Die Erfindung der Wassermühle war für die Geschichte und Entwicklung der Technologie von großer Bedeutung. Die ersten derartigen Strukturen wurden bereits im alten Rom zum Überlaufen von Wasser verwendet, später wurden sie zur Gewinnung von Mehl und für andere industrielle Zwecke verwendet.
Geschichte der Erfindung
Das Wasserrad wurde in der Antike von Menschen erfunden, dank derer eine Person einen zuverlässigen und einfachen Motor erhielt, dessen Verwendung jedes Jahr erweitert wurde. Bereits im ersten Jahrhundert vor Christus beschrieb der römische Gelehrte Vitruv eine solche Konstruktion in seiner Abhandlung "10 Bücher über Architektur". Seine Wirkung beruhte auf der Drehung des Rades aufgrund der Auswirkungen des Wasserflusses auf seine Schaufeln. Die erste praktische Anwendung dieser Entdeckung war die Möglichkeit, Körner zu mahlen.
Die Geschichte der Mühlen geht auf die ersten Mühlsteine zurück, mit denen die alten Menschen Mehl erhielten. Solche Geräte waren anfangs manuell und nutzten dann die physische Kraft von Sklaven oder Tieren, die das Fräsrad drehten.
Die Geschichte einer Wassermühle begann mit der Verwendung einer Scheibe, die sich von der Stärke des Flussflusses aus bewegte, um den Prozess des Mahlens von Getreide zu Mehl umzusetzen, und die Grundlage dafür war die Schaffung des ersten Motors. Alte Maschinen entwickelten sich aus Bewässerungsgeräten, sogenannten Chadufons, die verwendet wurden, um Wasser aus einem Fluss zu sammeln, um Land und Felder zu bewässern. Solche Geräte bestanden aus mehreren am Rand montierten Schaufeln: Während der Drehung tauchten sie in Wasser ein, schaufelten es auf und kippten es, nachdem sie es verkehrt herum angehoben hatten, in die Rinne.
Das Gerät der alten Mühlen
Im Laufe der Zeit begannen die Menschen, Wassermühlen zu bauen und die Kraft des Wassers zur Herstellung von Mehl zu nutzen. Darüber hinaus wurden in Tieflandgebieten mit geringen Flussdurchflussmengen Dämme angeordnet, um den Druck zu erhöhen und dadurch den Wasserstand zu erhöhen. Um die Bewegung auf die Mühlenvorrichtung zu übertragen, wurden Getriebemotoren erfunden, die aus zwei Rädern bestanden, die mit den Felgen in Kontakt standen.
Mit einem System von Rädern mit verschiedenen Durchmessern, bei denen die Rotationsachsen parallel waren, konnten die alten Erfinder die Übertragung und Transformation von Bewegungen durchführen, die zum Nutzen der Menschen gerichtet werden konnten. Darüber hinaus muss das größere Rad eine kleinere Anzahl von Umdrehungen ausführen, so oft sein Durchmesser den zweiten kleinen überschreitet. Die ersten Radgetriebe wurden vor zweitausend Jahren eingesetzt. Seitdem konnten Erfinder und Mechaniker viele Optionen für Zahnräder entwickeln, die nicht nur 2, sondern auch mehr Räder verwendeten.
Das von Vitruv beschriebene Gerät der Wassermühle der Antike enthielt drei Hauptteile:
- Ein Motor, der aus einem vertikalen Rad mit Flügeln besteht, die sich mit Wasser drehen.
- Der Getriebemechanismus ist ein zweites vertikales Rad mit Zähnen (Getriebe), das die dritte horizontale Drehung dreht, die als Zahnrad bezeichnet wird.
- Ein Aktuator, der aus zwei Mühlsteinen besteht: Der obere wird von Zahnrädern angetrieben und auf seiner vertikalen Welle montiert. Um Mehl zu erhalten, wurde das Getreide in einen Trichtereimer über dem oberen Mühlstein gegossen.
