Kincir air: nilai penemuan, skop, peranti dan prinsip operasi

2024 Pengarang: Henry Conors | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-02-12 11:04

Penciptaan kincir air adalah sangat penting untuk sejarah dan perkembangan teknologi. Struktur pertama seperti itu digunakan untuk melimpahkan air di Rom purba, kemudiannya mula digunakan untuk mendapatkan tepung dan untuk tujuan perindustrian lain.

Kisah Ciptaan

Roda air dicipta oleh orang pada zaman dahulu, berkat seseorang menerima enjin yang boleh dipercayai dan ringkas, penggunaannya telah berkembang setiap tahun. Seawal abad pertama SM, ahli sains Rom Vitruvius menggambarkan struktur sedemikian dalam risalahnya "10 Buku Seni Bina". Tindakannya adalah berdasarkan putaran roda daripada kesan aliran air pada bilahnya. Dan aplikasi praktikal pertama penemuan ini ialah kemungkinan mengisar bijirin.

Sejarah kilang bermula sejak batu kilang pertama yang digunakan oleh orang purba untuk mendapatkan tepung. Peranti sedemikian pada mulanya manual, kemudian mereka mula menggunakan kekuatan fizikal hamba atau haiwan yang memutarkan roda tepung.

Sejarah kincir air bermula dengan penggunaan reka bentuk roda yang digerakkan oleh daya aliran sungai untuk menjalankanproses mengisar bijirin menjadi tepung, dan asas untuk ini adalah penciptaan enjin pertama. Mesin purba berkembang daripada alat pengairan yang dipanggil chadufons, yang digunakan untuk menaikkan air dari sungai untuk mengairi tanah dan ladang. Peranti sedemikian terdiri daripada beberapa sudu yang dipasang pada rim: semasa putaran, ia direndam dalam air, dicedok ke atas, dan selepas diangkat, ia terbalik menjadi pelongsor.

Susunan kincir angin purba

Lama-kelamaan, orang ramai mula membina kilang air dan menggunakan kuasa air untuk menghasilkan tepung. Selain itu, di kawasan rata, pada kelajuan aliran sungai yang rendah, empangan disusun untuk meningkatkan tekanan, dengan itu memastikan peningkatan paras air. Untuk menghantar pergerakan ke peranti kilang, motor bergear telah dicipta, yang diperbuat daripada dua roda yang bersentuhan dengan rim.

Menggunakan sistem roda dengan diameter berbeza, yang paksi putarannya selari, pencipta purba dapat memindahkan dan mengubah pergerakan yang boleh diarahkan kepada manfaat orang ramai. Lebih-lebih lagi, roda yang lebih besar mesti membuat lebih sedikit pusingan seberapa banyak diameternya melebihi yang kedua, kecil. Sistem gear roda pertama mula digunakan 2 ribu tahun dahulu. Sejak itu, pencipta dan mekanik telah dapat menghasilkan banyak variasi gear, menggunakan bukan sahaja 2, tetapi lebih banyak roda.

Peranti kilang air zaman purba, diterangkanVitruvius, mengandungi 3 bahagian utama:

Enjin yang terdiri daripada roda menegak yang mempunyai bilah yang diputar oleh air.
Mekanisme penghantaran ialah roda bergigi menegak kedua (transmisi) yang memutar roda mendatar ketiga yang dipanggil pinion.
Mekanisme penggerak yang terdiri daripada dua batu kilangan: yang atas digerakkan oleh gear dan dipasang pada aci menegaknya. Bijirin untuk tepung dituangkan ke dalam corong baldi yang terletak di atas batu kilangan atas.

Roda air dipasang dalam beberapa kedudukan berbanding aliran air: hilir - di sungai dengan kadar aliran tinggi. Yang paling biasa ialah struktur "gantung", dipasang pada aliran bebas, tenggelam dalam air oleh bilah bawah. Selepas itu, mereka mula menggunakan jenis roda air yang sederhana dan menusuk atas.

