Watermolen: ontdekkingswaarde, reikwijdte, apparaat en werkingsprincipe

2024 Auteur: Henry Conors | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-02-12 11:19

De uitvinding van de watermolen was van groot belang voor de geschiedenis en ontwikkeling van technologie. De eerste van dergelijke constructies werden gebruikt om water te laten overstromen in het oude Rome, later werden ze gebruikt om meel te verkrijgen en voor andere industriële doeleinden.

Uitvindingsverhaal

Het waterrad is uitgevonden door mensen in de oudheid, waardoor een persoon een betrouwbare en eenvoudige motor kreeg, waarvan het gebruik elk jaar wordt uitgebreid. Al in de eerste eeuw voor Christus beschreef de Romeinse wetenschapper Vitruvius een dergelijke structuur in zijn verhandeling "10 boeken over architectuur". Zijn actie was gebaseerd op de rotatie van het wiel door de impact van de waterstroom op zijn bladen. En de eerste praktische toepassing van deze ontdekking was de mogelijkheid om granen te malen.

De geschiedenis van molens gaat terug tot de eerste molenstenen die door oude mensen werden gebruikt om meel te verkrijgen. Dergelijke apparaten waren eerst handmatig, daarna begonnen ze de fysieke kracht te gebruiken van slaven of dieren die aan het meelwiel draaiden.

De geschiedenis van de watermolen begon met het gebruik van het ontwerp van een wiel aangedreven door de kracht van een rivierstroom om uit te voerenhet proces van het malen van graan tot meel, en de basis hiervoor was de creatie van de eerste motor. Oude machines evolueerden van irrigatie-apparaten genaamd chadufons, die werden gebruikt om water uit een rivier te halen om land en velden te irrigeren. Dergelijke apparaten bestonden uit verschillende scheppen die op een rand waren gemonteerd: tijdens het draaien werden ze ondergedompeld in water, scheppen het op en nadat ze het hadden opgetild, gooiden ze het om in een goot.

Opstelling van oude windmolens

In de loop van de tijd begonnen mensen watermolens te bouwen en de kracht van water te gebruiken om meel te produceren. Bovendien werden in de vlakke gebieden, bij een lage stroomsnelheid van rivieren, dammen aangebracht om de druk te verhogen, waardoor het waterpeil steeg. Om beweging naar het molenapparaat over te brengen, werden motorreductoren uitgevonden, die waren gemaakt van twee wielen die in contact stonden met velgen.

Met behulp van een systeem van wielen met verschillende diameters, waarvan de rotatieassen evenwijdig waren, konden de oude uitvinders bewegingen overbrengen en transformeren die in het voordeel van mensen konden worden gericht. Bovendien moet het grotere wiel net zo vaak minder omwentelingen maken als de diameter groter is dan het tweede, kleine wiel. De eerste wieloverbrengingssystemen werden 2000 jaar geleden in gebruik genomen. Sindsdien zijn uitvinders en monteurs in staat geweest om vele variaties van versnellingen te bedenken, met niet alleen 2, maar meer wielen.

Het apparaat van de watermolen uit de oudheid, beschrevenVitruvius, bevatte 3 hoofdonderdelen:

Een motor bestaande uit een verticaal wiel met bladen die door water worden geroteerd.
Het overbrengingsmechanisme is een tweede verticaal tandwiel (transmissie) dat een derde horizontaal tandwiel, een rondsel genaamd, laat draaien.
Bedieningsmechanisme bestaande uit twee molenstenen: de bovenste wordt aangedreven door een tandwiel en gemonteerd op zijn verticale as. Graan voor meel werd in een emmer-trechter gegoten die zich boven de bovenste molensteen bevond.

Waterraderen werden in verschillende posities ten opzichte van de waterstroom geïnstalleerd: stroomafwaarts - op rivieren met een hoge stroomsnelheid. De meest voorkomende waren "hangende" constructies, geïnstalleerd op een vrije stroom, ondergedompeld in water door de onderste bladen. Vervolgens begonnen ze medium en top-piercing waterraderen te gebruiken.

