Водяной двигатель 16 века: Вода льется—и мелет, толчет, пилит, кует и откачивает воду – Наука

Содержание

Вода льется—и мелет, толчет, пилит, кует и откачивает воду – Наука – Коммерсантъ

текст Владимир Алтунин, кандидат технических наук, доцент МАДИ-ГТУ

Валерий Волшаник, доктор технических наук, профессор, Московский государственный университет природообустройства

Сергей Пьявкин, руководитель сектора проектирования НКС «Волга»

Ольга Черных, кандидат технических наук, профессор, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Использование энергии речных потоков началось в России еще в глубокой древности. В весьма ранних памятниках русской письменности встречаются такие термины, как «мельник», «мельница». Водяные мельницы в России строили сначала для переработки продуктов сельского хозяйства, прежде всего для привода мукомольных поставов, а затем крупорушек и сукновален. В не столь давние времена практически весь урожай зерновых в России перерабатывался в муку исключительно на водяных и ветряных мельницах; одна мельница строилась на 15-20 сельских домов, а то и чаще.

Но уже в XVI в. водяной двигатель в России используется не только для переработки сельскохозяйственной продукции, но и в металлургии, добыче полезных ископаемых, обработке камня. Примерный перечень технологических операций, выполнявшихся в России в XVIII веке с помощью водяных двигателей, приведен в таблице 01 .

Наибольшее распространение получили именно мельницы. Внешний вид здания мельницы существенно зависел от места ее постройки и от компоновки основного оборудования и назначения мельницы, а также от строительных конструкций сооружения. Так, для северных земель, Карелии характерна простая деревянная конструкция, без каких-либо архитектурных изысков. Мельницы европейской части России имеют отличия в архитектуре от своих северных аналогов. Здание мельницы, построенное в черте города, могло быть выполнено из кирпича или камня, что свидетельствовало о состоятельности владельца.

Принципиальная схема работы водяной мельницы с верхней подачей воды показана на рисунке 01. Вода, поступающая из лотка, падает на большое колесо [01], состоящее из двух ободов одинакового диаметра, соединенных перегородками «лопатками», образующими ковши. Вода, попавшая в верхний ковш, под действием силы тяжести толкает колесо и выливается по мере движения вниз. Отметим, что верхний способ подачи воды обеспечивает большую мощность на вале колеса, но требует строительства гидротехнических сооружений (плотина, запруда) для накопления и подъема воды на высоту колеса.

Вместе с колесом [01]на горизонтальном валу закреплено зубчатое колесо [02]меньшего диаметра, приводящее в движение шестерню [03]на вертикальном валу. На нижнем конце вертикального вала жестко крепился верхний, подвижный жернов (бегун), в то время как нижний (лежняк) оставался неподвижным. Зерно, попадая между камнями, перемалывалось в муку, а тонкость помола определялась зазором между камнями. Жерновые камни изготавливались из особых пород мелкозернистого кварцевого камня или песчаника или же из искусственной смеси.

рис. 01 Принципиальная схема работы водяной мельницы с верхней подачей воды: 01 Большое водяное колесо, 02 Малое зубчатое колесо, 03 Шестерня на вертикальном валу

На соприкасающихся поверхностях бегуна и лежняка создавались достаточно сложные по конфигурации системы бороздок, обеспечивавших перемещение зерна и муки от центра жернова к его периферии, а также вентиляцию и охлаждение жернова. Расстояние между камнями регулировалось специальным механизмом. Размеры камней и частота вращения бегуна выбирались в зависимости от требуемой производительности мельницы и вида размалываемого материала.

Работы по толчению органических и минеральных материалов на мельницах выполняются с помощью толчеи — измельчающей или шелушильной машины ударного действия. Рабочий орган толчеи — пест, совершающий прямолинейное возвратно-поступательное движение в ступе или, чаще на мельницах, системе ступ (как правило, бревен), линейно укрепленных на горизонтальном поворачивающемся валу и оканчивающихся внизу над деревянным слабо наклоненным лотком.

Устройство песта более жесткого и с большей скоростью удара позволяет создавать механизм для обработки металла ударным воздействием. Конструирование механизмов с формой движения рабочего органа, обеспечиваемой исполнительными органами водяной мельницы, — вращательной или возвратно-поступательной, позволяет обеспечить выполнение разнообразных операций.

рис. 02 Схема пилорамы на водяном приводе: 04 Механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, 05 Механическая пила

На рисунке 02 показана простейшая схема преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Такое преобразование требовалось, например, в пилорамах.

Общим для перечисленных в таблице 01 операций является наличие только механической энергии, которая и вырабатывается водяными колесами путем использования вечно возобновляющейся экологически чистой энергии водных потоков.

Использование энергии воды для совершения повторяющихся механических операций получило в России новое развитие во время промышленного подъема на Урале в начале XVIII века. Водяные двигатели на металлургических заводах, построенных по указу Петра I общим числом более двухсот, приводили в движение меха, подающие воздух в печь, и молоты. Для достижения требуемой мощности таких двигателей, существенно превосходящей мощность мельничного колеса, возникала необходимость в строительстве гидротехнических сооружений для повышения уровня воды, некоторые из которых — пруды, каналы, тоннели, каменные плотины — сохранились до сих пор и в настоящее время являются памятниками культуры, охраняемыми государством.