Wasserräder wurden in Bezug auf den Wasserfluss in mehreren Positionen installiert: geringerer Aufprall - auf Flüssen mit hoher Durchflussrate. Am häufigsten waren im freien Fluss installierte „hängende“ Strukturen, die mit den unteren Schaufeln in das Wasser eingetaucht waren. Anschließend begann die Verwendung der Mittel- und Hochwassertypen von Wasserrädern.
Der maximal mögliche Wirkungsgrad (Wirkungsgrad = 75%) wurde durch Arbeiten von Obermühlen- oder Schüttgutarten erzielt, die häufig beim Bau von Bypass-Schwimmmühlen verwendet wurden, die auf großen Flüssen liefen: Dnjepr, Kure usw.
Die Bedeutung der Entdeckung der Wassermühle bestand darin, dass der erste alte Mechanismus erfunden wurde, der später für die industrielle Produktion verwendet werden konnte und zu einem wichtigen Stadium in der Geschichte der technologischen Entwicklung wurde.
Mittelalterliche Wasserkonstruktionen
Die ersten Wassermühlen in Europa erschienen nach historischen Daten während der Regierungszeit Karls des Großen (340 n. Chr.) In Deutschland und wurden von den Römern ausgeliehen. Zur gleichen Zeit wurden solche Mechanismen auch an den Flüssen Frankreichs gebaut, wo bis zum Ende des 11. Jahrhunderts Schon gab es etwa 20.000 Mühlen. Zur gleichen Zeit gab es in England bereits mehr als 5, 5 Tausend.
Wassermühlen waren im Mittelalter in ganz Europa weit verbreitet, sie wurden zur Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte (Mehl, Ölmühle, Stoff), zum Heben von Wasser aus einer Mine und in der metallurgischen Produktion verwendet. Bis zum Ende des 16. Jahrhunderts es gab bereits 300 Tausend und im 18. Jahrhundert. - 500 Tausend. Gleichzeitig gab es ihre technische Verbesserung und Steigerung des Leistungswachstums (von 600 auf 2220 PS).
Der berühmte Künstler und Erfinder Leonardo da Vinci versuchte in seinen Notizen auch, neue Wege zu finden, um die Energie und Kraft des Wassers mithilfe von Rädern zu nutzen. Er schlug zum Beispiel den Bau einer vertikalen Säge vor, die durch den dem Rad zugeführten Wasserfluss angetrieben wurde, d. H. Der Prozess wurde automatisiert. Leonardo zeichnete auch verschiedene Optionen für die Verwendung von Hydraulikstrukturen: Brunnen, Methoden zur Entwässerung von Sümpfen usw.
Ein markantes Beispiel für eine Wasserkraftanlage war der Wasserversorgungsmechanismus für die Installation von Brunnen und die Wasserversorgung für Paläste in Versailles, Trianon und Marly (Frankreich), für die am Fluss ein Damm gebaut wurde. Sene. Aus dem gebauten Stausee floss Wasser unter Druck zu 14 schlagfesten Rädern mit einer Größe von 12 m. Sie hoben es mit Hilfe von 221 Pumpen auf eine Höhe von 162 m zum Aquädukt, von dem es in die Paläste und Brunnen gelangte. Das täglich zugeführte Wasservolumen betrug 5.000 m 3.
Wie eine Wassermühle funktioniert
Das Design einer solchen Mühle blieb über viele Jahrhunderte unverändert. Das Hauptmaterial für den Bau war ein Baum, aus dem sie eine Scheune bauten, Räder und Wellen herstellten. Metall wurde nur in einigen Details verwendet: Achsen, Befestigungselemente, Heftklammern. Gelegentlich wurde eine Scheune aus Stein errichtet.
Arten von Mühlen, die Wasserenergie verbrauchten:
- Wirbel - gebaut auf Gebirgsflüssen mit einer schnellen Strömung. Sie sind im Design modernen Turbinen ähnlich: Sie stellten Schaufeln auf einem vertikalen Rad in einem Winkel zur Basis her. Als der Wasserfluss abfiel, trat eine Rotation auf, von der sich der Mühlstein bewegte.
