Izum vodenice bio je od velike važnosti za povijest i razvoj tehnologije. Prve takve strukture korištene su za prelijevanje vode u starom Rimu, kasnije su se počele koristiti za dobivanje brašna i u druge industrijske svrhe.
Priča o izumu
Vodeni kotač izumili su ljudi u davna vremena, zahvaljujući čemu je osoba dobila pouzdan i jednostavan motor, čija se upotreba svake godine širi. Još u prvom stoljeću prije Krista rimski znanstvenik Vitruvije opisao je takvu strukturu u svojoj raspravi "10 knjiga o arhitekturi". Njegovo djelovanje temeljilo se na rotaciji kotača od utjecaja toka vode na njegove lopatice. A prva praktična primjena ovog otkrića bila je mogućnost mljevenja žitarica.
Povijest mlinova seže do prvih mlinskih kamenova koje su drevni ljudi koristili za dobivanje brašna. Takvi su uređaji u početku bili ručni, a zatim su počeli koristiti fizičku snagu robova ili životinja koje su okretale kotač brašna.
Povijest vodenice započela je korištenjem dizajna kotača pokretanog snagom riječnog toka za izvođenjeproces mljevenja žitarica u brašno, a temelj za to bio je stvaranje prvog motora. Drevni strojevi su se razvili iz uređaja za navodnjavanje zvanih čadufoni, koji su se koristili za podizanje vode iz rijeke za navodnjavanje zemlje i polja. Takve su se naprave sastojale od nekoliko lopatica postavljenih na obod: tijekom rotacije bile su uronjene u vodu, hvatale je i nakon podizanja prevrnule u žljeb.
Uređenje drevnih vjetrenjača
S vremenom su ljudi počeli graditi vodene mlinove i koristiti snagu vode za proizvodnju brašna. Štoviše, u ravničarskim područjima, pri maloj brzini toka rijeka, uređene su brane kako bi se povećao pritisak, čime je osiguran porast vodostaja. Za prijenos kretanja na uređaj za mlin, izumljeni su motori s reduktorima, koji su napravljeni od dva kotača u dodiru s naplatcima.
Koristeći sustav kotača različitih promjera, čije su osi rotacije bile paralelne, drevni su izumitelji uspjeli prenijeti i transformirati pokrete koji su mogli biti usmjereni na dobrobit ljudi. Štoviše, veći kotač mora napraviti manje okretaja onoliko puta koliko je njegov promjer veći od drugog, malog. Prvi sustavi zupčanika kotača počeli su se koristiti prije 2 tisuće godina. Od tada su izumitelji i mehaničari uspjeli smisliti mnoge varijacije zupčanika, koristeći ne samo 2, već i više kotača.
Opisani uređaj vodenog mlina antičkog dobaVitruvije, sadržavao je 3 glavna dijela:
- Motor koji se sastoji od okomitog kotača s oštricama koje rotira voda.
- Mehanizam prijenosa je drugi okomiti zupčasti kotač (mjenjač) koji okreće treći horizontalni koji se zove zupčanik.
- Mehanizam pokretanja koji se sastoji od dva mlinska kamena: gornji se pokreće zupčanikom i montira se na njegovu okomitu osovinu. Zrno za brašno se sipalo u lijevak koji se nalazio iznad gornjeg mlinskog kamena.
Vodeni kotači postavljeni su u nekoliko položaja u odnosu na protok vode: nizvodno - na rijekama s velikim protokom. Najčešće su bile "viseće" konstrukcije, postavljene na slobodnom toku, potopljene u vodu pomoću donjih lopatica. Nakon toga, počeli su koristiti srednje i vrhunske vrste vodenih kotača.
Najveću moguću učinkovitost (učinkovitost=75%) dao je rad nadzemnih ili rasutih tipova, koji se naširoko koristio u izgradnji "kanu" plutajućih mlinova koji su vozili na velikim rijekama: Dnjepar, Kura, itd.
Značaj otkrića vodenog mlina bio je u tome što je izumljen prvi antikni mehanizam koji se kasnije mogao koristiti za industrijsku proizvodnju, što je postalo važna faza u povijesti razvoja tehnologije.
Srednjovjekovne hidraulične konstrukcije
Prve vodenice u Europi, prema povijesnim podacima, pojavile su se za vrijeme vladavine Karla Velikog (340. god.) u Njemačkoj isu posuđene od Rimljana. Istodobno su takvi mehanizmi izgrađeni na rijekama Francuske, gdje su do kraja 11.st. već je bilo oko 20 tisuća mlinova. U isto vrijeme, u Engleskoj ih je već bilo više od 5,5 tisuća.
