Pronalazak vodenice bio je od velikog značaja za istoriju i razvoj tehnologije. Prve takve konstrukcije korišćene su za prelivanje vode u starom Rimu, kasnije su se počele koristiti za dobijanje brašna i u druge industrijske svrhe.
Priča o invenciji
Vodeni točak izmislili su ljudi u davna vremena, zahvaljujući čemu je osoba dobila pouzdan i jednostavan motor, čija se upotreba svake godine širi. Još u prvom veku pre nove ere, rimski naučnik Vitruvije opisao je takvu strukturu u svojoj raspravi "10 knjiga o arhitekturi". Njegovo djelovanje temeljilo se na rotaciji kotača od udara toka vode na njegove lopatice. A prva praktična primjena ovog otkrića bila je mogućnost mljevenja žitarica.
Istorija mlinova datira od prvih mlinskih kamenova koje su drevni ljudi koristili za dobijanje brašna. Takvi su uređaji u početku bili ručni, a onda su počeli koristiti fizičku snagu robova ili životinja koje su okretale točak brašna.
Historija vodenog mlina počela je korištenjem dizajna kotača pokretanog snagom riječnog toka za izvođenjeproces mljevenja žitarica u brašno, a osnova za to bilo je stvaranje prvog motora. Drevne mašine su evoluirale od uređaja za navodnjavanje zvanih čadufoni, koji su se koristili za podizanje vode iz reke za navodnjavanje zemlje i polja. Takve sprave sastojale su se od nekoliko lopatica postavljenih na obodu: tokom rotacije, uranjali su u vodu, grabili su je, a nakon podizanja, prevrtali u žljeb.
Uređenje drevnih vjetrenjača
Vremenom su ljudi počeli da grade vodenice i da koriste snagu vode za proizvodnju brašna. Štaviše, u ravničarskim područjima, pri maloj brzini toka rijeka, uređene su brane kako bi se povećao pritisak, čime je osiguran porast vodostaja. Da bi se prenijelo kretanje na uređaj za mlin, izumljeni su motori sa reduktorima, koji su napravljeni od dva točka u kontaktu sa felgama.
Koristeći sistem točkova različitih prečnika, čije su ose rotacije bile paralelne, drevni pronalazači su bili u stanju da prenesu i transformišu kretanje koje je moglo biti usmereno na dobrobit ljudi. Štoviše, veći kotač mora napraviti manje okretaja onoliko puta koliko je njegov promjer veći od drugog, malog. Prvi sistemi zupčanika na kotačima počeli su se koristiti prije 2 hiljade godina. Od tada, pronalazači i mehaničari su bili u mogućnosti da smisle mnoge varijacije zupčanika, koristeći ne samo 2, već i više točkova.
Opisani uređaj vodenog mlina antičkog dobaVitruvije, sadržavao je 3 glavna dijela:
- Motor koji se sastoji od vertikalnog točka koji ima lopatice koje rotira voda.
- Mehanizam prijenosa je drugi vertikalni zupčasti točak (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 vertikalnu osovinu. Zrno za brašno je sipano u lijevak koji se nalazi iznad gornjeg mlinskog kamena.
Vodeni točkovi su postavljeni na nekoliko pozicija u odnosu na protok vode: nizvodno - na rekama sa velikim protokom. Najčešće su bile „viseće“konstrukcije, postavljene na slobodnom toku, potopljene u vodu pomoću donjih lopatica. Nakon toga, počeli su da koriste srednje i vrhunske tipove vodenih točkova.
Maksimalnu moguću efikasnost (efikasnost=75%) dao je rad nadzemnih ili rasutih tipova, koji se široko koristio u izgradnji "kanu" plutajućih mlinova koji su kretali na velikim rekama: 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 istoriji razvoja tehnologije.
Srednjovjekovne hidraulične konstrukcije
Prve vodenice u Evropi, prema istorijskim podacima, pojavile su se za vreme vladavine Karla Velikog (340. ne) u Nemačkoj ipozajmljeni su od Rimljana. Istovremeno, takvi mehanizmi su izgrađeni na rijekama Francuske, gdje su do kraja 11.st. već je bilo oko 20 hiljada mlinova. Istovremeno, u Engleskoj ih je već bilo više od 5,5 hiljada.