De maximaal mogelijke efficiëntie (rendement=75%) werd verkregen door het werk van bovengrondse of bulktypes, die veel werden gebruikt bij de constructie van "kano" drijvende molens die op grote rivieren liepen: de Dnjepr, Kura, enz.

De betekenis van de ontdekking van de watermolen was dat het eerste antieke mechanisme werd uitgevonden, dat later kon worden gebruikt voor industriële productie, wat een belangrijke fase werd in de geschiedenis van de ontwikkeling van technologie.

Middeleeuwse waterbouwkundige constructies

De eerste watermolens in Europa verschenen volgens historische gegevens tijdens het bewind van Karel de Grote (340 na Christus) in Duitsland enwerden geleend van de Romeinen. Tegelijkertijd werden dergelijke mechanismen gebouwd op de rivieren van Frankrijk, waar tegen het einde van de 11e eeuw. al waren er ongeveer 20 duizend molens. Tegelijkertijd waren er al meer dan 5,5 duizend in Engeland.

Watermolens in de Middeleeuwen waren wijdverbreid in heel Europa, ze werden gebruikt voor het verwerken van landbouwproducten (korenmolens, oliemolens, volders), voor het oppompen van water uit mijnen en in de metallurgische productie. Tegen het einde van de 16e eeuw er waren er al 300 duizend, en in de 18e eeuw. - 500 duizend Tegelijkertijd vond hun technische verbetering en toename van de vermogensgroei (van 600 naar 2220 pk) plaats.

De beroemde kunstenaar en uitvinder Leonardo da Vinci probeerde in zijn aantekeningen ook nieuwe manieren te bedenken om de energie en kracht van water te gebruiken met behulp van wielen. Hij stelde bijvoorbeeld het ontwerp voor van een verticale zaag, die in gang werd gezet door een stroom water die aan het wiel werd toegevoerd, d.w.z. het proces werd geautomatiseerd. Leonardo maakte ook tekeningen van verschillende opties voor het gebruik van hydraulische constructies: fonteinen, manieren om moerassen af te voeren, enz.

Een treffend voorbeeld van een waterkrachtcentrale was het watervoorzieningsmechanisme voor fonteinen en de watervoorziening van paleizen in Versailles, Trianon en Marly (Frankrijk), waarvoor een dam speciaal op de rivier werd gebouwd. Seine. Vanuit het reservoir werd water onder druk aangevoerd naar 14 bodemdoorborende wielen van 12 m. Ze tilden het met behulp van 221 pompen tot een hoogte van 162 m naar het aquaduct, van waaruit het naar paleizen en fonteinen stroomde. De dagelijkse hoeveelheid geleverd water was 5000 m3^3.

Hoe een watermolen werkt

Het ontwerp van zo'n molen is eeuwenlang onveranderd gebleven. Het belangrijkste materiaal voor de constructie was hout, waarvan de schuur werd gebouwd, wielen en assen werden gemaakt. Metaal werd alleen in sommige delen gebruikt: assen, bevestigingsmiddelen, beugels. Af en toe werd de schuur van steen gebouwd.

Soorten molens die waterenergie gebruikten:

Whorled - gebouwd op snelstromende bergrivieren. Qua ontwerp lijken ze op moderne turbines: wieken werden gemaakt op een verticaal wiel in een hoek met de basis, toen de waterstroom viel, vond rotatie plaats, van waaruit de molensteen bewoog.
Wiel, waarin het "water" wiel zelf draaide. Er werden twee typen gebouwd - met een onder- en bovenslag.