Kecekapan maksimum yang mungkin (kecekapan=75%) diberikan oleh kerja jenis overhed atau pukal, yang digunakan secara meluas dalam pembinaan kilang terapung "kano" yang mengalir di sungai-sungai besar: Dnieper, Kura, dll.

Kepentingan penemuan kilang air ialah mekanisme antik pertama dicipta, yang kemudiannya boleh digunakan untuk pengeluaran perindustrian, yang menjadi peringkat penting dalam sejarah perkembangan teknologi.

Struktur hidraulik zaman pertengahan

Kincir air pertama di Eropah, menurut data sejarah, muncul semasa pemerintahan Charlemagne (340 AD) di Jerman dantelah dipinjam daripada orang Rom. Pada masa yang sama, mekanisme sedemikian telah dibina di sungai-sungai Perancis, di mana pada akhir abad ke-11. sudah ada kira-kira 20 ribu kilang. Pada masa yang sama, sudah terdapat lebih daripada 5.5 ribu daripada mereka di England.

Kilang air pada Zaman Pertengahan tersebar luas di seluruh Eropah, ia digunakan untuk memproses produk pertanian (kilang tepung, kilang minyak, pengisi), untuk mengangkat air dari lombong dan dalam pengeluaran metalurgi. Menjelang akhir abad ke-16 sudah ada 300 ribu daripada mereka, dan pada abad ke-18. - 500 ribu. Pada masa yang sama, peningkatan teknikal mereka dan peningkatan dalam pertumbuhan kuasa (dari 600 hingga 2220 kuasa kuda) berlaku.

Artis dan pencipta terkenal Leonardo da Vinci, dalam catatannya, juga cuba menghasilkan cara baharu untuk menggunakan tenaga dan kuasa air dengan bantuan roda. Beliau mencadangkan, sebagai contoh, reka bentuk gergaji menegak, yang digerakkan oleh aliran air yang dibekalkan ke roda, iaitu, proses itu menjadi automatik. Leonardo juga membuat lukisan beberapa pilihan untuk menggunakan struktur hidraulik: air pancut, cara mengalirkan paya, dsb.

Contoh menarik bagi loji kuasa hidro ialah mekanisme bekalan air untuk air pancut dan bekalan air istana di Versailles, Trianon dan Marly (Perancis), yang mana sebuah empangan telah didirikan khas di sungai. Seine. Dari takungan, air dibekalkan di bawah tekanan kepada 14 roda menusuk bawah berukuran 12 m. Mereka mengangkatnya dengan bantuan 221 pam ke ketinggian 162 m ke saluran air, dari mana ia mengalir ke istana dan air pancut. Isipadu harian air yang dibekalkan ialah 5 ribu m3^3.

Cara kincir air berfungsi

Reka bentuk kilang sedemikian kekal tidak berubah selama berabad-abad. Bahan utama untuk pembinaan adalah kayu, dari mana kandang dibina, roda dan aci dibuat. Logam hanya digunakan di beberapa bahagian: gandar, pengikat, kurungan. Kadangkala, bangsal itu dibina daripada batu.

Jenis kilang yang menggunakan tenaga air:

Berpusing - dibina di atas sungai gunung yang mengalir deras. Secara reka bentuk, ia serupa dengan turbin moden: bilah dibuat pada roda menegak pada sudut ke pangkalan, apabila aliran air jatuh, putaran berlaku, dari mana batu kilangan itu bergerak.
Roda, di mana roda "air" itu sendiri berputar. Dua jenis telah dibina - dengan pertempuran bawah dan atas.

Air datang dari empangan ke kilang atas, kemudian diarahkan di sepanjang pelongsor ke roda dengan parit, yang berputar di bawah beratnya. Apabila menggunakan pertarungan bawah, reka bentuk dengan bilah digunakan, yang digerakkan apabila direndam dalam aliran air. Untuk meningkatkan kecekapan kerja, empangan sering digunakan, hanya menghalang sebahagian daripada sungai, yang dipanggil nikmat.