- Rad, in dem sich das "Wasser" -Rad selbst drehte. Es wurden zwei Typen gebaut - mit unterer und oberer Schlacht.
Das Wasser floss mit der oberen Schlacht vom Damm zur Mühle und ging dann entlang der Rinne zum Rad mit Gräben, die sich unter seinem Gewicht drehten. Bei Verwendung der unteren Schlacht wird ein Design mit Klingen verwendet, die beim Eintauchen in einen Wasserstrom in Bewegung gesetzt werden. Um die Arbeitseffizienz zu verbessern, wurde häufig ein Damm verwendet, um nur einen Teil des Flusses zu blockieren, der als Segen bezeichnet wird.
Die folgende Abbildung zeigt den Aufbau einer typischen hölzernen Wassermühle: Die Drehbewegung kommt vom unteren Antrieb (Rad) [6], oben befindet sich ein Eimer (Trichter) [1] für Getreide und Trog [2], der den Mühlsteinen [3] zugeführt wird. Das resultierende Mehl fiel in die Schale [4] und wurde dann in eine Truhe oder einen Beutel [5] gegossen.
Der Kornfluss wurde durch einen Spender reguliert, eine spezielle Box mit einer Öffnung, die die Feinheit des Mehlmahlens beeinflusste. Nach Erhalt musste ein spezielles Sieb über der Brust gesiebt werden, das mit einem kleinen Mechanismus oszillierte.
Einige Wassermühlen wurden nicht nur zum Mahlen von Getreide verwendet, sondern auch zum Abstreifen von Hirse, Buchweizen oder Hafer, aus denen Grütze hergestellt wurde. Solche Maschinen wurden Grütze genannt. Unternehmerische Besitzer verwendeten Mühlenkonstruktionen zum Zerkleinern von Schlepptau, zum Filzen von selbstgesponnenem Stoff, zum Kratzen von Wolle usw.
Bau von Mühlen in Russland
In alten russischen Chroniken werden Wasserräder und Mühlen aus dem 9. Jahrhundert erwähnt. Anfangs wurden sie ausschließlich zum Mahlen von Getreide verwendet, wofür sie die Spitznamen "Mehl" und "Brot" erhielten. 1375 erteilte Prinz Podolsky Korpatovich dem Dominikanerkloster das Recht, eine Brotmühle zu bauen. Und 1389, die Frau von Prinz Dmitry Donskoy, ging ein solches Gebäude durch Willen.
In Veliky Novgorod stammt die Erwähnung des Baus der Mühle in der Birkenrinde aus dem 14. Jahrhundert. Pskov Chroniken des 16. Jahrhunderts Sie sprechen über den Bau eines solchen Bauwerks am Volkhov, das die gesamte lokale Bevölkerung anzog. Es wurde ein Damm gebaut, der einen Teil des Flusses blockierte, der jedoch aufgrund einer schweren Überschwemmung einstürzte.
Auf ebenem Gelände wurden in Russland Wassermühlen mit einem Hochmastrad gebaut. In den 14-15 Jahrhunderten. Es tauchten quirlige Geräte auf, bei denen sich das Rad horizontal auf einer vertikalen Welle befand.
Solche autodidaktischen Meisterkonstruktionen wurden ohne Zeichnungen und Diagramme gebaut. Darüber hinaus kopierten sie nicht nur die bereits gebauten Strukturen, sondern fügten jedes Mal ihre Innovationen zu ihrem Gerät hinzu. Schon zur Zeit von Peter dem Großen kamen Meister aus europäischen Ländern nach Russland, die ihre Fähigkeiten und Kenntnisse auf diesem Gebiet unter Beweis stellten.
Einer von Peters Mitarbeitern, der bekannte Ingenieur William Genin, der 12 große Anlagen im Ural baute, konnte ihre Arbeit mit Hydraulikkraftwerken sicherstellen. In der Folge wurde die Wasserenergie von Spezialisten für den Bau von Bergbau- und Metallverarbeitungsunternehmen in ganz Russland in großem Umfang genutzt.
