Moara cu apă: valoarea descoperirii, domeniul de aplicare, dispozitivul și principiul de funcționare

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-02-12 12:05

Invenția morii de apă a avut o mare importanță pentru istoria și dezvoltarea tehnologiei. Primele astfel de structuri au fost folosite pentru a revarsa apa in Roma antica, ulterior au inceput sa fie folosite pentru obtinerea de faina si in alte scopuri industriale.

Poveste de invenție

Roata cu apă a fost inventată de oameni în antichitate, datorită căruia o persoană a primit un motor fiabil și simplu, a cărui utilizare se extinde în fiecare an. Încă din secolul I î. Hr., omul de știință roman Vitruvius a descris o astfel de structură în tratatul său „10 cărți de arhitectură”. Acțiunea sa s-a bazat pe rotirea roții din impactul fluxului de apă asupra palelor sale. Iar prima aplicație practică a acestei descoperiri a fost posibilitatea de măcinare a boabelor.

Istoria morilor datează de la primele pietre de moară folosite de oamenii antici pentru a obține făină. Astfel de dispozitive au fost la început manuale, apoi au început să folosească puterea fizică a sclavilor sau a animalelor care învârteau roata făinii.

Istoria morii de apă a început cu utilizarea proiectării unei roți antrenate de forța curgerii unui râu pentru a efectuaprocesul de măcinare a cerealelor în făină, iar baza pentru aceasta a fost crearea primului motor. Mașinile antice au evoluat din dispozitivele de irigare numite chadufons, care erau folosite pentru a ridica apa dintr-un râu pentru a iriga pământul și câmpurile. Astfel de dispozitive constau din mai multe linguri montate pe o jantă: în timpul rotației, ele erau scufundate în apă, o culegeau și, după ce l-au ridicat, l-au răsturnat într-un jgheab.

Amenajarea morilor de vânt antice

De-a lungul timpului, oamenii au început să construiască mori de apă și să folosească puterea apei pentru a produce făină. Mai mult, în zonele plane, la o viteză redusă a debitului râurilor, au fost amenajate baraje pentru creșterea presiunii, asigurându-se astfel creșterea nivelului apei. Pentru a transmite mișcarea dispozitivului morii, s-au inventat motoreductori, care erau realizate din două roți în contact cu jantele.

Folosind un sistem de roți de diferite diametre, ale căror axe de rotație erau paralele, vechii inventatori au reușit să transfere și să transforme mișcarea care putea fi direcționată în beneficiul oamenilor. Mai mult decât atât, roata mai mare trebuie să facă mai puține rotații de câte ori diametrul ei o depășește pe a doua, mică. Primele sisteme de angrenaje cu roți au început să fie utilizate în urmă cu 2 mii de ani. De atunci, inventatorii și mecanicii au reușit să vină cu multe variante de viteze, folosind nu numai 2, ci mai multe roți.

Dispozitivul morii de apă din epoca antică, descrisVitruvius, conținea 3 părți principale:

Un motor format dintr-o roată verticală cu palete care sunt rotite de apă.
Mecanismul de transmisie este o a doua roată dințată verticală (transmisie) care întoarce o a treia roată orizontală numită pinion.
Mecanism de acționare format din două pietre de moară: cea de sus este antrenată de o roată dințată și montată pe arborele său vertical. Cereale pentru făină a fost turnată într-o găleată-pâlnie situată deasupra pietrei de moară de sus.

Roțile cu apă au fost instalate în mai multe poziții față de debitul apei: în aval - pe râuri cu debit mare. Cele mai frecvente erau structurile „atârnate”, instalate pe un flux liber, scufundate în apă de lamele inferioare. Ulterior, au început să folosească tipuri de roți de apă medii și cu străpungere la vârf.

Eficiența maximă posibilă (eficiență=75%) a fost dată de lucrările tipurilor aeriene sau în vrac, care au fost utilizate pe scară largă la construcția de mori plutitoare „canoe” care circulau pe râuri mari: Nipru, Kura, etc.

Semnificația descoperirii morii de apă a fost că a fost inventat primul mecanism antic, care a putut fi folosit ulterior pentru producția industrială, care a devenit o etapă importantă în istoria dezvoltării tehnologiei.

Structuri hidraulice medievale

Primele mori de apă din Europa, conform datelor istorice, au apărut în timpul domniei lui Carol cel Mare (340 d. Hr.) în Germania șiau fost împrumutate de la romani. În același timp, astfel de mecanisme au fost construite pe râurile Franței, unde până la sfârșitul secolului al XI-lea. deja erau vreo 20 de mii de mori. În același timp, în Anglia erau deja peste 5,5 mii.