Rajah di bawah menunjukkan peranti kilang air kayu biasa: pergerakan putaran datang dari pemacu bawah (roda) [6], di bahagian atas terdapat baldi (bunker) [1] untuk bijirin dan pelongsor [2], menyuapnya ke batu kilangan [3]. Tepung yang terhasil jatuh ke dalam dulang [4], dan kemudian tumpah ke dalam dada atau beg [5].

Pelarasan bekalan bijirin dilakukan oleh dispenser, kotak khas dengan lubang yang mempengaruhi kehalusan tepung mengisar. Selepas menerimanya, anda perlu menapis penapis khas yang dipasang di atas dada, yang berayun menggunakan mekanisme kecil.

Sesetengah kilang air digunakan bukan sahaja untuk mengisar bijirin, tetapi juga untuk mengupas bijirin, soba atau oat, dari mana bijirin dibuat. Mesin sedemikian dipanggil croupers. Pemilik usahawan menggunakan struktur kilang untuk menumbuk tunda, untuk merampa kain buatan sendiri, untuk menyikat bulu, dsb.

Membina kilang di Rusia

Dalam kronik Rusia kuno, sebutan tentang roda air dan kilang berlaku dari abad ke-9. Pada mulanya, mereka digunakan secara eksklusif untuk mengisar bijirin, yang mana mereka digelar "tepung" dan "roti". Pada tahun 1375, Putera Podolsky Korpatovich memberikan biara Dominican hak untuk membina kilang bijirin dengan piagam. Dan pada tahun 1389, bangunan seperti itu diserahkan kepada isteri Putera Dmitry Donskoy dengan wasiat.

Di Veliky Novgorod, dokumen kulit kayu birch yang menyebut pembinaan kilang bermula sejak abad ke-14. Kronik Pskov abad ke-16. menceritakan tentang pembinaan struktur sedemikian di Sungai Volkhov, yang melibatkan seluruh penduduk tempatan. Sebuah empangan telah dibina yang menghalang sebahagian sungai, tetapi ia runtuh akibat banjir yang teruk.

Di kawasan rata, kilang air di Rusia dibina dengan roda atas yang mengisi. Dalam 14-15 abad. peranti berpusing mula muncul di manaroda diletakkan secara mendatar pada aci menegak.

Reka bentuk ini dibina oleh sarjana otodidak tanpa sebarang lukisan dan gambar rajah. Selain itu, mereka bukan sahaja menyalin struktur yang telah didirikan, tetapi setiap kali menambah inovasi mereka sendiri pada peranti mereka. Malah semasa zaman Peter the Great, tuan dari negara Eropah mula datang ke Rusia, yang menunjukkan kemahiran dan pengetahuan mereka dalam bidang ini.

Salah seorang rakan Peter, jurutera terkenal William Genin, yang membina 12 loji besar di Ural, dapat memastikan operasi mereka dari loji kuasa hidraulik. Selepas itu, tenaga air digunakan secara meluas oleh pakar dalam pembinaan perusahaan perlombongan dan pengerjaan logam di seluruh Rusia.

Pada awal abad ke-18, kira-kira 3 ribu kilang beroperasi di seluruh wilayah, yang menggunakan pemasangan hidraulik untuk fungsi pengeluaran. Ini adalah metalurgi, kilang papan, kertas, tenunan dan perusahaan lain.

Kompleks paling terkenal dan unik untuk membekalkan tenaga kepada loji perlombongan dan peleburan telah dibina pada tahun 1787 oleh jurutera K. D. Frolov di lombong Zmeinogorsk, yang tidak mempunyai analog di dunia. Ia termasuk empangan, struktur pengambilan air, dari mana air melalui adits bawah tanah ke saluran terbuka (panjang 535 m) ke kilang, tempat roda kilang papan berputar. Selanjutnya, air mengalir melalui saluran bawah tanah seterusnya ke roda hidro mesin untuk mengangkat bijih dari lombong, kemudian ke ketiga dan keempat. Pada penghujungnya, ia mengalir melalui adit sepanjang lebih 1 km kembali ke sungai di bawah empangan, jumlah laluannya lebih daripada 2 km,diameter roda terbesar ialah 17 m Semua struktur dibina daripada bahan tempatan: tanah liat, kayu, batu dan besi. Kompleks ini telah berjaya beroperasi selama lebih daripada 100 tahun, tetapi hanya empangan lombong Zmeinogorsky yang masih hidup sehingga hari ini.