Zu Beginn des 18. Jahrhunderts waren auf dem gesamten Gebiet etwa dreitausend Manufakturen in Betrieb, die hydraulische Anlagen für das Funktionieren der Produktion verwendeten. Dies waren Metallurgie, Sägewerke, Papier, Weberei und andere Unternehmen.
Der berühmteste und einzigartigste Komplex zur Energieversorgung des Bergbau- und Schmelzkomplexes wurde 1787 von Ingenieur K. D. Frolov in der Mine Zmeinogorsk gebaut, die weltweit keine Analoga hatte. Es umfasste einen Damm und Wassereinlassanlagen, von denen Wasser durch unterirdische Galerien in einen offenen Kanal (535 m lang) zur Mühle gelangte, wo sich das Rad einer Sägewerkskonstruktion drehte. Als nächstes floss Wasser durch den nächsten unterirdischen Kanal zum Hydraulikrad der Maschine, um Erz aus der Mine zu fördern, dann zum dritten und vierten. Am Ende floss es durch einen mehr als 1 km langen Stollen in den Fluss unterhalb des Damms, sein Gesamtweg betrug mehr als 2 km, der Durchmesser des größten Rades betrug 17 m. Alle Strukturen wurden aus lokalen Materialien gebaut: Ton, Holz, Stein und Eisen. Der Komplex arbeitet seit mehr als 100 Jahren erfolgreich, aber nur der Damm der Zmeinogorsk-Mine ist bis heute erhalten.
Forschungen auf dem Gebiet der Hydraulik wurden auch von dem berühmten Wissenschaftler M.V. Lomonosov durchgeführt, der seine wissenschaftlichen Ideen in die Praxis umsetzte, indem er sich an der Gründung eines Unternehmens für farbiges Glas beteiligte, das auf dem Betrieb einer dreirädrigen Hydraulikanlage basiert. Die Arbeiten von zwei anderen russischen Akademikern - D. Bernoulli und L. Euler - haben weltweit an Bedeutung gewonnen, um die Gesetze der Hydrodynamik und des Wasserbaus anzuwenden, und den theoretischen Grundstein für diese Wissenschaften gelegt.
Nutzung der Wasserenergie im Osten
Die Verwendung von Wasserrädern in China wurde erstmals 1637 in einem Buch von Sun Insin ausführlich beschrieben. Es beschreibt ausführlich ihre Verwendung für die metallurgische Produktion. Chinesische Designs waren normalerweise horizontal, aber ihre Kapazität war hoch genug, um Mehl und Metall zu produzieren.
Die Nutzung von Wasserenergie wurde erstmals in den 30er Jahren begonnen. n nach der Erfindung eines offiziellen chinesischen Hubkolbenmechanismus auf der Basis von Wasserrädern.
Im alten China wurden mehrere hundert Mühlen entlang der Flüsse gebaut, aber im 10. Jahrhundert. Die Regierung begann, sie wegen Behinderung der Flussschifffahrt zu verbieten. Der Bau von Mühlen wurde in den Nachbarländern schrittweise ausgeweitet: Japan und Indien in Tibet.
Räder für die Wasserversorgung in islamischen Ländern
Die Länder des Ostens, in denen sich die Menschen zur islamischen Religion bekennen, sind größtenteils ein Gebiet mit einem sehr heißen Klima. Seit der Antike ist die regelmäßige Wasserversorgung sehr wichtig. Aquädukte wurden gebaut, um die Städte mit Wasser zu versorgen und es aus den Flussmühlen zu gewinnen, die "Norias" genannt wurden.
Historikern zufolge wurden die ersten derartigen Bauwerke vor 5000 Jahren in Syrien und anderen Ländern errichtet. Auf dem Oront River, einem der am vollsten fließenden des Landes, war der Bau von Aufzügen in Form von riesigen Rädern von Wassermühlen weit verbreitet, die mit zahlreichen Schaufeln Wasser aufnahmen und es dem Aquädukt zuführten.