Water kwam van de dam naar de bovenliggende molen en werd vervolgens langs de goot naar het wiel met greppels geleid, dat onder zijn gewicht draaide. Bij het gebruik van het lagere gevecht wordt een ontwerp met bladen gebruikt, die in beweging komen wanneer ze worden ondergedompeld in een waterstroom. Om de werkefficiëntie te verbeteren, werd vaak een dam gebruikt, die slechts een deel van de rivier blokkeerde, de zegen genoemd.

De onderstaande figuur toont het apparaat van een typische houten watermolen: de roterende beweging komt van de onderste aandrijving (wiel) [6], aan de bovenkant is er een emmer (bunker) [1] voor graan en een parachute [2] en voert het naar de molenstenen [3]. Het resulterende meel viel in de bak [4] en vervolgens in de kist of zak [5].

Aanpassing van de graanvoorraad werd uitgevoerd door een dispenser, een speciale doos met een gat dat de fijnheid van het malen van bloem beïnvloedde. Na ontvangst was het noodzakelijk om door een speciale zeef te zeven die boven de kist was geïnstalleerd en die oscilleerde met een klein mechanisme.

Sommige watermolens werden niet alleen gebruikt om graan te malen, maar ook om gierst, boekweit of haver te pellen, waarvan granen werden gemaakt. Dergelijke machines werden croupers genoemd. Ondernemende eigenaren gebruikten molenstructuren voor het stampen van touwen, voor het vilten van zelfgesponnen stof, voor het kammen van wol, enz.

Bouwmolens in Rusland

In de oude Russische kronieken komt de vermelding van waterraderen en molens voor vanaf de 9e eeuw. Aanvankelijk werden ze uitsluitend gebruikt voor het malen van graan, waarvoor ze de bijnamen "meel" en "brood" kregen. In 1375 verleende prins Podolsky Korpatovich het Dominicaanse klooster het recht om een graanmolen te bouwen door een oorkonde. En in 1389 werd zo'n gebouw bij testament nagelaten aan de vrouw van prins Dmitry Donskoy.

In Veliky Novgorod dateert een document van berkenbast waarin melding wordt gemaakt van de bouw van een molen uit de 14e eeuw. Pskov kronieken van de 16e eeuw. vertellen over de bouw van zo'n structuur aan de Volkhov-rivier, waarbij de hele lokale bevolking betrokken was. Er werd een dam gebouwd die een deel van de rivier blokkeerde, maar deze stortte in door ernstige overstromingen.

Op het vlakke terrein werden in Rusland watermolens gebouwd met een vullend bovenliggend wiel. In de 14-15 eeuwen. kronkelende apparaten begonnen te verschijnen waarin:het wiel werd horizontaal op een verticale as geplaatst.

Deze ontwerpen zijn gebouwd door autodidactische meesters zonder tekeningen en diagrammen. Bovendien kopieerden ze niet alleen de reeds opgerichte constructies, maar voegden ze telkens hun eigen innovaties toe aan hun toestel. Zelfs in de tijd van Peter de Grote kwamen er meesters uit Europese landen naar Rusland, die hun vaardigheden en kennis op dit gebied toonden.

Een van Peters medewerkers, de beroemde ingenieur William Genin, die 12 grote fabrieken in de Oeral bouwde, was in staat om hun werking vanuit hydraulische krachtcentrales te verzekeren. Vervolgens werd waterenergie op grote schaal gebruikt door specialisten in de bouw van mijnbouw- en metaalbewerkingsbedrijven in heel Rusland.

Aan het begin van de 18e eeuw waren er over het hele grondgebied ongeveer drieduizend fabrieken die hydraulische installaties gebruikten voor het functioneren van de productie. Dit waren metallurgische, zagerij-, papier-, weverij- en andere ondernemingen.