Penyelidikan dalam bidang hidraulik juga dijalankan oleh saintis terkenal M. V. Lomonosov, yang mempraktikkan pemikiran saintifiknya, mengambil bahagian dalam penciptaan perusahaan kaca berwarna berdasarkan operasi pemasangan hidraulik dengan tiga roda. Karya dua lagi ahli akademik Rusia - D. Bernoulli dan L. Euler - memperoleh kepentingan dunia dalam penggunaan undang-undang hidrodinamik dan kejuruteraan hidraulik dan meletakkan asas teori sains ini.

Menggunakan tenaga air di Timur

Penggunaan roda air di China mula-mula diterangkan secara terperinci dalam buku Sunn Yingxing pada tahun 1637. Ia memperincikan penggunaannya untuk pengeluaran metalurgi. Struktur Cina biasanya mendatar, tetapi kapasitinya cukup tinggi untuk menghasilkan tepung dan logam.

Penggunaan tenaga air mula dimulakan pada tahun 30-an. n. e., selepas ciptaan seorang pegawai China tentang mekanisme salingan berdasarkan roda air.

Di China purba, beberapa ratus kilang telah dibina, terletak di sepanjang sungai, tetapi pada abad ke-10. kerajaan mula mengharamkan mereka kerana halangan pelayaran sungai. Pembinaan kilang berkembang secara beransur-ansur di negara jiran: Jepun dan India, di Tibet.

Roda air di negara Islam

NegaraTimur, di mana orang menganut agama Islam, adalah sebahagian besar wilayah dengan iklim yang sangat panas. Sejak zaman purba, bekalan air tetap sangat penting. Saluran air dibina untuk membekalkan air ke bandar-bandar, dan untuk menaikkannya dari sungai, kilang telah dibina, yang mereka panggil "norias".

Menurut ahli sejarah, bangunan pertama seperti itu didirikan 5 ribu tahun yang lalu di Syria dan negara lain. Di Sungai Orontes, salah satu yang terdalam di negara ini, pembinaan lif telah meluas dalam bentuk roda besar kilang air, yang mencedok air dengan banyak bilah dan membekalkannya ke saluran air.

Contoh jelas struktur sedemikian ialah lif bandar Hama, yang telah bertahan hingga ke zaman kita, yang pembinaannya bermula sejak abad ke-13. Mereka terus bekerja sehingga hari ini, menjadi hiasan dan mercu tanda bandar.

Penggunaan kuasa hidro dalam pelbagai industri

Selain mendapatkan tepung, skop kilang air diperluaskan kepada jenis industri berikut:

untuk meliorasi dan menyediakan air kepada tanaman di ladang;
kilang papan yang menggunakan kuasa air untuk memproses kayu;
metalurgi dan pemprosesan logam;
dalam perlombongan untuk memproses batu atau batu lain;
dalam kilang tenunan dan bulu;
untuk mengangkat air dari lombong, dsb.

Salah satu contoh penggunaan tertuakuasa air - kilang papan di Hierapolis (Turki), mekanismenya ditemui semasa penggalian dan bertarikh abad ke-6. n. e.

Di sesetengah negara Eropah, ahli arkeologi telah menemui sisa-sisa kilang lama dari era Rom Purba, yang digunakan untuk menghancurkan kuarza yang mengandungi emas yang dilombong di lombong.