Вторая половина XVII века и XVIII век — золотое время водяных двигателей, в России и в мире. На Сене построили грандиозную установку для питания водой фонтанов Версаля, состоявшую из 14 колес диаметром 12 метров. От колес приводились в действие поршневые насосы, поднимавшие 3000 тонн воды в сутки на высоту около 200 метров. В Шотландии на бумагопрядильной фабрике работало колесо диаметром около 20 метров и шириной 4 метра. В России в конце XVIII века действовало несколько тысяч гидросиловых установок, главным образом на горных заводах. Самая известная из них — машина для откачки воды из шахт, построенная русским механиком Козьмой Фроловым в 1785 г. на Змеиногорском руднике на Алтае.

Поступление воды в шахты было одной из главных проблем, мешающей работе рудокопов. Без использования машин воду приходилось поднимать вручную; этим непрерывно занимались водоносы, передающие друг другу вверх полные ведра, вниз — пустые. Это была тяжелая и опасная работа, не связанная к тому же непосредственно с добычей руды. Кроме того, постоянно поступающая вода ограничивала глубину шахт. Необходимость в машине для откачки воды на Змеиногорском руднике возникла после истощения верхних слоев земли, ранее богатых золотой и серебряной рудой. Рудник был собственностью царской семьи, так что уменьшение притока в казну драгоценных металлов представляло собой государственную проблему.

Гидросиловая установка Фролова — одна из самых больших, когда-либо созданных в мире. Вода откачивалась отсасывающими насосами, каждый из которых мог поднимать воду не более чем на 10 метров — столб воды такой высоты создает давление, равное атмосферному. Соответственно, для откачки со дна шахты требовался целый каскад насосов — нижний насос откачивал воду в большое корыто, из которого верхний поднимал ее в корыто на следующем уровне. Поршни насосов приводились в движение водяными колесами, самое большое из которых достигало в диаметре 15 метров. Чтобы обеспечить необходимую мощность водяного потока для вращения колес, речку Змеевку перегородили плотиной длиной больше 100 метров и высотой около 25 метров. Образовался пруд площадью несколько квадратных километров.

С запуском машины Фролова рудник в Змеиногорске получил вторую жизнь, добыча драгоценных металлов на нем велась еще около ста лет. Энергия падающей воды использовалась не только для осушения шахт, но и для подъема руды на поверхность и ее обогащения: такую машину Фролов построил на Преображенском руднике.

В XIX веке гидросиловые установки постепенно вытесняются паровыми двигателями. Их преимущества — отсутствие привязки к рекам, возможность обеспечить высокую скорость на валу двигателя, компактность, мобильность и более высокая мощность при сравнимых массе и размерах — оказались решающими. Однако и в начале XX века энергия воды еще использовалась достаточно широко: анкета русского технического общества, проведенная в 1912 г., зарегистрировала 45449 гидросиловых установок общей установленной мощностью 686856 л.с., из них 470962 л.с. вырабатывались водяными колесами.

В конце XIX века водяные двигатели неожиданно получили шанс на возрождение. 30 сентября 1882 г. в США заработала первая в мире гидроэлектростанция. Водяное колесо приводило в движение динамо-машину. Вырабатываемая ею электроэнергия использовалась для освещения жилых домов и производственных помещений на местной фабрике. Со временем водяные колеса заменили турбинами, обладающими более высоким коэффициентом полезного действия и позволяющими использовать не только потенциальную энергию воды, падающей с некоторой высоты, но и кинетическую энергию ее движения. Примечательно, что гидротурбины начали создавать задолго до первых электростанций. В России первые турбины строил в 30-40-х годах XIX века уральский крепостной мастер Игнатий Сафонов, их использовали на заводах. В настоящее время гидротурбины, имеющие размер, сравнимый с размером водяных колес, превосходят их по мощности в сотни раз.

Сегодня новую жизнь гидросиловым установкам дает малая гидроэнергетика. Микро- и мини-ГЭС постепенно получают распространение, особенно в труднодоступных районах, где затруднено централизованное электроснабжение. Конечно, энергию падающей воды используют уже не для помола зерна, а для выработки электричества. На смену деревянным водяным колесам пришли металлические турбины, гидросиловые установки стали более компактными, надежными и менее шумными. С учетом того, что альтернативная энергетика во многих странах поддерживается на государственном уровне, малая гидроэнергетика имеет неплохие перспективы.

Примерный перечень типов технологических операций, выполнявшихся в ХVIII веке в России механическими агрегатами за счет действия водяных двигателей

Технологическая операция	Механический агрегат
Размол	Мельничный постав (мука, солод)
	Пороховая мельница
	Размолотка материалов для стекольного
	производства

Толчение	Крупноподерка
	Маслобойня
	Сукновальня
	Толчея для пеньки
	Толчея для тряпок и бумажный рол
	Мусерная толчея в металлургии
	Толчея для руды на похверках
	Толчейный постав для стекольного
	производства

Первичная обработка металла	Молот
Обработка металла для	Плющильный стан
получения готовой продукции
	Железорезный стан
	Проволочно-волочильный стан
	Проволочно-мотальный стан
	Сверлильный или расточный стан
	Токарный станок для обточки валов
	плющильных
	и режущих дисков железорезных станов
	Станки для производства монет

Первичная обработка дерева	Пильная мельница
резанием
Подача дутья для	Воздуховный мех
металлургических печей
Подъемно-транспортные	Рудоподъемник
операции
	Водоподъемник на рудниках
	Водяной насос для водоснабжения

Операции в текстильном	Крутильно-мотальные станы в шелковом
производстве	производстве
	Агрегаты ситценабивного производства
	Прядильная машина
	Мотальня

Шлифовально-точильные	Точильные круги для обработки металла
операции
	Гранильные станки
	Шлифовальный стан

Большое колесо маленького острова

Самое большое в мире действующее водяное колесо находится на одном из островов Ирландского моря в деревне Лакси. Его диаметр — 22 метра, а высота — 18 метров. Колесо было построено в середине XIX века для откачки грунтовых вод из рудников, где добывали свинец, цинк и другие металлы. К тому времени паровые двигатели уже потеснили водяные, однако на острове не было угля, а его доставка стоила довольно дорого. Необходимую энергию для работы насосов, откачивающих воду, могли дать многочисленные горные речки острова. Идею построить водяной двигатель осуществил местный инженер Роберт Кэйсмент. Большие размеры колеса обусловлены тем, что из шахт требовалось поднимать около тонны воды за минуту с глубины в полтора километра. Мощность, развиваемая колесом, должна была составлять порядка мегаватта, или немногим больше тысячи лошадиных сил.

