Vízmalom: felfedezési érték, hatókör, eszköz és működési elv

2024 Szerző: Henry Conors | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-02-12 08:27

A vízimalom feltalálása nagy jelentőséggel bírt a technika története és fejlődése szempontjából. Az első ilyen szerkezeteket az ókori Rómában használták a víz túlcsordulására, később liszt előállítására és egyéb ipari célokra kezdték használni.

Találmánytörténet

A vízikereket az ókorban az emberek találták fel, ennek köszönhetően az ember megbízható és egyszerű motort kapott, melynek használata évről évre bővül. Vitruvius római tudós már a Krisztus előtti első században leírt egy ilyen szerkezetet „10 könyv az építészetről” című értekezésében. Működése a kerék forgásán alapult a víz áramlásának a pengéire való becsapódása miatt. És ennek a felfedezésnek az első gyakorlati alkalmazása a szemek őrlésének lehetősége volt.

A malmok története az ókori emberek által liszt előállítására használt első malomkövekig nyúlik vissza. Az ilyen eszközök eleinte manuálisak voltak, majd elkezdték használni a rabszolgák vagy állatok fizikai erejét, amelyek megforgatták a lisztkereket.

A vízimalom története a folyó áramlási erejével hajtott kerék kialakításával kezdődött.a gabona lisztté őrlésének folyamata, ennek alapja pedig az első motor megalkotása volt. Az ókori gépek a chadufons nevű öntözőberendezésekből fejlődtek ki, amelyek segítségével vizet emeltek a folyóból a föld és a mezők öntözésére. Az ilyen eszközök több peremre szerelt gombócból álltak: forgás közben vízbe merítették, felkanalazták, majd felemelés után csúszdává borították.

Ősi szélmalmok elrendezése

Idővel az emberek vízimalmokat kezdtek építeni, és a víz erejét liszt előállítására használták. Sőt, a sík területeken a folyók alacsony áramlási sebessége mellett gátak kerültek kialakításra a nyomás növelésére, ezzel biztosítva a vízszint emelkedését. A mozgás átvitelére a malomberendezésre hajtóműves motorokat találtak fel, amelyek két, a felnikkel érintkező kerékből készültek.

A különböző átmérőjű kerekek rendszerével, amelyek forgástengelye párhuzamos volt, az ókori feltalálók képesek voltak az emberek javára irányítható mozgást átvinni és átalakítani. Sőt, a nagyobb keréknek annyiszor kell kevesebbet fordulnia, ahányszor átmérője meghaladja a második, kicsikét. Az első kerékhajtóműveket 2 ezer évvel ezelőtt kezdték használni. Azóta a feltalálók és a szerelők sokféle sebességváltót tudtak kitalálni, nemcsak 2, hanem több kerék felhasználásával.

Az ókori vízimalom berendezése, ismertetveVitruvius, 3 fő részből áll:

1. Egy víz által forgatható lapátokkal rendelkező függőleges kerékből álló motor.
2. A sebességváltó mechanizmus egy második függőleges fogazott kerék (hajtómű), amely egy harmadik vízszintes kereket, úgynevezett fogaskereket forgat.
3. Két malomkőből álló működtető szerkezet: a felsőt fogaskerék hajtja, és annak függőleges tengelyére van felszerelve. A liszthez való gabonát a felső malomkő felett található vödörtölcsérbe öntötték.

A vízkerekeket a víz áramlásához képest több pozícióba szerelték fel: lefelé - a nagy áramlási sebességű folyókon. A legelterjedtebbek a "függő" szerkezetek voltak, amelyeket szabad áramlásra szereltek fel, és az alsó lapátokkal vízbe merültek. Ezt követően kezdték el használni a közepes és a felső méretű vízikereket.

A lehető legnagyobb hatásfokot (hatékonyság=75%) a felső vagy ömlesztett típusok munkája adták, amelyeket széles körben alkalmaztak a nagy folyókon futó "kenu" úszómalmok építésénél: Dnyeper, Kura, stb.

A vízimalom felfedezésének jelentősége az volt, hogy feltalálták az első antik szerkezetet, amelyet később ipari termelésre lehetett használni, ami a technika fejlődésének történetének fontos állomása lett.

Középkori hidraulikus építmények

Európa első vízimalmai a történelmi adatok szerint Nagy Károly (i.sz. 340) uralkodása idején jelentek meg Németországban ésa rómaiaktól kölcsönözték. Ugyanakkor ilyen mechanizmusokat építettek Franciaország folyóin, ahol a 11. század végére. már körülbelül 20 ezer malom volt. Ugyanakkor Angliában már több mint 5,5 ezren voltak.

