Water mill: halaga ng pagtuklas, saklaw, device at prinsipyo ng pagpapatakbo

2024 May -akda: Henry Conors | [email protected]. Huling binago: 2024-02-12 13:59

Ang pag-imbento ng watermill ay may malaking kahalagahan para sa kasaysayan at pag-unlad ng teknolohiya. Ang unang gayong mga istraktura ay ginamit upang umapaw ang tubig sa sinaunang Roma, nang maglaon ay nagsimula itong gamitin upang makakuha ng harina at para sa iba pang layuning pang-industriya.

Kuwento ng Imbensyon

Ang water wheel ay naimbento ng mga tao noong sinaunang panahon, salamat sa kung saan ang isang tao ay nakatanggap ng maaasahan at simpleng makina, na ang paggamit nito ay lumalawak bawat taon. Noong unang siglo BC, inilarawan ng siyentipikong Romano na si Vitruvius ang gayong istruktura sa kanyang treatise na "10 Books on Architecture". Ang pagkilos nito ay batay sa pag-ikot ng gulong mula sa epekto ng daloy ng tubig sa mga blades nito. At ang unang praktikal na aplikasyon ng pagtuklas na ito ay ang posibilidad ng paggiling ng mga butil.

Ang kasaysayan ng mga gilingan ay nagmula sa mga unang gilingang bato na ginamit ng mga sinaunang tao upang makakuha ng harina. Ang mga naturang device ay sa una ay manual, pagkatapos ay nagsimula silang gumamit ng pisikal na lakas ng mga alipin o hayop na nagpaikot ng gulong ng harina.

Ang kasaysayan ng watermill ay nagsimula sa paggamit ng disenyo ng isang gulong na itinutulak ng puwersa ng daloy ng ilog upang maisakatuparanang proseso ng paggiling ng butil sa harina, at ang batayan para dito ay ang paglikha ng unang makina. Ang mga sinaunang makina ay nag-evolve mula sa mga kagamitan sa patubig na tinatawag na chadufons, na ginamit upang itaas ang tubig mula sa isang ilog upang patubigan ang lupa at mga bukirin. Ang mga naturang device ay binubuo ng ilang mga scoop na naka-mount sa isang rim: sa panahon ng pag-ikot, sila ay inilubog sa tubig, sumandok ito, at pagkatapos na buhatin ito, itinaob nila ito sa isang chute.

Pag-aayos ng mga sinaunang windmill

Sa paglipas ng panahon, ang mga tao ay nagsimulang magtayo ng mga water mill at ginamit ang kapangyarihan ng tubig upang makagawa ng harina. Bukod dito, sa mga patag na lugar, sa mababang bilis ng daloy ng mga ilog, ang mga dam ay inayos upang mapataas ang presyon, sa gayo'y tinitiyak ang pagtaas ng antas ng tubig. Upang magpadala ng paggalaw sa mill device, naimbento ang mga geared na motor, na ginawa mula sa dalawang gulong na nakikipag-ugnayan sa mga rim.

Gamit ang isang sistema ng mga gulong na may iba't ibang diyametro, na ang mga palakol ng pag-ikot ay parallel, nagawa ng mga sinaunang imbentor na ilipat at baguhin ang paggalaw na maaaring idirekta sa kapakinabangan ng mga tao. Bukod dito, ang mas malaking gulong ay dapat gumawa ng mas kaunting mga rebolusyon nang maraming beses na ang diameter nito ay lumampas sa pangalawa, maliit. Ang unang wheel gear system ay nagsimulang gamitin 2 libong taon na ang nakalilipas. Simula noon, ang mga imbentor at mekaniko ay nakagawa na ng maraming variation ng mga gear, gamit hindi lang 2, kundi mas maraming gulong.