Mlinovi su u srednjem vijeku bili rasprostranjeni po cijeloj Europi, koristili su se za preradu poljoprivrednih proizvoda (mlinovi, uljare, punilice), za dizanje vode iz rudnika i u metalurškoj proizvodnji. Do kraja 16.st bilo ih je već 300 tisuća, a u 18.st. - 500 tisuća. Istovremeno, došlo je do njihovog tehničkog poboljšanja i povećanja snage (sa 600 na 2220 konjskih snaga).
Čuveni umjetnik i izumitelj Leonardo da Vinci u svojim je bilješkama također pokušao smisliti nove načine korištenja energije i snage vode uz pomoć kotača. Predložio je, na primjer, dizajn vertikalne pile, koja se pokretala strujom vode dovedenom u kotač, tj. proces je postao automatiziran. Leonardo je također napravio crteže nekoliko opcija za korištenje hidrauličnih konstrukcija: fontane, načini isušivanja močvara, itd.
Upečatljiv primjer hidroelektrane bio je mehanizam vodoopskrbe fontana i vodoopskrbe palača u Versaillesu, Trianonu i Marlyju (Francuska), za koji je posebno podignuta brana na rijeci. Seine. Iz akumulacije je voda pod pritiskom dovođena do 14 kotača koji probijaju dno veličine 12 m. Oni su je uz pomoć 221 pumpe podigli na visinu od 162 m do akvadukta iz kojeg je tekla u palače i fontane. Dnevni volumen isporučene vode bio je 5 tisuća m33.
Kako radi vodenica
Dizajn takvog mlina ostao je nepromijenjen stoljećima. Glavni materijal za gradnju bilo je drvo od kojeg je sagrađena štala, izrađeni kotači i osovina. Metal je korišten samo u nekim dijelovima: osovine, pričvršćivači, nosači. Povremeno je štala građena od kamena.
Vrste mlinova koji su koristili energiju vode:
- Wrled - izgrađen na brzim planinskim rijekama. Po dizajnu su slične modernim turbinama: lopatice su napravljene na okomitom kotaču pod kutom u odnosu na podnožje, kada je tok vode pao, došlo je do rotacije iz koje se pomiče mlinski kamen.
- Točak, u kojem se rotirao sam "vodeni" kotač. Izgrađene su dvije vrste - s donjom i gornjom bitkom.
Voda je dolazila od brane do nadzemnog mlina, a zatim se usmjeravala žlijebom do kotača s jarcima, koji se okretao pod njegovom težinom. Pri korištenju donje borbe koristi se dizajn s oštricama koje se pokreću kada su uronjene u mlaz vode. Da bi se poboljšala učinkovitost rada, često se koristila brana koja je blokirala samo dio rijeke, nazvan blagodat.
Slika ispod prikazuje uređaj tipičnog drvenog vodenog mlina: rotacijski pokret dolazi od donjeg pogona (kotača) [6], na vrhu se nalazi kanta (bunker) [1] za žito i žlijeb [2], dovodeći ga do mlinskog kamena [3]. Dobiveno brašno palo je u pleh [4], a zatim se prosulo u škrinju ili vrećicu [5].
Podešavanje količine zrna vršilo se dozatorom, posebnom kutijom s rupom koja je utjecala na finoću mljevenog brašna. Nakon što ga je primio, trebalo je prosijati kroz posebno sito postavljeno iznad škrinje koje je osciliralo pomoću malog mehanizma.
Neki vodeni mlinovi služili su ne samo za mljevenje žitarica, već i za guljenje prosa, heljde ili zobi, od kojih su se radile žitarice. Takvi strojevi nazivali su se kruperima. Poduzetnički vlasnici koristili su mlinske konstrukcije za tucanje kudelja, za filcanje domaće tkanine, za češljanje vune itd.
Izgradnja mlinova u Rusiji
U drevnim ruskim ljetopisima spominju se vodeni kotači i mlinovi od 9. stoljeća. U početku su se koristili isključivo za mljevenje žitarica, zbog čega su dobili nadimak "brašno" i "kruh". Godine 1375., knez Podolsky Korpatovich poveljom je dominikanskom samostanu dodijelio pravo na izgradnju mlina za žito. A 1389. takva je zgrada oporukom ostavljena ženi kneza Dmitrija Donskog.
U Velikom Novgorodu dokument od brezove kore koji spominje izgradnju mlina datira iz 14. stoljeća. Pskovske kronike 16. stoljeća. ispričati o izgradnji takve građevine na rijeci Volhov, u koju je bilo uključeno cijelo lokalno stanovništvo. Izgrađena je brana koja je blokirala dio rijeke, ali se urušila zbog velikih poplava.