A vízimalmok a középkorban Európa-szerte elterjedtek, mezőgazdasági termékek feldolgozására (lisztmalmok, olajmalmok, fullerek), bányákból víz kiemelésére és kohászati termelésre használták őket. A 16. század végére már 300 ezren voltak, és a XVIII. - 500 ezer. Ezzel egy időben megtörtént a műszaki fejlesztésük és a teljesítménynövekedésük (600-ról 2220 lóerőre)

A híres művész és feltaláló, Leonardo da Vinci jegyzeteiben is megpróbált új módszereket kitalálni a víz energiájának és erejének kerekek segítségével történő felhasználására. Javaslatot tett például egy függőleges fűrész kialakítására, amelyet a kerékbe juttatott vízsugár indított el, vagyis a folyamat automatizálódott. Leonardo számos rajzot készített a hidraulikus építmények használatának lehetőségeiről: szökőkutak, mocsarak lecsapolásának módjai stb.

A vízerőmű szembetűnő példája volt a szökőkutak vízellátása és a Versailles-i, Trianon és Marly (Franciaország) palotái vízellátása, amelyhez kifejezetten a folyón építettek gátat. Szajna. A tározóból 14 db 12 m átmérőjű fenéktörő kerékhez juttatták nyomás alatt a vizet, melyeket 221 szivattyú segítségével 162 m magasra emeltek a vízvezetékbe, ahonnan a palotákba, szökőkutakba folyt. A napi szolgáltatott víz mennyisége 5 ezer m3^3.

Hogyan működik a vízimalom

Egy ilyen malom kialakítása évszázadok óta változatlan maradt. Az építkezés fő anyaga fa volt, ebből épült az istálló, kerekek és tengelyek készültek. Fémet csak egyes részeken használtak: tengelyek, kötőelemek, konzolok. Alkalmanként az istállót kőből építették.

Vízenergiát használó malmok típusai:

1. Örvényes – gyors folyású hegyi folyókra épült. Kialakításukban hasonlítanak a modern turbinákhoz: a lapátokat az alaphoz képest szögben álló függőleges kerékre készítettek, amikor a víz áramlása leesett, forgás történt, amiből a malomkő elmozdult.
2. Kerék, amelyben maga a "víz" kerék forgott. Két típus készült – alsó és felső csatával.

A víz a gátról a felső malomba érkezett, majd a csúszdán keresztül árkokkal a kerékhez irányították, ami a súlya alatt forgott. Az alsó harc használatakor pengékkel ellátott kialakítást használnak, amelyek vízsugárba merülve mozgásba lendülnek. A munka hatékonyságának javítása érdekében gyakran használtak gátat, amely csak a folyó egy részét zárta el, az úgynevezett boon.

Az alábbi ábrán egy tipikus fából készült vízimalom berendezése látható: a forgómozgás az alsó hajtásról (kerékről) jön [6], felül van egy vödör (bunker) [1] a gabonának és egy csúszda [2], betáplálva a malomkövekbe [3]. A kapott liszt beleesett a tálcába [4], majd kiömlött a ládába vagy a zacskóba [5].

A gabonaadagolás beállítását egy adagolóval, egy speciális dobozzal végezték el, amelynek lyukassága befolyásolta az őrlés finomságát. Miután megkapta, át kellett szitálni egy speciális, a mellkas fölé szerelt szitán, amely egy kis mechanizmussal oszcillált.

Néhány vízimalmot nem csak a gabona őrlésére használtak, hanem köles, hajdina vagy zab pucolására is, amelyekből gabonaféléket készítettek. Az ilyen gépeket croupernek hívták. A vállalkozó tulajdonosok malomszerkezeteket használtak kócok ütésére, házi fonású szövet nemezelésére, gyapjúfésülésre stb.

Építőművek Oroszországban

Az ókori orosz krónikákban a vízikerekek és malmok említése a 9. századtól fordul elő. Kezdetben kizárólag gabona őrlésére használták őket, amiért "liszt" és "kenyér" becenevet kaptak. 1375-ben Podolszkij Korpatovics herceg oklevéllel jogot adott a domonkos kolostornak gabonamalmot építtetni. 1389-ben pedig egy ilyen épületet végrendelet útján Dmitrij Donszkoj herceg feleségére hagytak.

Veliky Novgorodban a 14. századból származik egy nyírfakéreg dokumentum, amely egy malom építését említi. századi pszkov krónikák. meséljen egy ilyen építmény felépítéséről a Volhov folyón, amelybe a teljes helyi lakosság bevonása volt. Gátat építettek, amely elzárta a folyó egy részét, de a súlyos áradások miatt összeomlott.