Фото: 3.bp.blogspot.com

Сейчас колесо для откачки воды уже не используют, его запускают время от времени только для туристов.

значение открытия, область применения, устройство и принцип работы

Изобретение водяной мельницы имело большое значение для истории и развития техники. Первые такие конструкции использовались для перелива воды еще в Древнем Риме, позже их стали применять для получения муки и в других промышленных целях.

История изобретения

Водяное колесо было изобретено людьми еще в древние времена, благодаря чему человек получил надежный и простой двигатель, применение которого с каждым годом все расширялось. Еще в первом столетии до нашей эры римский ученый Витрувий описал такую конструкцию в своем трактате «10 книг об архитектуре». Действие ее было основано на вращении колеса от воздействия потока воды на его лопасти. И первым практическим применением этого открытия стала возможность перемалывания зерен.

История мельниц ведет свое начало от первых жерновов, которые использовали древние люди для получения муки. Такие устройства были вначале ручными, затем стали использовать физическую силу рабов или животных, которые вращали мукомольное колесо.

История водяной мельницы началась с использования конструкции колеса, двигающегося от силы речного потока, для осуществления процесса перемалывания зерна в муку, а основанием для этого послужило создание первого двигателя. Древние машины произошли от поливальных устройств, называемых чадуфонами, которые применялись для поднятия воды из реки для орошения земли и полей. Такие устройства представляли собой несколько черпаков, насаженных на обод: при вращении они погружались в воду, зачерпывали ее, а после поднятия вверх опрокидывали в желоб.

Устройство древних мельниц

Со временем люди стали строить водяные мельницы и использовать силу воды для получения муки. Причем на равнинных территориях при низкой скорости течения рек для увеличения напора устраивали запруды, обеспечивая тем самым повышение уровня воды. Для передачи движения к устройству мельницы были изобретены двигатели с зубчатой передачей, которые делались из двух колес, соприкасающихся ободами.

Используя систему из колес различного диаметра, у которых оси вращения были параллельными, древние изобретатели смогли осуществить передачу и преобразование движения, которое можно было направить на пользу людям. Причем большее колесо должно совершить меньшее количество оборотов во столько раз, во сколько его диаметр превышает второе, малое. Первые колесные зубчатые системы стали применять еще 2 тыс. лет назад. С тех пор изобретатели и механики смогли придумать множество вариантов зубчатых передач, использующих уже не только 2, но и большее количество колес.

Устройство водяной мельницы античной эпохи, описанное Витрувием, содержало 3 основных части:

Двигатель, состоящий из вертикального колеса, имеющего лопатки, которые вращаются водой.
Передаточный механизм — второе вертикальное колесо с зубцами (трансмиссия), которое вращает третье горизонтальное, называемое шестерней.
Исполнительный механизм, состоящий из двух жерновов: верхний приводится в движение шестерней и насажен на ее вертикальный вал. Зерно для получения муки засыпалось в ковш-воронку, расположенную над верхним жерновом.

Водяные колеса устанавливали в нескольких положениях по отношению к потоку воды: нижнебойные — на реках с большой скоростью течения. Самыми распространенными были «висячие» конструкции, устанавливаемые на свободном течении, погруженные в воду нижними лопастями. Впоследствии стали использовать среднебойные и верхнебойные виды водяных колес.

Максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД = 75%) давала работа верхнебойных или наливных видов, что широко применялось при устройстве «байдачных» плавучих мельниц, которые курсировали на больших реках: Днепре, Куре и др.

Значение открытия водяной мельницы состояло в том, что был изобретен первый античный механизм, который в дальнейшем мог быть использован для промышленного производства, что стало важным этапом в истории развития техники.

Средневековые гидроконструкции

Первые водяные мельницы в Европе, согласно историческим данным, появились в эпоху правления Карла Великого (340 г. н. э.) в Германии и были заимствованы у римлян. Одновременно были построены такие механизмы и на реках Франции, где к концу 11 в. уже насчитывалось около 20 тыс. мельниц. В это же время в Англии уже насчитывалось их более 5,5 тыс.

Водяные мельницы в Средневековье были широко распространены на всей территории Европы, использовались они для переработки сельскохозяйственной продукции (мукомольные, маслобойные, сукновальные), для подъема воды из шахты и в металлургическом производстве. К концу 16 в. их насчитывалось уже 300 тыс., а в 18 в. — 500 тыс. Одновременно происходило их техническое усовершенствование и увеличение роста мощности (с 600 до 2220 лошадиных сил).

Знаменитый художник и изобретатель Леонардо да Винчи в своих заметках также пытался придумать новые способы использования энергии и силы воды с помощью колес. Он предложил, например, конструкцию вертикальной пилы, которую приводил в движение поток воды, подающийся на колесо, т. е. процесс становился автоматизированным. Также Леонардо сделал чертежи нескольких вариантов использования гидроконструкций: фонтаны, способы осушения болот и т. д.