Ang aparato ng gilingan ng tubig noong sinaunang panahon, inilarawanVitruvius, naglalaman ng 3 pangunahing bahagi:

1. Isang makina na binubuo ng patayong gulong na may mga blades na pinaikot ng tubig.
2. Ang mekanismo ng paghahatid ay isang pangalawang patayong may ngipin na gulong (transmission) na umiikot sa ikatlong pahalang na tinatawag na pinion.
3. Actuating mechanism na binubuo ng dalawang millstones: ang itaas ay pinapatakbo ng gear at naka-mount sa vertical shaft nito. Ang butil para sa harina ay ibinuhos sa isang bucket-funnel na matatagpuan sa itaas ng gilingang bato.

Nakabit ang mga gulong ng tubig sa ilang posisyon na nauugnay sa daloy ng tubig: sa ibaba ng agos - sa mga ilog na may mataas na bilis ng daloy. Ang pinakakaraniwan ay "nakabitin" na mga istraktura, na naka-install sa isang libreng daloy, na nakalubog sa tubig sa pamamagitan ng mas mababang mga blades. Kasunod nito, nagsimula silang gumamit ng medium at top-piercing na mga uri ng water wheels.

Ang pinakamataas na posibleng kahusayan (kahusayan=75%) ay ibinigay ng gawain ng mga overhead o bulk na uri, na malawakang ginagamit sa pagtatayo ng mga "canoe" na floating mill na tumatakbo sa malalaking ilog: ang Dnieper, Kura, atbp.

Ang kahalagahan ng pagkatuklas ng water mill ay naimbento ang unang antigong mekanismo, na maaaring magamit sa kalaunan para sa industriyal na produksyon, na naging mahalagang yugto sa kasaysayan ng pag-unlad ng teknolohiya.

Mga medieval na haydroliko na istruktura

Ang mga unang watermill sa Europa, ayon sa makasaysayang datos, ay lumitaw noong panahon ng paghahari ni Charlemagne (340 AD) sa Germany atay hiniram sa mga Romano. Kasabay nito, ang mga naturang mekanismo ay itinayo sa mga ilog ng France, kung saan sa pagtatapos ng ika-11 siglo. mayroon nang mga 20 libong mills. Kasabay nito, mayroon nang higit sa 5.5 libo sa kanila sa England.

Ang mga gilingan ng tubig noong Middle Ages ay laganap sa buong Europa, ginagamit ang mga ito para sa pagproseso ng mga produktong pang-agrikultura (mill mill, oil mill, fullers), para sa pag-aangat ng tubig mula sa mga minahan at sa metalurhikong produksyon. Sa pagtatapos ng ika-16 na siglo mayroon nang 300 libo sa kanila, at noong ika-18 siglo. - 500 thousand. Kasabay nito, naganap ang kanilang teknikal na pagpapabuti at pagtaas ng power growth (mula 600 hanggang 2220 horsepower).

Ang sikat na artista at imbentor na si Leonardo da Vinci, sa kanyang mga tala, ay sinubukan din na makabuo ng mga bagong paraan upang magamit ang enerhiya at kapangyarihan ng tubig sa tulong ng mga gulong. Iminungkahi niya, halimbawa, ang disenyo ng isang vertical saw, na itinakda sa paggalaw ng isang stream ng tubig na ibinibigay sa gulong, ibig sabihin, ang proseso ay naging awtomatiko. Gumawa rin si Leonardo ng mga guhit ng ilang mga opsyon para sa paggamit ng mga haydroliko na istruktura: mga fountain, mga paraan upang maubos ang mga latian, atbp.

Isang kapansin-pansing halimbawa ng hydropower plant ay ang mekanismo ng supply ng tubig para sa mga fountain at supply ng tubig ng mga palasyo sa Versailles, Trianon at Marly (France), kung saan espesyal na itinayo ang isang dam sa ilog. Seine. Mula sa reservoir, ang tubig ay ibinibigay sa ilalim ng presyon sa 14 na mga gulong na tumutusok sa ilalim na may sukat na 12 m. Itinaas nila ito sa tulong ng 221 na mga bomba sa taas na 162 m patungo sa aqueduct, mula sa kung saan ito dumadaloy sa mga palasyo at mga fountain. Ang araw-araw na dami ng tubig na ibinibigay ay 5 thousand m3^3.