Na ravnom terenu, vodeni mlinovi u Rusiji izgrađeni su s nadzemnim kotačem za punjenje. U 14-15 st. počele su se pojavljivati kovitlane naprave u kojimakotač je postavljen vodoravno na okomitu osovinu.
Ove su nacrte izradili samouki majstori bez ikakvih crteža i dijagrama. Štoviše, ne samo da su kopirali već podignute strukture, već su svaki put dodavali vlastite inovacije svom uređaju. Još za vrijeme Petra Velikog u Rusiju su počeli dolaziti majstori iz europskih zemalja koji su pokazali svoje vještine i znanje na ovom području.
Jedan od Petrovih suradnika, poznati inženjer William Genin, koji je izgradio 12 velikih elektrana na Uralu, uspio je osigurati njihov rad iz hidrauličnih elektrana. Nakon toga, vodnu energiju naširoko su koristili stručnjaci u izgradnji rudarskih i metaloprerađivačkih poduzeća diljem Rusije.
Početkom 18. stoljeća na cijelom području radilo je oko 3 tisuće manufaktura koje su za funkcioniranje proizvodnje koristile hidrauličke instalacije. To su bila metalurška, pilanska, papirna, tkalačka i druga poduzeća.
Najpoznatiji i jedinstveni kompleks za opskrbu energijom rudarsko-topionice sagradio je 1787. godine inženjer K. D. Frolov u rudniku Zmeinogorsk, koji nije imao analoga u svijetu. Obuhvaćao je branu, vodozahvatne konstrukcije, iz kojih je voda prolazila kroz podzemne otvore u otvoreni kanal (dužine 535 m) do mlina, gdje se okretao pilanski kotač. Nadalje, voda je tekla kroz sljedeći podzemni kanal do hidrokotača stroja za dizanje rude iz rudnika, zatim do trećeg i četvrtog. Na kraju je tekla kroz udubinu dugu više od 1 km natrag u rijeku ispod brane, ukupni put joj je bio više od 2 km,promjer najvećeg kotača je 17 m. Sve građevine građene su od domaćih materijala: gline, drveta, kamena i željeza. Kompleks uspješno radi više od 100 godina, ali do danas je preživjela samo brana rudnika Zmeinogorsky.
Istraživanja u području hidraulike proveo je i poznati znanstvenik M. V. Lomonosov, koji je svoje znanstvene misli pretočio u praksu, sudjelujući u stvaranju poduzeća za obojeno staklo temeljeno na radu hidrauličke instalacije s tri kotača. Radovi još dvojice ruskih akademika - D. Bernoullija i L. Eulera - stekli su svjetski značaj u korištenju zakona hidrodinamike i hidrauličkog inženjerstva i postavili teorijske temelje ovih znanosti.
Korištenje vodene energije na istoku
Upotreba vodenih kotača u Kini prvi put je detaljno opisana u knjizi Sunn Yingxinga 1637. godine. U njoj je detaljno opisana njihova upotreba za metaluršku proizvodnju. Kineske strukture su obično bile horizontalne, ali njihov je kapacitet bio dovoljno visok za proizvodnju brašna i metala.
Upotreba vodene energije prvi put je počela 30-ih godina. n. e., nakon što je kineski službenik izumio klipni mehanizam baziran na vodenim kotačima.
U staroj Kini izgrađeno je nekoliko stotina mlinova, smještenih uz rijeke, ali u 10. stoljeću. vlada ih je počela zabranjivati zbog ometanja riječne plovidbe. Izgradnja mlinova postupno se širila u susjednim zemljama: Japanu i Indiji, u Tibetu.
Vodeni kotači u islamskim zemljama
ZemljeIstok, na kojem ljudi ispovijedaju islamsku vjeru, najvećim je dijelom teritorij s vrlo toplom klimom. Od davnina je redovita opskrba vodom bila vrlo važna. Izgrađeni su akvadukti za opskrbu gradova vodom, a za podizanje iz rijeke izgrađeni su mlinovi, koje su zvali "norije".
Prema povjesničarima, prve takve građevine podignute su prije 5 tisuća godina u Siriji i drugim zemljama. Na rijeci Orontes, jednoj od najdubljih u zemlji, bila je raširena izgradnja dizala u obliku ogromnih kotača vodenih mlinova, koji su brojnim lopaticama zahvatili vodu i dopremali je u akvadukt.
Živi primjer takve strukture su dizala grada Hame, koja su preživjela do našeg vremena, čija izgradnja datira iz 13. stoljeća. Oni nastavljaju raditi do danas, budući da su i ukras i obilježje grada.