Morile de apă în Evul Mediu erau larg răspândite în toată Europa, erau folosite pentru prelucrarea produselor agricole (mori de făină, mori de ulei, pline), pentru ridicarea apei din mine și în producția metalurgică. Până la sfârșitul secolului al XVI-lea erau deja 300 de mii, iar în secolul al XVIII-lea. - 500 mii. În același timp, a avut loc îmbunătățirea lor tehnică și creșterea creșterii puterii (de la 600 la 2220 cai putere).

Renumitul artist și inventator Leonardo da Vinci, în însemnările sale, a încercat și el să vină cu noi modalități de a folosi energia și puterea apei cu ajutorul roților. El a propus, de exemplu, proiectarea unui ferăstrău vertical, care a fost pus în mișcare de un curent de apă furnizat roții, adică procesul a devenit automatizat. Leonardo a realizat, de asemenea, desene cu mai multe opțiuni de utilizare a structurilor hidraulice: fântâni, modalități de drenare a mlaștinilor etc.

Un exemplu izbitor de hidrocentrală a fost mecanismul de alimentare cu apă pentru fântâni și alimentarea cu apă a palatelor din Versailles, Trianon și Marly (Franța), pentru care a fost ridicat un baraj special pe râu. Seine. Din rezervor, apa era alimentată sub presiune la 14 roți străpungătoare de 12 m. Au ridicat-o cu ajutorul a 221 de pompe la o înălțime de 162 m până la apeduct, din care curgea spre palate și fântâni. Volumul zilnic de apă furnizat a fost de 5 mii m3^3.

Cum funcționează o moară de apă

Designul unei astfel de mori a rămas neschimbat de multe secole. Materialul principal pentru construcție a fost lemnul, din care s-a construit hambarul, s-au făcut roți și arbori. Metalul a fost folosit doar în unele părți: axe, elemente de fixare, console. Ocazional, hambarul era construit din piatră.

Tipuri de mori care foloseau energie apei:

Whorled - construit pe râuri de munte cu curgere rapidă. Prin design, ele sunt asemănătoare cu turbinele moderne: palele au fost realizate pe o roată verticală în unghi față de bază, când debitul de apă a scăzut, a avut loc rotația, din care s-a deplasat piatra de moară.
Roată, în care roata „apă” însăși s-a rotit. Au fost construite două tipuri - cu o bătălie inferioară și superioară.

Apa venea de la baraj la moara de deasupra capului, apoi era direcționată de-a lungul jgheabului până la roata cu șanțuri, care se învârtea sub greutatea ei. Când se folosește lupta inferioară, se folosește un design cu lame, care sunt puse în mișcare atunci când sunt scufundate într-un curent de apă. Pentru a îmbunătăți eficiența muncii, a fost adesea folosit un baraj, blocând doar o parte a râului, numită boon.

Figura de mai jos prezintă dispozitivul unei mori de apă tipice din lemn: mișcarea de rotație vine de la antrenarea inferioară (roata) [6], în partea de sus este o găleată (buncăr) [1] pentru cereale și un jgheab [2], alimentând-o la pietrele de moară [3]. Făina rezultată a căzut în tavă [4], apoi s-a vărsat în ladă sau în pungă [5].

Reglarea aprovizionării cu cereale s-a efectuat cu ajutorul unui dozator, o cutie specială cu orificiu care influența finețea măcinarii făinii. După ce a primit-o, a fost necesar să se cerne printr-o sită specială instalată deasupra pieptului, care oscila cu ajutorul unui mic mecanism.

Unele mori de apă erau folosite nu numai pentru a măcina cereale, ci și pentru a curăța meiul, hrișca sau ovăzul, din care se făceau cereale. Astfel de mașini erau numite croupers. Proprietarii antreprenori foloseau structuri de moara pentru a bate câlți, pentru a împâsli pânzele din casă, pentru a pieptăna lâna etc.

Clădire mori în Rusia

În cronicile antice rusești, menționarea roților de apă și a morilor apare din secolul al IX-lea. Inițial, erau folosite exclusiv pentru măcinarea cerealelor, pentru care erau supranumite „făină” și „pâine”. În 1375, prințul Podolsky Korpatovich a acordat mănăstirii dominicane dreptul de a construi o moară de cereale printr-o hotărâre. Și în 1389, o astfel de clădire a fost lăsată prin testament soției prințului Dmitri Donskoy.

În Veliky Novgorod, un document din scoarța de mesteacăn care menționează construcția unei mori datează din secolul al XIV-lea. Cronicile din Pskov din secolul al XVI-lea. spuneți despre construcția unei astfel de structuri pe râul Volhov, la care a fost implicată întreaga populație locală. A fost construit un baraj care a blocat o parte a râului, dar s-a prăbușit din cauza inundațiilor severe.