A sík terepen oroszországi vízimalmokat építettek feltöltő felső kerékkel. A 14-15 században. örvénylő eszközök kezdtek megjelenni, amelyekbena kereket vízszintesen egy függőleges tengelyre helyezték.

Ezeket a terveket autodidakta mesterek készítették rajzok és diagramok nélkül. Sőt, nemcsak lemásolták a már felállított szerkezeteket, hanem minden alkalommal saját újításokkal egészítették ki készüléküket. Még Nagy Péter idejében is kezdtek Oroszországba érkezni európai országokból mesterek, akik megmutatták készségeiket és tudásukat ezen a területen.

Péter egyik munkatársa, a híres mérnök, William Genin, aki 12 nagy üzemet épített az Urálban, hidraulikus erőművekből tudta biztosítani a működésüket. Ezt követően a vízenergiát széles körben használták a bányászati és fémmegmunkáló vállalkozások építésének szakemberei Oroszország-szerte.

A 18. század elején a területen mintegy 3 ezer manufaktúra működött, amelyek hidraulikus berendezéseket használtak a termelés működéséhez. Ezek kohászati, fűrészüzemi, papíripari, szövőipari és egyéb vállalkozások voltak.

A bánya- és olvasztóüzem energiaellátásának leghíresebb és legegyedibb komplexumát K. D. Frolov mérnök építette 1787-ben a zmeinogorszki bányában, amelynek a világon nem volt analógja. Gátat, vízbevezető műtárgyakat tartalmazott, ahonnan a víz földalatti nyílásokon keresztül egy nyílt csatornába (535 m hosszú) jutott egy malomba, ahol forgott a fűrészmalom kerék. Ezután a következő földalatti csatornán keresztül a víz az ércet a bányából kiemelő gép vízkerekére, majd a harmadikba és a negyedikbe folyt. A végén egy több mint 1 km-es hasadékon ömlött vissza a gát alatt a folyóba, összútvonala több mint 2 km volt,a legnagyobb kerék átmérője 17 m. Valamennyi szerkezet helyi anyagokból épült: agyagból, fából, kőből és vasból. A komplexum több mint 100 éve működik sikeresen, de a Zmeinogorsky bányából a mai napig csak a gát maradt fenn.

A hidraulika területén végzett kutatásokat a híres tudós, M. V. Lomonoszov is végezte, aki tudományos gondolatait a gyakorlatba ültette, részt vett egy háromkerekű hidraulikus berendezés működésén alapuló színes üveges vállalkozás létrehozásában.. További két orosz akadémikus - D. Bernoulli és L. Euler - munkái világméretű jelentőségre tettek szert a hidrodinamika és a vízépítés törvényeinek alkalmazásában, és lefektették e tudományok elméleti alapjait.

Vízenergia felhasználása keleten

A vízikerekek Kínában történő használatát először Sunn Yingxing könyve írta le részletesen 1637-ben. Ez részletezi a kohászati gyártáshoz való felhasználásukat. A kínai szerkezetek általában vízszintesek voltak, de kapacitásuk elég nagy volt a liszt és fém előállításához.

A vízenergia felhasználását először a 30-as években kezdték el használni. n. pl., miután egy kínai tisztviselő feltalálta a vízikerekeken alapuló dugattyús mechanizmust.

Az ókori Kínában több száz malmot építettek, amelyek a folyók mentén helyezkedtek el, de a X. században. a kormány a folyami hajózás akadályozása miatt tiltani kezdte őket. A malmok építése fokozatosan terjeszkedett a szomszédos országokban: Japánban és Indiában, Tibetben.

Vízkerekek az iszlám országokban

OrszágokKelet, ahol az emberek az iszlám vallást vallják, nagyrészt nagyon forró éghajlatú terület. Ősidők óta nagyon fontos volt a rendszeres vízellátás. Vízvezetékeket építettek a városok vízellátására és a folyóból való kiemelésére, malmokat építettek, amelyeket "noriasnak" neveztek.

A történészek szerint az első ilyen építményeket 5 ezer éve állították fel Szíriában és más országokban. Az ország egyik legmélyebb folyóján, az Orontes folyón elterjedt volt a liftek építése hatalmas vízimalmok formájában, amelyek számos lapáttal merítették a vizet, és azt a vízvezetékbe szállították.

Egy ilyen szerkezet szemléletes példája Hama város korunkig fennmaradt liftjei, melyek építkezése a 13. századig nyúlik vissza. A mai napig dolgoznak, a város díszei és nevezetességei egyaránt.