Ярким примером гидросиловой установки стал механизм подачи воды для устройства фонтанов и водоснабжения дворцов в Версале, Трианоне и Марли (Франция), для чего была специально возведена плотина на р. Сене. Из устроенного водохранилища вода под напором поступала на 14 нижнебойных колес размером 12 м. Они осуществляли ее подъем с помощью 221 насоса на высоту 162 м к акведуку, из которого она поступала во дворцы и фонтаны. Ежесуточно объем подаваемой воды составлял 5 тыс. м^3.

Как работает водяная мельница

Конструкция такой мельницы оставалась неизменной на протяжении многих веков. Основным материалом для постройки служило дерево, из которого складывали амбар, делали колеса и валы. Металл использовался только в некоторых деталях: оси, крепежные части, скобы. Изредка амбар возводили из камня.

Виды мельниц, которые использовали энергию воды:

Мутовчатые — строились на горных реках с быстрым течением. По конструкции они похожи на современные турбины: на вертикальном колесе делали лопасти под углом к основанию, при падении потока воды происходило вращение, от которого шло движение жернова.
Колесные, в которых вращалось само «водяное» колесо. Строились двух типов — с нижним и верхним боем.

На мельницу с верхним боем вода поступала от запруды, далее по желобу направлялась на колесо с кюветами, которое вращалось под его тяжестью. При использовании нижнего боя используется конструкция с лопастями, которые приводятся в движение при погружении в водный поток. Для повышения эффективности работы часто использовали плотину, перегораживающую только часть реки, называемую буном.

На рисунке ниже изображено устройство типичной деревянной водяной мельницы: вращательное движение идет от нижнего привода (колеса) [6], вверху расположен ковш (бункер) [1] для зерна и желоба [2], подающие его на жернова [3]. Полученная мука попала в лоток [4], а затем высыпалась в ларь или мешок [5].

Регулировка подачи зерна осуществлялась дозатором, специальным ящиком с отверстием, который влиял на крупность помола муки. После получения ее необходимо было просеять через специальное сито, установленное над ларем, которое совершало колебание при помощи небольшого механизма.

Некоторые водяные мельницы использовались не только для перемола зерна, но и для обдирания проса, гречихи или овса, из которых делалась крупа. Такие машины называли крупорушками. Предприимчивые хозяева использовали мельничные конструкции для толчения кудели, для валяния домотканого сукна, для чесания шерсти и т. д.

Строительство мельниц на Руси

В древнерусских летописях упоминание о водяных колесах и мельницах встречается с 9 в. Вначале они использовались исключительно для размалывания зерна, за что и были прозваны «мучными» и «хлебными». В 1375 г. князь Подольский Корпатович даровал грамотой Доминиканскому монастырю право на постройку хлебной мельницы. А в 1389 г. жене князя Дмитрия Донского такое сооружение отошло по завещанию.

В Великом Новгороде упоминание в берестяной грамоте о постройке мельницы датировано 14 в. Псковские летописи 16 в. рассказывают о строительстве такой конструкции на реке Волхов, к чему привлекли все местное население. Была устроена плотина, перекрывшая часть реки, однако она разрушилась из-за сильного паводка.

На равнинной местности водяные мельницы в России строились с наливным верхнебойным колесом. В 14-15 вв. стали появляться мутовчатые устройства, в которых колесо было расположено горизонтально на вертикальном валу.

Строили такие конструкции мастера-самоучки без каких-либо чертежей и схем. Причем они не только копировали уже возведенные сооружения, но каждый раз добавляли свои нововведения в их устройство. Еще во времена Петра Первого в Россию стали приезжать мастера из европейских стран, которые показывали свои навыки и знания в этой области.

Один из соратников Петра, известный инженер Вильям Генин, построивший на Урале 12 больших заводов, смог обеспечить их работу от гидросиловых установок. В последующем энергию воды повсеместно использовали специалисты при строительстве горнорудных и металлообрабатывающих предприятий по всей России.

В начале 18 века по всей территории действовало около 3 тыс. мануфактур, которые использовали гидроустановки для функционирования производства. Это были металлургические, лесопильные, бумажные, ткацкие и другие предприятия.

Самый знаменитый и уникальный комплекс для обеспечения энергией горнометаллургического комбината был построен в 1787 г. инженером К. Д. Фроловым на Змеиногорском руднике, который не имел аналогов в мире. Он включал плотину, водозаборные сооружения, от которых вода по подземным штольням проходила в открытый канал (535 м длиной) до мельницы, где вращалось колесо лесопильной конструкции. Далее вода поступала через следующий подземный канал к гидроколесу машины по подъему руды из шахты, далее — к третьему и четвертому. В конце она вытекала через штольню длиной более 1 км обратно в реку ниже плотины, общий путь ее составлял более 2 км, диаметр самого большого колеса — 17 м. Все сооружения были построены из местных материалов: глины, дерева, камня и железа. Комплекс успешно проработал более 100 лет, но до наших дней сохранилась только плотина Змеиногорского рудника.

Исследования в области гидравлики проводил также знаменитый ученый М. В. Ломоносов, который воплотил свои научные мысли на практике, участвуя в создании предприятия цветного стекла на основе работы гидроустановки с тремя колесами. Труды еще двух российских академиков — Д. Бернулли и Л. Эйлера — приобрели мировое значение в использовании законов гидродинамики и гидротехники и заложили теоретическую основу этих наук.

Использование энергии воды на Востоке

Применение водяных колес в Китае было впервые подробно описано в книге Сунн Инсина в 1637 г. В ней рассказывается подробно об использовании их для металлургического производства. Китайские конструкции были обычно горизонтальными, однако их мощность была достаточно высокой для производства муки и металла.