Pe terenul plat, morile de apă din Rusia au fost construite cu o roată deasupra capului de umplere. În secolele 14-15. au început să apară dispozitive spiralate în careroata a fost așezată orizontal pe un arbore vertical.

Aceste modele au fost construite de maeștri autodidacți, fără desene și diagrame. Mai mult, nu numai că au copiat structurile deja ridicate, dar au adăugat de fiecare dată propriile inovații la dispozitivul lor. Chiar și pe vremea lui Petru cel Mare, în Rusia au început să vină maeștri din țările europene, care și-au arătat abilitățile și cunoștințele în acest domeniu.

Unul dintre asociații lui Peter, celebrul inginer William Genin, care a construit 12 mari centrale în Urali, a putut să le asigure funcționarea din centrale hidraulice. Ulterior, energia apei a fost utilizată pe scară largă de către specialiștii în construcția de întreprinderi miniere și de prelucrare a metalelor din toată Rusia.

La începutul secolului al XVIII-lea, pe întreg teritoriul funcționau circa 3 mii de fabrici, care foloseau instalații hidraulice pentru funcționarea producției. Acestea erau întreprinderi metalurgice, fabrici de cherestea, hârtie, țesut și alte întreprinderi.

Cel mai faimos și unic complex pentru furnizarea energiei uzinei de minerit și topire a fost construit în 1787 de inginerul K. D. Frolov la mina Zmeinogorsk, care nu avea analogi în lume. Acesta includea un baraj, structuri de captare a apei, de la care apa trecea printr-un canal deschis (lungime de 535 m) spre o moară, unde se învârtea roata gaterului. Mai departe, apa curgea prin următorul canal subteran către hidrorota mașinii pentru ridicarea minereului din mină, apoi către al treilea și al patrulea. La sfârșit, a trecut printr-un adit de peste 1 km lungime înapoi în râu de sub baraj, traseul său total a fost de peste 2 km,diametrul celei mai mari roți este de 17 m. Toate structurile au fost construite din materiale locale: lut, lemn, piatră și fier. Complexul funcționează cu succes de mai bine de 100 de ani, dar doar barajul minei Zmeinogorsky a supraviețuit până în prezent.

Cercetările în domeniul hidraulicii au fost efectuate și de celebrul om de știință M. V. Lomonosov, care și-a pus în practică gândurile științifice, participând la crearea unei întreprinderi de sticlă colorată bazată pe funcționarea unei instalații hidraulice cu trei roți.. Lucrările a încă doi academicieni ruși - D. Bernoulli și L. Euler - au căpătat semnificație mondială în utilizarea legilor hidrodinamicii și ingineriei hidraulice și au pus bazele teoretice ale acestor științe.

Folosirea energiei apei în Est

Utilizarea roților cu apă în China a fost descrisă pentru prima dată în detaliu în cartea lui Sunn Yingxing în 1637. Detaliază utilizarea lor pentru producția metalurgică. Structurile chinezești erau de obicei orizontale, dar capacitatea lor era suficient de mare pentru a produce făină și metal.

Utilizarea energiei apei a început pentru prima dată în anii 30. n. e., după invenția de către un oficial chinez a unui mecanism alternativ bazat pe roți de apă.

În China antică au fost construite câteva sute de mori, situate de-a lungul râurilor, dar în secolul al X-lea. guvernul a început să le interzică din cauza obstrucționării navigației fluviale. Construcția de mori s-a extins treptat în țările vecine: Japonia și India, în Tibet.

Roțile cu apă în țările islamice

ȚăriOrientul, în care oamenii profesează religia islamică, este în cea mai mare parte un teritoriu cu o climă foarte caldă. Din cele mai vechi timpuri, alimentarea regulată cu apă a fost foarte importantă. Au fost construite apeducte pentru alimentarea cu apă a orașelor, iar pentru a o ridica din râu s-au construit mori, pe care le-au numit „norias”.

Potrivit istoricilor, primele astfel de structuri au fost ridicate acum 5 mii de ani în Siria și în alte țări. Pe râul Orontes, unul dintre cele mai adânci din țară, construcția de ascensoare a fost răspândită sub forma unor roți uriașe de mori de apă, care culegeau apa cu numeroase pale și o alimentau apeductului.

Un exemplu viu al unei astfel de structuri sunt ascensoarele orașului Hama, care au supraviețuit până în vremurile noastre, a căror construcție datează din secolul al XIII-lea. Ei continuă să lucreze până în zilele noastre, fiind atât un ornament, cât și un reper al orașului.