Paano gumagana ang watermill

Ang disenyo ng naturang gilingan ay nanatiling hindi nagbabago sa loob ng maraming siglo. Ang pangunahing materyal para sa pagtatayo ay kahoy, kung saan itinayo ang kamalig, ginawa ang mga gulong at baras. Ang metal ay ginamit lamang sa ilang bahagi: mga ehe, mga fastener, mga bracket. Paminsan-minsan, ang kamalig ay gawa sa bato.

Mga uri ng gilingan na gumamit ng enerhiya ng tubig:

1. Whorled - itinayo sa mabilis na pag-agos ng mga ilog sa bundok. Sa disenyo, ang mga ito ay katulad ng mga modernong turbine: ang mga blades ay ginawa sa isang patayong gulong sa isang anggulo sa base, nang bumagsak ang daloy ng tubig, naganap ang pag-ikot, kung saan lumipat ang gilingang bato.
2. Wheel, kung saan umiikot ang mismong "tubig" na gulong. Dalawang uri ang ginawa - na may lower at upper battle.

Ang tubig ay nagmula sa dam patungo sa overhead mill, pagkatapos ay itinuro ito sa tabi ng chute patungo sa gulong na may mga kanal, na umiikot sa ilalim ng bigat nito. Kapag gumagamit ng mas mababang labanan, isang disenyo na may mga blades ang ginagamit, na naka-set sa paggalaw kapag inilubog sa isang stream ng tubig. Upang mapabuti ang kahusayan sa trabaho, madalas gumamit ng dam, na humaharang lamang sa isang bahagi ng ilog, na tinatawag na boon.

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng aparato ng isang tipikal na kahoy na gilingan ng tubig: ang umiikot na paggalaw ay nagmumula sa mas mababang drive (gulong) [6], sa itaas ay may isang balde (bunker) [1] para sa butil at isang chute [2], pinapakain ito sa mga gilingan [3]. Ang resultang harina ay nahulog sa tray [4], at pagkatapos ay natapon sa dibdib o bag [5].

Ang pagsasaayos ng suplay ng butil ay isinagawa sa pamamagitan ng isang dispenser, isang espesyal na kahon na may butas na nakaimpluwensya sa katalinuhan ng paggiling ng harina. Matapos itong matanggap, kinakailangang magsala sa isang espesyal na salaan na naka-install sa itaas ng dibdib, na umiikot gamit ang isang maliit na mekanismo.

Ang ilang gilingan ng tubig ay ginamit hindi lamang sa paggiling ng butil, kundi pati na rin sa pagbabalat ng millet, bakwit o oats, kung saan ginawa ang mga cereal. Ang ganitong mga makina ay tinatawag na croupers. Gumamit ang mga may-ari ng entrepreneurial ng mga istruktura ng gilingan para sa paghatak ng mga hila, para sa pagpindot ng telang gawa sa bahay, para sa pagsusuklay ng lana, atbp.

Pagpapagawa ng mga mill sa Russia

Sa sinaunang mga salaysay ng Russia, ang pagbanggit ng mga gulong ng tubig at gilingan ay naganap noong ika-9 na siglo. Sa una, ang mga ito ay ginamit lamang para sa paggiling ng butil, kung saan sila ay tinawag na "harina" at "tinapay". Noong 1375, binigyan ni Prinsipe Podolsky Korpatovich ang Dominican monasteryo ng karapatang magtayo ng isang gilingan ng butil sa pamamagitan ng isang charter. At noong 1389, ang naturang gusali ay ipinaubaya sa asawa ni Prinsipe Dmitry Donskoy sa pamamagitan ng kalooban.

Sa Veliky Novgorod, isang dokumento ng birch bark na nagbabanggit sa pagtatayo ng isang gilingan ay nagsimula noong ika-14 na siglo. Mga salaysay ng Pskov noong ika-16 na siglo. sabihin ang tungkol sa pagtatayo ng naturang istraktura sa Volkhov River, kung saan kasangkot ang buong lokal na populasyon. Isang dam ang itinayo na humarang sa bahagi ng ilog, ngunit gumuho ito dahil sa matinding pagbaha.