Использование энергии воды было впервые начато еще в 30-е гг. н. э., после изобретения китайским чиновником возвратно-поступательного механизма на основе водяных колес.

В Древнем Китае было построено несколько сотен мельниц, располагавшихся вдоль рек, однако в 10 в. правительство стало запрещать их из-за препятствования речному судоходству. Строительство мельниц постепенно расширялось и в соседних странах: Японии и Индии, на Тибете.

Колеса для подачи воды в странах ислама

Страны Востока, в которых люди исповедуют исламскую религию, являются в большинстве своем территорией с очень жарким климатом. С древних времен регулярное водоснабжение имело очень важное значение. Строились акведуки для подачи воды в города, а для поднятия ее из реки строили мельницы, которые называли «нориями».

По данным историков, первые такие сооружения возводились еще 5 тыс. лет назад на территории Сирии и других стран. На реке Оронт, одной из самых полноводных в стране, строительство норий было широко распространено в виде огромных колес водяных мельниц, которые многочисленными лопастями черпали воду и подавали ее на акведук.

Ярким примером такого сооружения являются сохранившиеся до наших времен нории города Хама, строительство которых датируется 13 в. Они продолжают работать и до настоящего времени, являясь одновременно украшением и достопримечательностью города.

Использование гидроэнергии в различных производствах

Кроме получения муки, область применения водяных мельниц распространялась на такие виды производств:

для мелиорации и обеспечения водой посевов на полях;
лесопильное, в котором энергия воды использовалась для обработки древесины;
металлургия и обработка металла;
в горных производствах для обработки камней или другой породы;
в ткацкой и шерстяной мануфактурах;
для подъема воды из шахты и др.

Один из самых древних примеров использования силы воды — лесопильная мельница в Хиераполисе (Турция), механизмы ее были обнаружены во время раскопок и датированы 6 в. н. э.

В некоторых европейских странах археологами были обнаружены остатки старых мельниц эпохи Древнего Рима, которые использовали для дробления кварца с содержанием золота, добываемого в шахтах.

Самый большой комплекс, использующий силу воды, был построен, по историческим данным, в 1 в. на юге Франции под названием Barbegal, в котором было установлено 16 водяных колес, снабжавших энергией 16 мукомольных мельниц, обеспечивая, таким образом, хлебом близлежащий город Алерт. Ежесуточно здесь производилось 4,5 т муки.

Аналогичный мельничный комплекс на холме Яникул снабжал в 3 в. город Рим, что было оценено императором Аврелианом.

Создание водяной конструкции своими руками

Такой архитектурный элемент, как водяное колесо, приобрел популярность наравне с бассейнами, каскадами или фонтанчиками. Конечно, подобные сооружения выполняют скорее декоративную, нежели практическую функцию. Построить водяную мельницу своими руками сможет каждый хозяин, имеющий навыки работы с деревянными деталями.

Размер колеса рекомендуется выбирать минимум 1,5 м, но не более 10 м, что зависит от площади участка. Мельничный домик также выбирается по его будущему предназначению: строение для хранения инвентаря, игровая зона для детей, украшение территории.

Изготовление деталей:

в качестве основы для водяного колеса можно взять велосипедное или сбитое из дерева, к которому крепятся лопасти; в центре его должна быть труба, вокруг которое происходит вращение;
готовое изделие крепится на подшипники на 2 опоры, которые изготавливают их дубового бруса, металлического уголка, кирпича;
к верхней части колеса должен подходить желоб, по которому стекает вода на лопасти; ее подводят либо от шланга с насосом, либо она поступает после дождя;
все детали для увеличения срока работы рекомендуется обработать: деревянные – покрыть лаком, металлические — краской от коррозии;
для отведения воды прокладывают каналы в направлении грядок или к другой емкости;
на завершающем этапе сооружение украшают декоративными элементами.

Устройство на загородном участке декоративной водяной мельницы станет прекрасным эстетическим дополнением к ландшафту.

Знаменитые исторические мельницы

Самая большая действующая водяная мельница «Леди Изабелла» расположена около деревни Лекси на острове Мэн в Ирландском море. Это сооружение было возведено в 1854 г. инженером-самоучкой Робертом Казементом в честь жены местного генерал-губернатора, а целью его строительства было откачка грунтовых вод из местной шахты по добыче природных ископаемых (цинка, свинца и др.).

Специально были проложены каналы, по ним вода из горных рек проходила через мост и подавалась для вращения колеса диаметром 22 м, которое до сих пор считается самым огромным в мире, благодаря чему пользуется успехом у туристов уже много лет.

Одна из оригинальных достопримечательностей Франции — водяная старая мельница, расположенная около г. Вернона (Франция). Ее уникальность в том, что она опирается на 2 опоры старинного каменного моста, который соединял когда-то берега Сены. Точная дата ее сооружения неизвестна, однако, по некоторым данным, она возводилась в период противостояния Ричарду Львиное Сердце и имела стратегическое значение. В 1883 г. ее увековечил знаменитый художник Клод Моне на одном из своих полотен.

Создание водяной мельницы является важным этапом в истории развития техники, ведь она считается первой конструкцией, которую можно было использовать в различных целях для переработки сельскохозяйственной и другой продукции, что стало первым шагом к машинному производству в мире.

Вода льется—и мелет, толчет, пилит, кует и откачивает воду – Наука – Коммерсантъ

История изобретения

Каковы возможности водяной мельницы?