Vodeni mlinovi u srednjem veku bili su rasprostranjeni širom Evrope, koristili su se za preradu poljoprivrednih proizvoda (mlinovi, uljare, punilice), za dizanje vode iz rudnika i u metalurškoj proizvodnji. Do kraja 16. vijeka bilo ih je već 300 hiljada, a u 18. vijeku. - 500 hiljada. Istovremeno je došlo do njihovog tehničkog poboljšanja i povećanja snage (sa 600 na 2220 konjskih snaga).
Čuveni umjetnik i pronalazač Leonardo da Vinci je u svojim zapisima također pokušao da smisli nove načine korištenja energije i snage vode uz pomoć točkova. Predložio je, na primjer, dizajn vertikalne pile, koja se pokretala mlazom vode dovedenom u točak, odnosno proces je postao automatiziran. Leonardo je napravio i crteže nekoliko opcija za korištenje hidrauličnih konstrukcija: fontane, načini isušivanja močvara, itd.
Upečatljiv primjer hidroelektrane bio je mehanizam za vodosnabdijevanje fontana i vodosnabdijevanja palača u Versaillesu, Trianonu i Marlyju (Francuska), za koje je posebno podignuta brana na rijeci. Seine. Iz akumulacije je voda pod pritiskom dovođena do 14 točkova koji probijaju dno veličine 12 m. Oni su je uz pomoć 221 pumpe podigli na visinu od 162 m do akvadukta, odakle je otivala do palata i fontana. Dnevna količina isporučene vode bila je 5 hiljada m33.
Kako funkcioniše vodenica
Dizajn takvog mlina ostao je nepromijenjen vekovima. Glavni materijal za gradnju bilo je drvo, od kojeg je izgrađen štala, napravljeni su točkovi i osovina. Metal je korišten samo u nekim dijelovima: osovine, pričvršćivači, konzole. 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 vertikalnom točku pod uglom u odnosu na bazu, kada je tok vode pao, došlo je do rotacije iz koje se mlinski kamen pomerao.
- Točak, u kojem se sam "vodeni" točak rotirao. Izgrađena su dva tipa - sa donjom i gornjom bitkom.
Voda je dolazila od brane do nadzemnog mlina, a zatim se usmjeravala žlijebom do kotača sa jarcima, koji se rotirao 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 efikasnost rada, često se koristila brana koja je blokirala samo dio rijeke, koji se naziva blagodat.
Na slici ispod prikazan je uređaj tipične drvene vodenice: rotacijski pokret dolazi od donjeg pogona (točak) [6], na vrhu se nalazi kanta (bunker) [1] za žito i žlijeb [2], dovodeći ga do mlinskog kamena [3]. Dobijeno brašno je palo u pleh [4], a zatim se prosulo u sanduk ili vreću [5].
Podešavanje količine zrna vršilo se dozatorom, posebnom kutijom sa rupom koja je uticala na finoću mlevenog brašna. Nakon prijema, bilo je potrebno prosijati kroz posebno sito postavljeno iznad sanduka, koje je osciliralo pomoću malog mehanizma.
Neki mlinovi su korišćeni ne samo za mlevenje žitarica, već i za guljenje prosa, heljde ili zobi, od kojih su se pravile žitarice. Takve mašine su nazivane kruperima. Vlasnici preduzetnika koristili su mlinske konstrukcije za kudelje, za filcanje domaće tkanine, za češljanje vune, itd.
Izgradnja mlinova u Rusiji
U drevnim ruskim hronikama, pominjanje vodenih točkova i mlinova javlja se od 9. veka. U početku su se koristili isključivo za mljevenje žitarica, zbog čega su dobili nadimak "brašno" i "hljeb". Godine 1375., knez Podolsky Korpatovich poveljom je dominikanskom samostanu dao pravo na izgradnju mlina za žito. A 1389. godine, takva zgrada je oporukom ostavljena ženi kneza Dmitrija Donskog.
U Velikom Novgorodu, dokument od brezove kore koji pominje izgradnju mlina datira iz 14. veka. Pskovske hronike 16. veka. pričati o izgradnji takve građevine na rijeci Volhov, u koju je bilo uključeno cjelokupno lokalno stanovništvo. Izgrađena je brana koja je blokirala dio rijeke, ali se urušila zbog velikih poplava.