Upotreba hidroenergije u raznim industrijama
Osim dobivanja brašna, opseg vodenih mlinova proširen je na sljedeće vrste industrija:
- za melioraciju i opskrbu vodom usjeva na poljima;
- pilana koja je koristila vodu za obradu drva;
- metalurgija i obrada metala;
- u rudarstvu za obradu kamena ili drugih stijena;
- u tkalačkim i vunenim manufakturama;
- za podizanje vode iz rudnika, itd.
Jedan od najstarijih primjera upotrebesnaga vode - pilana u Hierapolisu (Turska), njeni mehanizmi otkriveni su tijekom iskapanja i datirani u 6. stoljeće. n. e.
U nekim europskim zemljama, arheolozi su otkrili ostatke starih mlinova iz doba starog Rima, koji su korišteni za drobljenje kvarca koji je sadržavao zlato iskopano u rudnicima.
Najveći kompleks koji koristi snagu vode izgrađen je, prema povijesnim podacima, u 1. stoljeću. na jugu Francuske pod imenom Barbegal, koji je imao 16 vodenih kotača koji su opskrbljivali energijom 16 mlinova brašna i tako opskrbljivali kruhom obližnji grad Alert. Svaki dan se ovdje proizvodilo 4,5 tona brašna.
Sličan mlinski kompleks na brdu Janiculum opskrbljivao je zalihe u 3. st. grad Rim, koji je cijenio car Aurelijan.
Izrada vodene strukture vlastitim rukama
Arhitektonski element poput vodenog kotača stekao je popularnost zajedno s bazenima, kaskadama ili fontanama. Naravno, takve strukture obavljaju dekorativnu, a ne praktičnu funkciju. Svaki vlasnik koji ima vještinu rada s drvenim dijelovima može vlastitim rukama izgraditi vodenicu.
Preporuča se odabrati veličinu kotača od najmanje 1,5 m, ali ne više od 10 m, ovisno o površini gradilišta. Mlinska kuća je također odabrana prema svojoj budućoj namjeni: zgrada za skladištenje inventara, igralište za djecu i uređenje teritorija.
Proizvodnja dijelova:
- kao osnovu za vodeni kotač, možete uzeti bicikl ili srušeno drvo, na koje su pričvršćene oštrice; u središtutrebao bi imati cijev oko koje se okreće;
- gotov proizvod se montira na ležajeve na 2 nosača, koji su izrađeni od hrastovih greda, metalnih uglova, cigle;
- na vrh kotača trebao bi pristajati žlijeb kroz koji voda teče na lopatice; dovodi se ili iz crijeva s pumpom, ili dolazi nakon kiše;
- preporučuje se obrada svih dijelova kako bi se produžio vijek trajanja: drveni - lakirani, metalni - lakirani protiv korozije;
- za odvod vode, polaganje kanala u smjeru kreveta ili u drugu posudu;
- u završnoj fazi, zgrada je ukrašena dekorativnim elementima.
Postavljanje ukrasnog mlina na selu bit će izvrstan estetski dodatak krajoliku.
Poznate povijesne vjetrenjače
Najveći operativni mlin za vodu "Lady Isabella" nalazi se u blizini sela Lexie na otoku Man u Irskom moru. Ovu je građevinu 1854. godine podigao samouki inženjer Robert Casement u čast supruge lokalnog generalnog guvernera, a svrha izgradnje bila je crpljenje podzemne vode iz lokalnog rudnika za vađenje prirodnih resursa (cinka, olova itd.)..).
Posebno su postavljeni kanali kroz koje je voda iz planinskih rijeka prolazila kroz most i dovodila se za rotiranje kotača promjera 22 m, koji se i danas smatra najvećim na svijetu, zahvaljujući čemu su mnogi turisti imali već uživao u uspjehugodine.
Jedna od originalnih znamenitosti Francuske je stari vodeni mlin koji se nalazi u blizini grada Vernona (Francuska). Njegova posebnost leži u činjenici da počiva na 2 stupa starog kamenog mosta koji je nekada povezivao obale Seine. Točan datum njegove izgradnje nije poznat, no prema nekim izvorima podignuta je u razdoblju suprotstavljanja Rikardu Lavljeg Srca i bila je od strateškog značaja. Godine 1883. slavni umjetnik Claude Monet ju je ovjekovječio na jednom od svojih platna.
Izgradnja mlina važan je korak u povijesti razvoja tehnologije, jer se smatra prvim dizajnom koji se mogao koristiti u razne svrhe za preradu poljoprivrednih i drugih proizvoda, što je bio prvi korak ka strojnoj proizvodnja u svijetu.
