dob, jejichž stavba sahá až do 13. století. Pokračují v práci dodnes a jsou ozdobou i dominantou města.

Využití vodní energie v různých průmyslových odvětvích

Kromě získávání mouky se rozsah vodních mlýnů rozšířil na následující typy průmyslových odvětví:

pro melioraci a poskytování vody plodinám na polích;
pila, která využívala vodní sílu ke zpracování dřeva;
metalurgie a zpracování kovů;
v těžbě pro zpracování kamenů nebo jiných hornin;
v tkalcovských a vlněných manufakturách;
pro zvedání vody z dolu atd.

Jeden z nejstarších příkladů použitívodní energie - pila v Hierapolis (Turecko), její mechanismy byly objeveny při vykopávkách a datovány do 6. stol. n. e.

V některých evropských zemích objevili archeologové pozůstatky starých mlýnů z doby starověkého Říma, které se používaly k drcení křemene obsahujícího zlato těžené v dolech.

Největší komplex využívající sílu vody byl postaven podle historických údajů v 1. století. na jihu Francie pod názvem Barbegal, který měl 16 vodních kol, která zásobovala energií 16 mlýnů na mouku, čímž poskytovala chléb nedalekému městu Alert. Každý den se zde vyrobilo 4,5 tuny mouky.

Podobný komplex mlýnů na kopci Janiculum dodal zásoby ve 3. století. město Řím, které ocenil císař Aurelianus.

Vytvoření vodní stavby vlastníma rukama

Architektonický prvek, jako je vodní kolo, si získal oblibu spolu s bazény, kaskádami nebo fontánami. Takové struktury samozřejmě plní spíše dekorativní než praktickou funkci. Každý majitel, který má dovednosti pro práci s dřevěnými díly, dokáže postavit vodní mlýn vlastníma rukama.

Doporučuje se zvolit velikost kola minimálně 1,5 m, ale ne více než 10 m, v závislosti na ploše staveniště. Dům mlýna je také vybrán podle svého budoucího účelu: budova pro skladování inventáře, hřiště pro děti a výzdoba území.

Výroba dílů:

jako základ vodního kola si můžete vzít kolo nebo sražený strom, ke kterému jsou připevněny lopatky; ve středuměl by mít trubku, kolem které se otáčí;
hotový výrobek je namontován na ložiskách na 2 podpěrách, které jsou vyrobeny z dubových trámů, kovových rohů, cihel;
k horní části kola by měl pasovat skluz, kterým voda proudí na lopatky; přivádí se buď z hadice s čerpadlem, nebo přichází po dešti;
všechny díly doporučujeme zpracovat pro zvýšení životnosti: dřevěné - lakované, kovové - lakované proti korozi;
pro odvod vody položte kanály ve směru postelí nebo do jiné nádoby;
v konečné fázi je budova vyzdobena dekorativními prvky.

Zařízení dekorativního vodního mlýna na venkově bude skvělým estetickým doplňkem krajiny.

Slavné historické větrné mlýny

Největší fungující vodní mlýn „Lady Isabella“se nachází poblíž vesnice Lexie na ostrově Man v Irském moři. Tato stavba byla postavena v roce 1854 inženýrem-samoukem Robertem Casementem na počest manželky místního generálního guvernéra a účelem její stavby bylo čerpání podzemní vody z místního dolu pro těžbu přírodních zdrojů (zinek, olovo atd.)..).

Speciálně byly položeny kanály, kterými mostem procházela voda z horských řek a byla přiváděna k otáčení kola o průměru 22 m, které je dodnes považováno za největší na světě, díky čemuž má mnoho turistů už slavil úspěchlet.

Jednou z původních památek Francie je starý vodní mlýn poblíž města Vernon (Francie). Jeho jedinečnost spočívá v tom, že spočívá na 2 pilířích starého kamenného mostu, který kdysi spojoval břehy Seiny. Přesné datum jeho výstavby není známo, nicméně podle některých zdrojů byl postaven v období opozice vůči Richardu Lví srdce a měl strategický význam. V roce 1883 ji slavný umělec Claude Monet zvěčnil na jednom ze svých pláten.

Vytvoření vodního mlýna je důležitým krokem v historii vývoje technologie, protože je považován za první návrh, který by mohl být použit pro různé účely pro zpracování zemědělských a jiných produktů, což byl první krok ke stroji produkce na světě.