Het beroemdste en meest unieke complex voor het leveren van energie aan de mijn- en smeltfabriek werd in 1787 gebouwd door ingenieur K. D. Frolov in de Zmeinogorsk-mijn, die geen analogen ter wereld had. Het omvatte een dam, waterinlaatstructuren, van waaruit water door ondergrondse adits in een open kanaal (535 m lang) naar een molen ging, waar het zagerijwiel draaide. Verder stroomde water door het volgende ondergrondse kanaal naar het hydrowiel van de machine om erts uit de mijn te tillen, en vervolgens naar de derde en vierde. Aan het einde stroomde het via een meer dan 1 km lange adit terug in de rivier onder de dam, het totale pad was meer dan 2 km,de diameter van het grootste wiel is 17 m. Alle constructies zijn gemaakt van lokale materialen: klei, hout, steen en ijzer. Het complex functioneert al meer dan 100 jaar met succes, maar alleen de dam van de Zmeinogorsky-mijn heeft het tot op de dag van vandaag overleefd.

Onderzoek op het gebied van hydrauliek werd ook uitgevoerd door de beroemde wetenschapper M. V. Lomonosov, die zijn wetenschappelijke gedachten in de praktijk bracht en deelnam aan de oprichting van een onderneming in gekleurd glas op basis van de werking van een hydraulische installatie met drie wielen. De werken van nog twee Russische academici - D. Bernoulli en L. Euler - kregen wereldbetekenis door het gebruik van de wetten van de hydrodynamica en waterbouwkunde en legden de theoretische basis voor deze wetenschappen.

Waterenergie gebruiken in het Oosten

Het gebruik van waterraderen in China werd voor het eerst in detail beschreven in het boek van Sunn Yingxing in 1637. Het beschrijft het gebruik ervan voor de metallurgische productie. Chinese constructies waren meestal horizontaal, maar hun capaciteit was hoog genoeg om meel en metaal te produceren.

Het gebruik van waterenergie begon in de jaren '30. n. e., na de uitvinding door een Chinese ambtenaar van een heen en weer bewegend mechanisme op basis van waterraderen.

In het oude China werden enkele honderden molens gebouwd, gelegen langs de rivieren, maar in de 10e eeuw. de regering begon ze te verbieden vanwege de belemmering van de riviervaart. De bouw van molens breidde zich geleidelijk uit in de buurlanden: Japan en India, in Tibet.

Waterraderen in islamitische landen

LandenHet Oosten, waar men de islamitische religie belijdt, is voor het grootste deel een gebied met een zeer heet klimaat. Sinds de oudheid is regelmatige watervoorziening erg belangrijk. Er werden aquaducten gebouwd om de steden van water te voorzien, en om het uit de rivier te halen, werden molens gebouwd, die ze "norias" noemden.

Volgens historici werden de eerste dergelijke bouwwerken 5000 jaar geleden gebouwd in Syrië en andere landen. Aan de rivier de Orontes, een van de diepste van het land, was de bouw van liften wijdverbreid in de vorm van enorme wielen van watermolens, die water opschepten met talrijke bladen en dit aan het aquaduct leverden.

Een levendig voorbeeld van een dergelijke structuur zijn de liften van de stad Hama, die tot in onze tijd bewaard zijn gebleven en waarvan de constructie dateert uit de 13e eeuw. Ze blijven tot op de dag van vandaag werken en zijn zowel een sieraad als een herkenningspunt van de stad.

Het gebruik van waterkracht in verschillende industrieën

Naast het verkrijgen van meel, breidde het toepassingsgebied van watermolens zich uit tot de volgende soorten industrieën:

voor veredeling en het leveren van water aan gewassen in de velden;
een zagerij die waterkracht gebruikte om hout te verwerken;
metallurgie en metaalverwerking;
in mijnbouw voor het verwerken van stenen of andere rotsen;
in weef- en wolfabrieken;
voor het oppompen van water uit de mijn, enz.

Een van de oudste gebruiksvoorbeeldenwaterkracht - een zagerij in Hierapolis (Turkije), de mechanismen werden ontdekt tijdens opgravingen en dateren uit de 6e eeuw. n. e.

In sommige Europese landen hebben archeologen de overblijfselen ontdekt van oude molens uit de tijd van het oude Rome, die werden gebruikt om kwarts met goud te breken dat in mijnen werd gewonnen.