A vízenergia felhasználása különböző iparágakban

A vízimalmok tevékenységi köre a liszt beszerzésén túl a következő iparágakra is kiterjedt:

• meliorációhoz és a szántóföldi növények vízellátásához;
• egy fűrészmalom, amely vízenergiát használt a fa feldolgozására;
• kohászat és fémfeldolgozás;
• kövek vagy más kőzetek feldolgozására szolgáló bányászatban;
• szövő- és gyapjúmanufaktúrákban;
• víz kiemelésére a bányából stb.

Az egyik legrégebbi felhasználási példavízerőmű - fűrészmalom Hierapolisban (Törökország), mechanizmusait ásatások során fedezték fel, és a 6. századra datálták. n. e.

Egyes európai országokban a régészek az ókori Róma korából származó régi malmok maradványait fedezték fel, amelyeket a bányákban bányászott aranyat tartalmazó kvarc zúzására használtak.

A legnagyobb, víz erejét felhasználó komplexum a történelmi adatok szerint az I. században épült. Dél-Franciaországban Barbegal néven, amely 16 vízikerékkel rendelkezett, amelyek 16 lisztmalmot láttak el energiával, így látta el kenyérrel a közeli Alert városát. Naponta 4,5 tonna lisztet állítottak elő itt.

A Janiculum-hegyen egy hasonló malomkomplexum biztosította az ellátást a III. Róma városa, amelyet Aurelianus császár nagyra értékelt.

Vízszerkezet készítése saját kezűleg

Egy olyan építészeti elem, mint a vízikerék, a medencék, vízesések vagy szökőkutak mellett népszerűvé vált. Természetesen az ilyen szerkezetek dekoratív, nem pedig gyakorlati funkciót töltenek be. Minden tulajdonos, aki rendelkezik a fa alkatrészekkel való munkavégzéshez szükséges ismeretekkel, saját kezűleg is építhet vízimalmot.

A telek területétől függően legalább 1,5 m-es, de legfeljebb 10 m-es kerékméretet javasolt választani. A malomházat is a jövőbeni rendeltetése szerint választják ki: készlet tárolására szolgáló épület, játszótér a gyerekeknek, a terület díszítése.

Alkatrészek gyártása:

• vízikerék alapjául vehetsz biciklit vagy kidöntött fát, amelyre a pengék rögzítve vannak; a központbanlegyen rajta egy cső, ami körül forog;
• a kész termék 2 db támasztékon lévő csapágyakra van felszerelve, melyek tölgyfa gerendákból, fém sarkokból, téglából készülnek;
• a kerék tetejére illeszkedjen a csúszda, amelyen keresztül a víz a lapátokra áramlik; vagy szivattyús tömlőből hozzák, vagy eső után jön;
• minden alkatrész megmunkálása javasolt az élettartam növelése érdekében: fa - lakkozott, fém - korrózió ellen festett;
• víz elvezetésére, csatornák elhelyezésére az ágyások irányába vagy egy másik tartályba;
• a végső szakaszban az épületet díszítőelemek díszítik.

Egy dekoratív vízimalom felállítása vidéken nagyszerű esztétikai kiegészítője lesz a tájnak.

Híres történelmi szélmalmok

A legnagyobb működő vízimalom, a "Lady Isabella" Lexie falu közelében található, az Ír-tengeren, a Man-szigeten. Ezt az építményt 1854-ben építette Robert Casement autodidakta mérnök a helyi főkormányzó felesége tiszteletére, és építésének célja az volt, hogy egy helyi bányából talajvizet szivattyúzzanak a természeti erőforrások (cink, ólom stb.) kitermeléséhez..).

Speciálisan csatornákat fektettek le, amelyeken keresztül a hegyi folyók vize áthaladt a hídon, és egy 22 m átmérőjű kerék forgatására táplálták, amely még mindig a világ legnagyobbjának számít, ennek köszönhetően sok turista már sikernek örvendettév.

Franciaország egyik eredeti látnivalója egy régi vízimalom, amely Vernon (Franciaország) városa közelében található. Különlegessége abban rejlik, hogy egy régi kőhíd 2 oszlopán nyugszik, amely egykor a Szajna partját kötötte össze. Építésének pontos dátuma nem ismert, de egyes források szerint az Oroszlánszívű Richárddal szembeni ellenállás időszakában állították fel, és stratégiai jelentőségű volt. 1883-ban a híres művész, Claude Monet megörökítette őt egyik vásznán.

A vízimalom megalkotása fontos lépés a technológiai fejlődés történetében, mert ez az első olyan konstrukció, amelyet mezőgazdasági és egyéb termékek feldolgozására különböző célokra lehetett felhasználni, ami az első lépés volt a gépi úton. termelés a világon.