Na ravnom terenu, vodenice u Rusiji izgrađene su sa nadzemnim točkom za punjenje. U 14-15 veku. počele su se pojavljivati kovitlane naprave u kojimatočak je postavljen vodoravno na okomitu osovinu.
Ove dizajne su 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 evropskih zemalja koji su pokazali svoje vještine i znanje u ovoj oblasti.
Jedan od Petrovih saradnika, poznati inženjer Vilijam Genin, koji je izgradio 12 velikih elektrana na Uralu, mogao je da obezbedi njihov rad iz hidrauličnih elektrana. Nakon toga, vodenu energiju su naširoko koristili stručnjaci za izgradnju rudarskih i metaloprerađivačkih preduzeća širom Rusije.
Početkom 18. veka na celoj teritoriji radilo je oko 3 hiljade manufaktura koje su koristile hidraulične instalacije za funkcionisanje proizvodnje. To su bila metalurška, pilanska, papirna, tkalačka i druga preduzeća.
Najpoznatiji i jedinstveni kompleks za snabdevanje energijom rudarsko-topioničarskog pogona sagradio je 1787. godine inženjer K. D. Frolov u rudniku Zmeinogorsk, koji nije imao analoga u svetu. Obuhvaćao je branu, vodozahvatne konstrukcije, iz kojih je voda prolazila kroz podzemne otvore u otvoreni kanal (dužine 535 m) do mlina, gdje se okretao točak pilane. Dalje, voda je tekla kroz sljedeći podzemni kanal do hidrotočka mašine za dizanje rude iz rudnika, zatim do trećeg i četvrtog. Na kraju je tekla kroz udubinu dugu više od 1 km nazad u reku ispod brane, njen ukupni put je bio više od 2 km,prečnik najvećeg točka je 17 m. Sve konstrukcije su građene od domaćih materijala: gline, drveta, kamena i gvožđa. Kompleks uspješno radi više od 100 godina, ali do danas je preživjela samo brana rudnika Zmeinogorsky.
Istraživanja u oblasti hidraulike sproveo je i poznati naučnik M. V. Lomonosov, koji je svoje naučne misli sproveo u delo, učestvujući u stvaranju preduzeća za obojeno staklo zasnovano na radu hidrauličke instalacije sa tri točka. Radovi još dvojice ruskih akademika - D. Bernoullija i L. Eulera - stekli su svjetski značaj u korištenju zakona hidrodinamike i hidrotehnike i postavili teorijske temelje ovih nauka.
Korišćenje vodene energije na istoku
Upotreba vodenih točkova u Kini prvi put je detaljno opisana u knjizi Sunn Yingxing 1637. godine. Ona detaljno opisuje njihovu upotrebu za metaluršku proizvodnju. Kineske strukture su obično bile horizontalne, ali njihov kapacitet je bio dovoljno visok za proizvodnju brašna i metala.
Korišćenje vodene energije prvi put je počelo 30-ih godina. n. e., nakon izuma kineskog zvaničnika recipročnog mehanizma zasnovanog na vodenim točkovima.
U staroj Kini izgrađeno je nekoliko stotina mlinova, smeštenih duž reka, ali u 10. veku. vlada ih je počela zabranjivati zbog ometanja riječne plovidbe. Izgradnja mlinova se postepeno širila u susjednim zemljama: Japanu i Indiji, na Tibetu.
Vodeni točkovi u islamskim zemljama
ZemljeIstok, na kojem ljudi ispovijedaju islamsku vjeru, je najvećim dijelom teritorija sa veoma toplom klimom. Od davnina je redovno snabdijevanje vodom bilo veoma važno. Gradili su se akvadukti za snabdijevanje gradova vodom, a za podizanje iz rijeke izgrađeni su mlinovi, koje su zvali "norije".
Prema istoričarima, prve takve strukture podignute su prije 5 hiljada godina u Siriji i drugim zemljama. Na rijeci Orontes, jednoj od najdubljih u zemlji, bila je raširena izgradnja liftova u vidu ogromnih kotača vodenica, koji su zahvatili vodu brojnim lopaticama i dopremali je u akvadukt.
Živan primjer takve strukture su liftovi grada Hame, koji su preživjeli do našeg vremena, čija izgradnja datira iz 13. stoljeća. Oni nastavljaju da rade do danas, budući da su i ukras i obeležje grada.