Дачный участок существует не только, чтобы высаживать на нем разнообразные овощи и фрукты. Его еще используют для отдыха. По этой причине хозяева пытаются украсить территорию, чтобы находиться на ней было максимально приятно. Для этого может послужить водяная мельница. Она будет украшать участок, а вода, которая журчит, будет дарить умиротворение. Такая мельница становится отличным дополнением всей территории дачи.

Но некоторые люди применяют данную конструкцию не только для декора, но и для осуществления некоторых функций. Но для этого должен быть естественный водяной поток. Любой водоем, который есть на участке, будет вырабатывать энергию, которую можно использовать, к примеру, для освещения.

Стоит понимать, что это не мощный источник. Он не способен осветить весь дом. Но небольшие светильники будут светиться с его помощью ночью.

Устройство древних мельниц

Устройство водяной мельницы античной эпохи, описанное Витрувием, содержало 3 основных части:

Двигатель, состоящий из вертикального колеса, имеющего лопатки, которые вращаются водой.
Передаточный механизм — второе вертикальное колесо с зубцами (трансмиссия), которое вращает третье горизонтальное, называемое шестерней.
Исполнительный механизм, состоящий из двух жерновов: верхний приводится в движение шестерней и насажен на ее вертикальный вал. Зерно для получения муки засыпалось в ковш-воронку, расположенную над верхним жерновом.

Средневековые гидроконструкции

Получение водного потока

Если нет возможности обеспечить естественный водный поток, прибегают к искусственному способу. Тут такие варианты:

Декоративные конструкции помещаются под желобом, и тогда колесо вращается во время дождя. Хотя небольшой насос и поливочный шланг, по которому вода подается на крышу, позволят запустить механизм и в отсутствие осадков. Стекшая на колесо вода может отводиться потом в огород.
Для организации потока используются неровности рельефа участка. На возвышенности в землю врывается емкость, в которой скапливаются осадки или поступает вода из скважины. Возле емкости ставится мельница, к которой жидкость подводиться по желобу.
На ровной площадке возвышенность создается при желании искусственным путем, по технологии «альпийской горки» — с использованием уплотненной почвы и булыжников. В середину архитектурной формы можно замуровать шланг, бьющая из него вода сымитирует подземный ключ.
Мощности насоса должно хватать для перекачивания воды из резервуара внизу в накопитель вверху или подачи на само колесо мельницы. Мощность зависит от расстояния, на которое подается жидкость.

Как работает водяная мельница

Виды мельниц, которые использовали энергию воды:

Мутовчатые — строились на горных реках с быстрым течением. По конструкции они похожи на современные турбины: на вертикальном колесе делали лопасти под углом к основанию, при падении потока воды происходило вращение, от которого шло движение жернова.
Колесные, в которых вращалось само «водяное» колесо. Строились двух типов — с нижним и верхним боем.

В водный поток устанавливалось колесо с черпаками, оно вращалось под напором воды, нижние черпаки заполнялись водой и достигали верхней точки. Здесь они опрокидывались, и вода, попав в специальный жёлоб, поступала до места назначения – на орошаемые поля.

Дальше стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать для перемалывания зерна.

Водяная мельница с античных времён сохранила три основных элемента, соединённых между собой в единое целое: 1. Колесо с лопастями, которое вращала вода 2. Передаточный механизм вращательного момента, говоря сегодняшним языком – трансмиссия 3. Исполнительный механизм в виде жерновов. Верхний жёрнов насаживался на вертикальный вал и вращался. Нижний – всегда неподвижный.

Водяные мельницы дали толчок в развитии промышленности. Энергию воды стали использовать для приведения в работу механизмов фабрик и заводов. Третий пункт мельницы – жернова – видоизменился. Вода стала надувать меха кузнечного горна, поднимать тяжёлый молот наковальни, вращать токарные станки. Завод или фабрика внутри напоминали сегодняшний двигатель с вращающими валами и ремёнными передачами.

Турынгуртской водяной мельнице уж сто лет, а она по-прежнему сохранила все элементы старины и простоту конструкции. Открой задвижку – вода приведёт в движение механизм, жернова заработают, и лёгкая мучная пыль облачком окунёт тебя в историю.

Единственное изменение – это замена водяного колеса на современную турбину, да деревянный лоток, по которому стремится вода, представлен железной трубой.

Здание мельницы в два этажа. Каждый этаж условно можно разделить на две части – часть рабочего механизма с турбиной и ремённым приводом и непосредственно производственное место – подача зерна, его переработка и складировании готовой продукции.

С плотины вход на второй этаж. Здесь телеги с зерном разворачивались и задним ходом (поверьте, лошади вполне справлялись с этой задачей – подавать телегу задним ходом) въезжали в помещение.

На полу под ногами квадратные отверстия, в них ссыпали зерно. Ближнее отверстие – для второго сорта, для получения «посыпки» — комбикорма на сегодняшнем языке. Второе отверстие подальше. Для загрузки зерна первого класса – для получения муки. Вся остальная площадь используется под мешки, ждущие своей очереди на помол.

Отверстие в полу на втором этаже для высыпания зерна из мешков. Под этим отверстием — бункер-накопитель

Спуск по небольшой лестнице на первый этаж. Под потолком жёстко закреплены опрокинутые усечённые пирамиды – бункеры для приёма зерна, в них-то и ссыпали зерно на втором этаже.

Бункер неподвижен, а вот его нижняя часть – сложное, и в то же время, простое техническое решение равномерной подачи зерна во вращающийся жёрнов.

Приёмный бункер в виде усечённой перевёрнутой пирамиды, под ним лоток с натяжителем и жёрнов — бегун, справа — вид спереди

Внизу бункера на верёвочном шарнире закреплён лоток (трясун-дозатор). Он подвижен в вертикальном и горизонтальном (шарнир позволяет) направлениях. Опустить вверх-вниз его можно с помощью специального натяжителя.