Ein eindrucksvolles Beispiel für eine solche Struktur sind die bis heute erhaltenen Aufzüge der Stadt Hama, deren Bau bis ins 13. Jahrhundert zurückreicht. Sie arbeiten bis heute weiter und sind sowohl ein Schmuckstück als auch ein Wahrzeichen der Stadt.
Die Nutzung von Wasserkraft in verschiedenen Branchen
Neben der Gewinnung von Mehl wurde der Anwendungsbereich der Wassermühlen auf folgende Branchen ausgeweitet:
- zur Landgewinnung und Wasserversorgung für Feldfrüchte;
- ein Sägewerk, in dem die Energie des Wassers zur Holzverarbeitung genutzt wurde;
- Metallurgie und Metallverarbeitung;
- im Bergbau zur Verarbeitung von Steinen oder anderen Gesteinen;
- in Web- und Wollmanufakturen;
- zum Heben von Wasser aus einer Mine usw.
Eines der ältesten Beispiele für die Nutzung von Wasserkraft ist ein Sägewerk in Hierapolis (Türkei), dessen Mechanismen bei Ausgrabungen entdeckt und auf das 6. Jahrhundert datiert wurden. n e.
In einigen europäischen Ländern entdeckten Archäologen die Überreste alter Mühlen aus der Zeit des alten Roms, mit denen Quarz mit dem in Minen abgebauten Goldgehalt zerkleinert wurde.
Der größte Komplex, der die Kraft des Wassers nutzt, wurde nach historischen Daten im 1. Jahrhundert erbaut. in Südfrankreich unter dem Namen Barbegal, in dem 16 Wasserräder installiert waren, die 16 Mühlen mit Energie versorgten und so die nahe gelegene Stadt Alert mit Brot versorgten. Hier wurden täglich 4, 5 Tonnen Mehl produziert.
Ein ähnlicher Mühlenkomplex auf dem Yanikul-Hügel wurde im 3. Jahrhundert geliefert. die Stadt Rom, die vom Kaiser Aurelian bewertet wurde.
Wasserzeichen zum Selbermachen
Ein solches architektonisches Element wie ein Wasserrad hat zusammen mit Schwimmbädern, Kaskaden oder Springbrunnen an Popularität gewonnen. Natürlich erfüllen solche Strukturen eher eine dekorative als eine praktische Funktion. Jeder Besitzer, der mit Holzteilen arbeiten kann, kann mit seinen eigenen Händen eine Wassermühle bauen.
Die Größe des Rades wird empfohlen, um mindestens 1, 5 m, jedoch nicht mehr als 10 m zu wählen, was von der Fläche des Standorts abhängt. Das Mühlenhaus wird auch für seinen zukünftigen Zweck ausgewählt: ein Gebäude zur Aufbewahrung von Geräten, ein Spielbereich für Kinder und die Dekoration des Territoriums.
Teilefertigung:
- Als Grundlage für ein Wasserrad können Sie ein Fahrrad nehmen oder von einem Baum umgestoßen werden, an dem die Klingen befestigt sind. In seiner Mitte sollte sich ein Rohr befinden, um das herum eine Rotation auftritt.
- Das fertige Produkt ist auf Lagern mit 2 Lagern montiert, die aus Eichenholz, Metallecke, Ziegel bestehen.
- In den oberen Teil des Rades sollte eine Rutsche passen, entlang derer Wasser auf die Schaufeln fließt. es wird entweder von einem Schlauch mit einer Pumpe heruntergelassen oder es kommt nach Regen;
- Es wird empfohlen, alle Teile zu verarbeiten, um die Lebensdauer zu verlängern: Holzlack, Metallfarbe gegen Korrosion;
- Für die Wasserableitung werden Kanäle in Richtung der Betten oder zu einem anderen Behälter verlegt.
- Im Endstadium wird die Struktur mit dekorativen Elementen dekoriert.
Das Gerät am Rande der dekorativen Wassermühle wird eine großartige ästhetische Ergänzung der Landschaft sein.