Upotreba hidroenergije u raznim industrijama
Pored dobijanja brašna, obim vodenica proširio se i na sljedeće vrste industrija:
- za melioraciju i vodosnabdijevanje usjeva na poljima;
- pilana koja je koristila vodu za obradu drveta;
- metalurgija i obrada metala;
- u rudarstvu za obradu kamena ili drugih stijena;
- u tkalačkim i vunenim fabrikama;
- za podizanje vode iz rudnika, itd.
Jedan od najstarijih primjera upotrebevodena energija - pilana u Hijerapolisu (Turska), njeni mehanizmi su otkriveni tokom iskopavanja i datirani u 6. vek. n. e.
U nekim evropskim zemljama, arheolozi su otkrili ostatke starih mlinova iz doba starog Rima, koji su korišćeni za drobljenje kvarca koji sadrži zlato iskopano u rudnicima.
Najveći kompleks koji koristi snagu vode izgrađen je, prema istorijskim podacima, u 1. veku. na jugu Francuske pod imenom Barbegal, koji je imao 16 vodenih točkova koji su snabdevali energijom 16 mlinova brašna, obezbeđujući tako hleb obližnjem gradu Alert. Svaki dan se ovdje proizvodilo 4,5 tona brašna.
Sličan mlinski kompleks na brdu Janiculum snabdijevao je zalihe u 3. st. grad Rim, koji je cenio car Aurelijan.
Kreiranje vodene strukture vlastitim rukama
Arhitektonski element kao što je vodeno kolo je stekao popularnost zajedno sa bazenima, kaskadama ili fontanama. Naravno, takve strukture imaju dekorativnu, a ne praktičnu funkciju. Svaki vlasnik koji ima vještinu rada sa drvenim dijelovima može vlastitim rukama izgraditi vodenicu.
Preporučljivo je odabrati veličinu točka od najmanje 1,5 m, ali ne više od 10 m, u zavisnosti od površine lokacije. Mlinska kuća je takođe odabrana prema svojoj budućoj namjeni: zgrada za skladištenje inventara, igralište za djecu i uređenje teritorije.
Proizvodnja dijelova:
- kao osnovu za vodeni točak, možete uzeti bicikl ili srušeno drvo, na koje su pričvršćene oštrice; u centrutrebao bi imati cijev oko koje se okreće;
- gotov proizvod se montira na ležajeve na 2 nosača, koji su napravljeni od hrastovih greda, metalnih uglova, cigle;
- do vrha točka treba da stane otvor kroz koji voda teče na lopatice; dovodi se ili iz creva sa pumpom, ili dolazi posle kise;
- preporučuje se obrada svih dijelova kako bi se produžio vijek trajanja: drveni - lakirani, metalni - farbani protiv korozije;
- za odvod vode, postaviti kanale u pravcu kreveta ili u drugu posudu;
- u završnoj fazi, zgrada je ukrašena dekorativnim elementima.
Postavljanje ukrasnog mlina na selu bit će odličan estetski dodatak pejzažu.
Poznate istorijske vjetrenjače
Najveći operativni mlin na vodu "Lady Isabella" nalazi se u blizini sela Lexie na ostrvu Man u Irskom moru. Ovu građevinu je 1854. godine podigao samouki inženjer Robert Casement u čast supruge lokalnog generalnog guvernera, a svrha njene izgradnje bila je crpljenje podzemnih voda 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 točka prečnika 22 m, koji se i danas smatra najvećim na svijetu, zahvaljujući čemu su mnogi turisti već uživao u uspjehugodine.
Jedna od originalnih znamenitosti Francuske je stara vodenica koja se nalazi u blizini grada Vernona (Francuska). Njegova posebnost leži u činjenici da počiva na 2 stuba starog kamenog mosta koji je nekada povezivao obale Sene. Tačan datum izgradnje nije poznat, međutim, prema nekim izvorima, podignut je u periodu suprotstavljanja Ričardu Lavljeg Srca i bio je od strateškog značaja. Godine 1883, poznati umjetnik Claude Monet ju je ovekovečio na jednom od svojih platna.
Izrada vodenice je važan korak u istoriji razvoja tehnologije, jer se smatra prvim dizajnom koji se mogao koristiti u različite svrhe za preradu poljoprivrednih i drugih proizvoda, što je bio prvi korak ka mašini. proizvodnja u svijetu.