Utilizarea hidroenergiei în diverse industrii

Pe lângă obținerea făinii, domeniul de aplicare al morilor de apă sa extins la următoarele tipuri de industrii:

pentru ameliorare și furnizarea de apă la culturile de pe câmp;
o fabrică de cherestea care folosea puterea apei pentru a prelucra lemnul;
metalurgie și prelucrare a metalelor;
în minerit pentru prelucrarea pietrelor sau a altor roci;
în fabricile de țesut și lână;
pentru ridicarea apei din mină etc.

Unul dintre cele mai vechi exemple de utilizareputerea apei - o fabrică de cherestea din Hierapolis (Turcia), mecanismele sale au fost descoperite în timpul săpăturilor și datate în secolul al VI-lea. n. e.

În unele țări europene, arheologii au descoperit rămășițele vechilor mori din epoca Romei Antice, care erau folosite pentru a zdrobi cuarțul care conținea aur extras în mine.

Cel mai mare complex folosind puterea apei a fost construit, conform datelor istorice, în secolul I. în sudul Franței sub numele de Barbegal, care avea 16 roți de apă care furnizează energie la 16 mori de făină, oferind astfel pâine orașului Alert din apropiere. În fiecare zi, aici se produceau 4,5 tone de făină.

Un complex de moară similar de pe dealul Janiculum a furnizat provizii în secolul al III-lea. orașul Roma, care a fost apreciat de împăratul Aurelian.

Crearea unei structuri de apă cu propriile mâini

Un element arhitectural, cum ar fi o roată cu apă, a câștigat popularitate alături de piscine, cascade sau fântâni. Desigur, astfel de structuri îndeplinesc mai degrabă o funcție decorativă decât practică. Fiecare proprietar care are abilitățile de a lucra cu piese din lemn poate construi o moară de apă cu propriile mâini.

Este recomandat să alegeți o dimensiune a roții de cel puțin 1,5 m, dar nu mai mult de 10 m, în funcție de suprafața șantierului. Casa morii este selectată și în funcție de scopul său viitor: o clădire pentru depozitarea inventarului, o zonă de joacă pentru copii și decorarea teritoriului.

Producție de piese:

ca bază pentru o roată de apă, puteți lua o bicicletă sau un copac doborât, de care sunt atașate lamele; in centruar trebui să aibă o țeavă în jurul căreia se rotește;
produsul finit este montat pe rulmenti pe 2 suporturi, care sunt din grinzi de stejar, coltari metalice, caramizi;
în partea de sus a roții trebuie să se potrivească cu jgheabul prin care apa curge pe lame; se aduce fie dintr-un furtun cu pompa, fie vine dupa ploaie;
toate piesele sunt recomandate a fi prelucrate pentru a crește durata de viață: lemn - lăcuit, metal - vopsit împotriva coroziunii;
pentru a scurge apa, așezați canale în direcția patului sau către alt recipient;
în etapa finală, clădirea este decorată cu elemente decorative.

Amenajarea unei mori de apă decorative în mediul rural va fi o completare estetică excelentă pentru peisaj.

Mori de vânt istorice celebre

Cea mai mare moară de apă în funcțiune „Lady Isabella” este situată în apropiere de satul Lexie de pe Insula Man din Marea Irlandei. Această structură a fost ridicată în 1854 de către inginerul autodidact Robert Casement în cinstea soției guvernatorului general local, iar scopul construcției ei a fost pomparea apei subterane dintr-o mină locală pentru extracția resurselor naturale (zinc, plumb etc.)..).

S-au așezat special canale prin care apa din râurile de munte trecea prin pod și era alimentată pentru a roti o roată cu diametrul de 22 m, care este încă considerată cea mai mare din lume, datorită căreia mulți turiști au avut sa bucurat deja de succesani.

Unul dintre obiectivele turistice originale ale Franței este o moară veche de apă situat în apropiere de orașul Vernon (Franța). Unicitatea sa constă în faptul că se sprijină pe 2 piloni de o punte de piatră veche, care odată conectat malurile Senei. Data exactă a construcției sale nu este cunoscută, cu toate acestea, potrivit unor surse, a fost ridicat în timpul perioadei de opoziție față de Richard Inimă de Leu și a fost de o importanță strategică. In 1883, celebrul artist Claude Monet ei imortalizat pe una din pînzele.

Crearea de moara de apă este un pas important în istoria de dezvoltare a tehnologiei, deoarece este considerat primul desen sau model care ar putea fi folosite pentru diverse scopuri de prelucrare a produselor agricole și de alt tip, care a fost primul pas către mașină de producție din lume.