Sa patag na lupain, itinayo ang mga water mill sa Russia na may filling overhead wheel. Sa 14-15 siglo. Nagsimulang lumitaw ang mga whorled device kung saanang gulong ay inilagay nang pahalang sa isang patayong baras.

Ang mga disenyong ito ay ginawa ng mga master na itinuro sa sarili nang walang anumang mga guhit at diagram. Bukod dito, hindi lamang nila kinopya ang mga naitayo nang istruktura, ngunit sa bawat oras na idinagdag ang kanilang sariling mga inobasyon sa kanilang aparato. Kahit noong panahon ni Peter the Great, nagsimulang dumating sa Russia ang mga master mula sa mga bansang European, na nagpakita ng kanilang mga kasanayan at kaalaman sa lugar na ito.

Isa sa mga kasama ni Peter, ang sikat na engineer na si William Genin, na nagtayo ng 12 malalaking planta sa Urals, ay nagawang matiyak ang kanilang operasyon mula sa mga hydraulic power plant. Kasunod nito, ang enerhiya ng tubig ay malawakang ginagamit ng mga espesyalista sa pagtatayo ng mga negosyo sa pagmimina at paggawa ng metal sa buong Russia.

Sa simula ng ika-18 siglo, humigit-kumulang 3 libong pabrika ang nagpapatakbo sa buong teritoryo, na gumamit ng mga hydraulic installation para sa paggana ng produksyon. Ang mga ito ay metalurhiko, sawmill, papel, paghabi at iba pang negosyo.

Ang pinakatanyag at natatanging complex para sa pagbibigay ng enerhiya sa planta ng pagmimina at pagtunaw ay itinayo noong 1787 ni engineer K. D. Frolov sa minahan ng Zmeinogorsk, na walang mga analogue sa mundo. Kabilang dito ang isang dam, mga istruktura ng pag-inom ng tubig, kung saan dumaan ang tubig sa ilalim ng lupa patungo sa isang bukas na channel (535 m ang haba) patungo sa isang gilingan, kung saan umiikot ang gulong ng sawmill. Dagdag pa, ang tubig ay dumaloy sa susunod na channel sa ilalim ng lupa patungo sa hydrowheel ng makina para sa pag-aangat ng mineral mula sa minahan, pagkatapos ay sa ikatlo at ikaapat. Sa dulo, dumaloy ito sa isang adit na higit sa 1 km ang haba pabalik sa ilog sa ibaba ng dam, ang kabuuang landas nito ay higit sa 2 km,ang diameter ng pinakamalaking gulong ay 17 m. Ang lahat ng mga istraktura ay itinayo mula sa mga lokal na materyales: luad, kahoy, bato at bakal. Matagumpay na gumagana ang complex sa loob ng higit sa 100 taon, ngunit ang dam lamang ng Zmeinogorsky mine ang nakaligtas hanggang ngayon.

Ang pananaliksik sa larangan ng haydrolika ay isinagawa din ng sikat na siyentipiko na si M. V. Lomonosov, na nagsagawa ng kanyang mga pang-agham na kaisipan, na nakikilahok sa paglikha ng isang negosyong may kulay na salamin batay sa pagpapatakbo ng isang hydraulic installation na may tatlong gulong. Ang mga gawa ng dalawa pang Russian academician - D. Bernoulli at L. Euler - ay nakakuha ng kahalagahan sa mundo sa paggamit ng mga batas ng hydrodynamics at hydraulic engineering at inilatag ang teoretikal na pundasyon ng mga agham na ito.

Paggamit ng enerhiya ng tubig sa Silangan

Ang paggamit ng mga gulong ng tubig sa Tsina ay unang inilarawan nang detalyado sa aklat ng Sunn Yingxing noong 1637. Idinetalye nito ang paggamit ng mga ito para sa produksyong metalurhiko. Karaniwang pahalang ang mga istrukturang Tsino, ngunit sapat ang kanilang kapasidad upang makagawa ng harina at metal.