Натяжитель лотка (трясуна-дозатора) с гайкой-барашком

То есть, вниз лоток опустится под тяжестью зерна, а поднимают его для регулирования потока зерна с помощью верёвки, перекинутой через деревянный блочок и соединённой к винтовому кованному натяжителю с барашком для вращения.

Выход зерна из бункера для страховки закрывает доска, она расположена в пазах и напоминает кухонную разделочную доску.

Самый интересный здесь узел предназначен для постоянного покачивания лотка в горизонтальном направлении – потому и другое название лотка: трясун-дозатор. Чтобы зерно не застаивалось в лотке, а за счёт вибрации равномерно текло.

Вниз от лотка вовнутрь отверстия верхнего жёрнова опущен деревянный штырь. Штырь этот вместе с лотком подпружинен еловой или можжевеловой веткой. Внутри отверстия жёрнова имеется металлическое «перо» — слегка отогнутая пластина. При вращении жёрнова перо отжимает штырь и резко отпускает назад. Еловая ветка пружиной возвращает лоток на место и всё повторяется.

Вид на жёрнов. Над ним лоток (трясун-дозатор), вовнутрь «очка» жёрнова опущен деревянный штырь. Еловая ветка пружиной вернёт штырь с лотком на прежнее место.

Самая существенная часть мукомольной мельницы – мельничный постав или снать. Состоит из двух жерновов: верхнего — бегуна и нижнего – лежака (нижняка). Жернова представляют собой каменные круги, имеющие в середине сквозное отверстие, называемое «очком» или «глазком». (Отсюда, думаю, фразы: «Попасть в очко» и «На глазок»).

Нижний жёрнов лежит неподвижно, его очко плотно закрыто деревянной втулкой. Сквозь неё в центре проходит веретено, на вершине которого насажен бегун – верхний жёрнов. Бегун, в случае надобности, легко снимается с веретена. За счёт нижней точки крепления веретена можно опускать-поднимать верхний жёрнов, регулируя, таким образом зазор между жерновами.

Нижняя часть мельничного постава — ведомый шкив «сидит» на веретене, нижний конец веретена опирается на подшипник. Эта часть может подниматься в вертикальном направлении

Размол зерна происходит в промежутке между поверхностями жерновов, которые разделены глубокими желобами – бороздами. От них, в свою очередь, отходят мелкие бороздки – оперение. Все вместе создают рисунок – «гармошку».

У типичного мукомольного жёрнова 6-8 и даже 10 «гармошек». «Гармошки» двух жерновов по принципу ножниц разрезают зерно, перетирая постепенно в муку.

Создать гармошку – «выковать камень» — трудоёмкая и ответственная работа. Попадал с зерном в очко камень или, позже, железный болт — искры из-под жёрнова, работу останавливали, верхний жёрнов, бегун, снимали, переворачивали и восстанавливали порушенную гармошку.

Мельник в это время или его помощник выгребали всю муку, скопившуюся к тому времени вокруг жерновов в деревянном кожухе. Эта мука, по негласным законам, принадлежала мельнику. Потому крестьянин, на чьей очереди началась перековка жёрнова, терял в своей муке приличное количество. Что-то около пуда разлеталось веером из жерновов, минуя обечайку и заполняя пространство в вычищенном кожухе.

Мука, тем временем, за счёт центробежной силы и направления «гармошки» через проём обечайки попадает в жёлоб и по нему стекает в ларь.

Обечайка – металлическая или лубочная (изготовленная из внутренней части коры липы) «обёртка» нижнего жёрнова. Она бортиком возвышается над жёрновом, создавая преграду для растекания муки. Обечайка не полностью опоясывает жёрнов, имеется рабочий проём, через который мука-то и попадает в жёлоб.

Кожух – деревянная оснастка вокруг жерновов. Имеет вид многоугольника, защищает от возможных травм при работе жерновов и служит местом сбора разлетающейся, тем не менее, муки из-под обечайки.

Верхний жёрнов — бегун в деревянной обвязке — многоугольный кожух

Ларь – деревянный короб на полу под жёлобом. В него ссыпается готовая мука. Либо в него ставятся мешки под продукцию, с надетым специальным железным кольцом. С помощью кольца, а также верёвки, перекинутой через очередной блок, полный мешок муки вынимали из ларя.

Приёмный ларь под готовую муку

В турынгуртской мельнице два постава – два рабочих жёрнова. Один, с небольшой скоростью вращения – для получения муки. Второй, более скоростной – для размалывания зерна второго сорта и добавок – различного рода семян трав — «пыжины» и «куколя».

«Пыжина» и «куколь» — при заготовке семян клевера и льна остаётся ворох – лузга («лузгать семечки» – отсюда пошло). Клеверный ворох называют «пыжиной», а льняной – «куколем».

И то и другое всегда использовалось в качестве добавки в корм животным. И, перемолотое на мельнице вместе с зерном, источало непередаваемый запах и являло собой кладезь витаминов.

Регулируя зазор между жерновами, ты получишь толщину помола. Очень тонкий помол говорит о высоком качестве муки. Но его производство требует сноровки и уменья. Недоглядишь, и сожжёшь муку.

Сегодня мукомольные, сахарные заводы и даже деревообрабатывающие – крайне взрывоопасное производство. Именно мелкодисперсионная пыль, что древесная, что сахарная или мучная, при попадании искры превращается в разрушающую силу.

Второй постав с большим зазором позволял производить «посыпку» — крупного помола муку — параллельно с получением непосредственно пищевой муки. Производительность мельницы была очень высокой, что отвечало требованиям ближайших колхозов.