Kompleks terbesar menggunakan kuasa air telah dibina, menurut data sejarah, pada abad ke-1. di selatan Perancis dengan nama Barbegal, yang mempunyai 16 roda air yang membekalkan tenaga kepada 16 kilang tepung, sekali gus menyediakan roti ke bandar Alert yang berdekatan. Setiap hari, 4.5 tan tepung dihasilkan di sini.

Kompleks kilang serupa di Bukit Janiculum membekalkan bekalan pada c ke-3. bandar Rom, yang dihargai oleh Maharaja Aurelian.

Membuat struktur air dengan tangan anda sendiri

Elemen seni bina seperti roda air telah mendapat populariti bersama dengan kolam, lata atau air pancut. Sudah tentu, struktur sedemikian melakukan fungsi hiasan dan bukannya praktikal. Setiap pemilik yang mempunyai kemahiran untuk bekerja dengan bahagian kayu boleh membina kilang air dengan tangannya sendiri.

Adalah disyorkan untuk memilih saiz roda sekurang-kurangnya 1.5 m, tetapi tidak lebih daripada 10 m, bergantung pada keluasan tapak. Rumah kilang juga dipilih mengikut tujuan masa depannya: bangunan untuk menyimpan inventori, kawasan permainan untuk kanak-kanak dan menghiasi wilayah.

Pengeluaran bahagian:

sebagai asas untuk roda air, anda boleh mengambil basikal atau pokok yang tumbang, yang bilahnya dipasang; di tengahia harus mempunyai paip di sekelilingnya;
produk siap dipasang pada galas pada 2 penyokong, yang diperbuat daripada rasuk oak, sudut logam, batu bata;
ke bahagian atas roda hendaklah sesuai dengan pelongsor di mana air mengalir ke bilah; ia dibawa sama ada dari hos dengan pam, atau ia datang selepas hujan;
semua bahagian disyorkan untuk diproses untuk meningkatkan hayat perkhidmatan: kayu - dipernis, logam - dicat terhadap kakisan;
untuk mengalirkan air, letakkan saluran ke arah katil atau ke bekas lain;
pada peringkat akhir, bangunan ini dihiasi dengan unsur hiasan.

Menyediakan kilang air hiasan di kawasan luar bandar akan menjadi tambahan estetik yang hebat pada landskap.

Kincir angin bersejarah yang terkenal

Kilang air terbesar yang beroperasi "Lady Isabella" terletak berhampiran perkampungan Lexie di Isle of Man di Laut Ireland. Struktur ini telah didirikan pada tahun 1854 oleh jurutera otodidak Robert Casement sebagai penghormatan kepada isteri gabenor jeneral tempatan, dan tujuan pembinaannya adalah untuk mengepam air bawah tanah dari lombong tempatan untuk pengekstrakan sumber semula jadi (zink, plumbum, dll..).

Saluran diletakkan khas, yang melaluinya air dari sungai gunung melalui jambatan dan diberi makan untuk memutarkan roda dengan diameter 22 m, yang masih dianggap terbesar di dunia, berkat yang banyak pelancong telah sudah mengecapi kejayaantahun.

Salah satu pemandangan asal Perancis ialah kilang air lama yang terletak berhampiran bandar Vernon (Perancis). Keunikannya terletak pada hakikat bahawa ia terletak pada 2 tiang jambatan batu lama yang pernah menghubungkan tebing Seine. Tarikh sebenar pembinaannya tidak diketahui, bagaimanapun, menurut beberapa sumber, ia didirikan semasa tempoh penentangan terhadap Richard the Lionheart dan mempunyai kepentingan strategik. Pada tahun 1883, artis terkenal Claude Monet mengabadikannya pada salah satu kanvasnya.

Penciptaan kilang air merupakan langkah penting dalam sejarah perkembangan teknologi, kerana ia dianggap reka bentuk pertama yang boleh digunakan untuk pelbagai tujuan untuk memproses produk pertanian dan lain-lain, yang merupakan langkah pertama ke arah mesin. pengeluaran di dunia.