Het grootste complex dat gebruikmaakt van de kracht van water is volgens historische gegevens in de 1e eeuw gebouwd. in het zuiden van Frankrijk onder de naam Barbegal, dat 16 waterraderen had die energie leverden aan 16 korenmolens en zo brood leverden aan de nabijgelegen stad Alert. Elke dag werd hier 4,5 ton meel geproduceerd.

Een soortgelijk molencomplex op Janiculum Hill leverde in de 3e eeuw voorraden. de stad Rome, die werd gewaardeerd door keizer Aurelianus.

Een waterstructuur maken met je eigen handen

Een architectonisch element zoals een waterrad heeft aan populariteit gewonnen, samen met zwembaden, watervallen of fonteinen. Dergelijke constructies vervullen natuurlijk eerder een decoratieve dan een praktische functie. Elke eigenaar die de vaardigheden heeft om met houten onderdelen te werken, kan met zijn eigen handen een watermolen bouwen.

Het wordt aanbevolen om een wielmaat te kiezen van minimaal 1,5 m, maar niet meer dan 10 m, afhankelijk van het gebied van de site. Het molenhuis is ook geselecteerd op basis van zijn toekomstige doel: een gebouw voor het opslaan van inventaris, een speelruimte voor kinderen en het decoreren van het grondgebied.

Productie van onderdelen:

als basis voor een waterrad kun je een fiets nemen of een omgevallen boom, waaraan de wieken zijn bevestigd; in het middenhet zou een pijp moeten hebben waar het omheen draait;
het eindproduct is gemonteerd op lagers op 2 steunen, die zijn gemaakt van eiken balken, metalen hoeken, bakstenen;
aan de bovenkant van het wiel moet de goot passen waardoor het water op de bladen stroomt; het komt uit een slang met een pomp, of het komt na regen;
alle onderdelen worden aanbevolen om te worden verwerkt om de levensduur te verlengen: hout - gelakt, metaal - geverfd tegen corrosie;
om water af te voeren, kanalen aanleggen in de richting van de bedden of naar een andere container;
in de laatste fase is het gebouw versierd met decoratieve elementen.

Het opzetten van een decoratieve watermolen op het platteland zal een geweldige esthetische toevoeging zijn aan het landschap.

Beroemde historische windmolens

De grootste werkende watermolen "Lady Isabella" bevindt zich in de buurt van het dorp Lexie op het eiland Man in de Ierse Zee. Deze structuur werd in 1854 opgericht door autodidactische ingenieur Robert Casement ter ere van de vrouw van de plaatselijke gouverneur-generaal, en het doel van de constructie was om grondwater uit een plaatselijke mijn te pompen voor de winning van natuurlijke hulpbronnen (zink, lood, enz.).).

Er werden speciaal kanalen aangelegd waardoor water van bergrivieren door de brug stroomde en werd gevoed om een wiel met een diameter van 22 m te laten draaien, dat nog steeds wordt beschouwd als het grootste ter wereld, waardoor veel toeristen al genoten van succesjaar.

Een van de originele bezienswaardigheden van Frankrijk is een oude watermolen in de buurt van de stad Vernon (Frankrijk). Het unieke is dat het rust op 2 pilaren van een oude stenen brug die ooit de oevers van de Seine verbond. De exacte datum van de bouw is onbekend, maar volgens sommige bronnen werd het gebouwd tijdens de periode van oppositie tegen Richard Leeuwenhart en was het van strategisch belang. In 1883 vereeuwigde de beroemde kunstenaar Claude Monet haar op een van zijn doeken.

De creatie van de watermolen is een belangrijke stap in de geschiedenis van technologische ontwikkeling, omdat het wordt beschouwd als het eerste ontwerp dat voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt voor het verwerken van landbouw- en andere producten, wat de eerste stap was naar machine productie in de wereld.