Ang paggamit ng enerhiya ng tubig ay unang nagsimula noong 30s. n. e., pagkatapos ng pag-imbento ng isang opisyal na Tsino ng isang mekanismong tumbasan batay sa mga gulong ng tubig.

Sa sinaunang Tsina, ilang daang gilingan ang itinayo, na matatagpuan sa tabi ng mga ilog, ngunit noong ika-10 siglo. sinimulan silang ipagbawal ng pamahalaan dahil sa sagabal sa paglalayag sa ilog. Ang pagtatayo ng mga mill ay unti-unting lumawak sa mga kalapit na bansa: Japan at India, sa Tibet.

Mga gulong ng tubig sa mga bansang Islam

Mga BansaAng Silangan, kung saan ang mga tao ay nagpapahayag ng relihiyong Islam, ay para sa karamihan ay isang teritoryo na may napakainit na klima. Mula noong sinaunang panahon, ang regular na supply ng tubig ay napakahalaga. Ang mga aqueduct ay itinayo upang magbigay ng tubig sa mga lungsod, at para itaas ito mula sa ilog, gumawa ng mga gilingan, na tinatawag nilang "norias".

Ayon sa mga mananalaysay, ang unang gayong mga istruktura ay itinayo 5 libong taon na ang nakalilipas sa Syria at iba pang mga bansa. Sa Ilog Orontes, isa sa pinakamalalim sa bansa, laganap ang pagtatayo ng mga elevator sa anyo ng malalaking gulong ng water mill, na sumalok ng tubig na may maraming blades at ibinibigay ito sa aqueduct.

Ang isang matingkad na halimbawa ng gayong istraktura ay ang mga elevator ng lungsod ng Hama, na nananatili hanggang sa ating panahon, na ang pagtatayo nito ay itinayo noong ika-13 siglo. Patuloy silang nagtatrabaho hanggang ngayon, na parehong palamuti at palatandaan ng lungsod.

Ang paggamit ng hydropower sa iba't ibang industriya

Bukod sa pagkuha ng harina, ang saklaw ng water mill ay pinalawak sa mga sumusunod na uri ng industriya:

• para sa melioration at pagbibigay ng tubig sa mga pananim sa bukid;
• isang sawmill na gumamit ng lakas ng tubig sa pagproseso ng kahoy;
• metallurgy at pagproseso ng metal;
• sa pagmimina para sa pagproseso ng mga bato o iba pang bato;
• sa paghahabi at pagawaan ng lana;
• para sa pag-aangat ng tubig mula sa minahan, atbp.

Isa sa mga pinakalumang halimbawa ng paggamitkapangyarihan ng tubig - isang sawmill sa Hierapolis (Turkey), ang mga mekanismo nito ay natuklasan sa panahon ng mga paghuhukay at napetsahan noong ika-6 na siglo. n. e.

Sa ilang bansa sa Europe, natuklasan ng mga arkeologo ang mga labi ng mga lumang gilingan mula sa panahon ng Sinaunang Roma, na ginamit upang durugin ang kuwarts na naglalaman ng gintong minahan sa mga minahan.

Ang pinakamalaking complex gamit ang kapangyarihan ng tubig ay itinayo, ayon sa makasaysayang data, noong ika-1 siglo. sa timog ng France sa ilalim ng pangalang Barbegal, na mayroong 16 na gulong ng tubig na nagtustos ng enerhiya sa 16 na gilingan ng harina, kaya nagbibigay ng tinapay sa kalapit na lungsod ng Alert. Araw-araw, 4.5 toneladang harina ang nagagawa rito.

Isang katulad na mill complex sa Janiculum Hill ang nag-supply ng mga supply noong ika-3 c. ang lungsod ng Roma, na pinahahalagahan ni Emperador Aurelian.

Paggawa ng istraktura ng tubig gamit ang iyong sariling mga kamay

Ang isang elemento ng arkitektura gaya ng water wheel ay naging popular kasama ng mga pool, cascades, o fountain. Siyempre, ang gayong mga istraktura ay gumaganap ng isang pandekorasyon sa halip na isang praktikal na function. Ang bawat may-ari na may kasanayan sa paggawa ng mga bahaging gawa sa kahoy ay maaaring gumawa ng water mill gamit ang kanyang sariling mga kamay.

Inirerekomenda na pumili ng laki ng gulong na hindi bababa sa 1.5 m, ngunit hindi hihigit sa 10 m, depende sa lugar ng site. Pinipili din ang mill house ayon sa layunin nito sa hinaharap: isang gusali para sa pag-iimbak ng imbentaryo, isang play area para sa mga bata, at dekorasyon sa teritoryo.

Produksyon ng mga bahagi:

• bilang batayan para sa isang gulong ng tubig, maaari kang sumakay ng bisikleta o isang natumba na puno, kung saan nakakabit ang mga talim; sa gitnadapat itong may tubo sa paligid kung saan ito umiikot;
• ang tapos na produkto ay naka-mount sa mga bearings sa 2 support, na gawa sa mga oak beam, metal na sulok, brick;
• sa tuktok ng gulong ay dapat magkasya sa chute kung saan dumadaloy ang tubig papunta sa mga blades; dinadala ito mula sa isang hose na may pump, o darating pagkatapos ng ulan;
• lahat ng bahagi ay inirerekomenda na iproseso upang mapataas ang buhay ng serbisyo: kahoy - barnisado, metal - pininturahan laban sa kaagnasan;
• para mag-alis ng tubig, maglagay ng mga channel sa direksyon ng mga kama o sa ibang lalagyan;
• sa huling yugto, ang gusali ay pinalamutian ng mga pandekorasyon na elemento.

Ang pag-set up ng pampalamuti water mill sa kanayunan ay magiging isang magandang aesthetic na karagdagan sa landscape.

Mga sikat na makasaysayang windmill

Ang pinakamalaking nagpapatakbo ng water mill na "Lady Isabella" ay matatagpuan malapit sa nayon ng Lexie sa Isle of Man sa Irish Sea. Ang istrukturang ito ay itinayo noong 1854 ng self-taught engineer na si Robert Casement bilang parangal sa asawa ng lokal na gobernador heneral, at ang layunin ng pagtatayo nito ay magbomba ng tubig sa lupa mula sa isang lokal na minahan para sa pagkuha ng mga likas na yaman (zinc, lead, atbp..).

Ang mga channel ay espesyal na inilatag, kung saan ang tubig mula sa mga ilog ng bundok ay dumaan sa tulay at pinakain upang paikutin ang isang gulong na may diameter na 22 m, na kung saan ay itinuturing pa rin na pinakamalaking sa mundo, salamat sa kung saan maraming mga turista ang mayroon. natamasa na ang tagumpaytaon.

Ang isa sa mga orihinal na pasyalan ng France ay isang lumang water mill na matatagpuan malapit sa lungsod ng Vernon (France). Ang pagiging natatangi nito ay nakasalalay sa katotohanan na ito ay nakasalalay sa 2 haligi ng isang lumang tulay na bato na dating nagkonekta sa mga pampang ng Seine. Ang eksaktong petsa ng pagtatayo nito ay hindi alam, gayunpaman, ayon sa ilang mga mapagkukunan, ito ay itinayo sa panahon ng pagsalungat kay Richard the Lionheart at may estratehikong kahalagahan. Noong 1883, immortalize siya ng sikat na artist na si Claude Monet sa isa sa kanyang mga canvases.

Ang paglikha ng water mill ay isang mahalagang hakbang sa kasaysayan ng pag-unlad ng teknolohiya, dahil ito ay itinuturing na unang disenyo na maaaring gamitin para sa iba't ibang layunin para sa pagproseso ng agrikultura at iba pang mga produkto, na siyang unang hakbang patungo sa makina. produksyon sa mundo.