Во второй части мельницы, где ранее располагалось водяное колесо, а сегодня турбина, посторонним делать нечего. На второй этаж ты ещё попадёшь, там проход свободный. Но ничего особого, помимо верхней оголовки турбины с колесом ручного регулирования, там не увидишь.

Оголовок турбины с ручным регулированием

Всё таинство и загадочность спрятаны на первом этаже и даже ниже. Там в полумраке и сырости колышется пена – результат падения водяного потока.

Слева — пена сгрудилась рядом с водосливом, справа — спряталась внутри мельницы

В этой рабочей части мельницы пола как такового нет, вода, после прохождения турбины, свободно уходит на волю. Но рядом, за стеной, водосброс плотины, что ревёт, не переставая. Именно от него пена, убежав, прячется в глубине мельницы.

Вид на водослив с балкона мелницы

Турбину, её лопасти, тоже не увидишь. Турбина закрыта технологически и для безопасности бревенчатым срубом. Видно лишь ведущее колесо турбины с надетым на него широким ремнём. Турбина, напомню, расположена вертикально.

В трёх метрах от неё также вертикально стоит промежуточный вал с двумя шкивами-колёсами разного диаметра. Один шкив таким же ремнём соединён с жерновами, где получают муку. Второй, скоростной – для производства посыпки. За ненадобностью его ремень временно скинут и подвязан.

Промежуточный вал трансмиссии

Нижняя часть веретена (на вершине которого подвижный жёрнов — «бегун») опирается в специальное посадочное гнездо, своего рода подшипник. Эта часть конструкции подвижна в вертикальном направлении, позволяет менять зазор между жерновами. И здесь же на веретене крепится ведомый шкив, который получает вращение от ведущего через промежуточный вал.

За всем этим скоплением передаточных механизмов, ремней и валов нужен постоянный контроль. Во время работы, если ты находишься рядом, раскрученный маховик жёрнова никто не остановит, тормоз не нажмёт. Попади рукав в ремённую передачу, затянет, не миновать беде. Потому и доступ посторонним закрыт.

В детстве на колхозной мельнице, чьи жернова крутил электродвигатель, мы собирались и заворожено глядели, не отрываясь, на бесконечный поток посыпки. Здесь мололи зерно на фураж (корм) скоту. В укромных уголках ларя отыскивали тончайшего помола муку и с наслаждением ели её.

Турынгуртская мельница давно без хозяина, никто не откроет воду, не запустит турбину. Паутина местами покрыла жернова.

Пройтись веником, смахнуть пыль и заскрипит по-доброму старушка-мельница, свежемолотым зерном наполнит тебе душу.

Автор текста и фото А.А. Кондратьев

Строительство мельниц на Руси

Использование энергии воды на Востоке

Колеса для подачи воды в странах ислама

Стилевое оформление

Водяная мельница своими руками прекрасно впишется в ландшафтный дизайн в стиле «кантри». Размер конструкции выбирается в зависимости от мощности водного потока, хотя для декоративного оформления хватит примерно 1 м высоты.

Популярен и уникальный стиль «фахверк», когда снаружи виден каркас построек. Чтобы оформить участок в этом стиле, дачнику понадобится коричневая и белая краска, тонкие рейки и черепица для крыши. Мельничный домик красится в белый цвет, затем оклеивается декоративными полосами. Поверхность разбивается на треугольники и мелкие квадраты. В результате фронтальная часть приобретет весьма необычный вид. Возле мельницы можно высадить белые цветы или поставить скамейку коричневого цвета.

Многие предпочитают японский стиль. Если выбран он, главными украшениями мельницы станут камни, растения и сама вода. Цвет домика должен быть темным. При желании сооружается каменная башенка или скамейка, вокруг высаживаются карликовые деревья. Колесо декорируют песком, кусками раковин или галькой.

В каком бы стиле не была оформлена ваша загородная территория, водяная мельница, гармонично вписывающаяся в общий стиль украсит дачный участок!

Одной из красивейших декоративных садовых построек является водяная мельница. Наблюдать за ней можно бесконечно долго, а журчание воды успокаивает и расслабляет.

Массу удовольствия принесет эта красавица своему хозяину. Необычное сооружение заставит всех любоваться вашим участком.

Самостоятельно построить декоративную мельницу, которая будет работать от воды, не составит труда. Главное условие ее устройства, в отличие от ветряной мельницы, – обязательное наличие падающего потока, естественного или рукотворного. Рассмотрим процесс изготовления простой водяной мельницы подробнее.

Использование гидроэнергии в различных производствах

Кроме получения муки, область применения водяных мельниц распространялась на такие виды производств:

для мелиорации и обеспечения водой посевов на полях;
лесопильное, в котором энергия воды использовалась для обработки древесины;
металлургия и обработка металла;
в горных производствах для обработки камней или другой породы;
в ткацкой и шерстяной мануфактурах;
для подъема воды из шахты и др.

Создание искусственного потока

Обеспечить подачу воды на мельничное колесо можно несколькими способами. Варианты устройства искусственного потока:

Установка колеса под желобом от водостока. Мельница будет работать только тогда, когда на улице идет дождь. Можно прикрепить к конструкции шланг с насосом, который будет постоянно подавать воду в желоб. Поток воды, выходящий из колеса, может быть использован для других нужд;
Для создания падающего потока можно приспособить неровности участка (природная альпийская горка). На небольшом расстоянии от постройки необходимо создать место сбора воды, которая будет по желобу подаваться на колесо;
На ровной поверхности можно соорудить искусственную альпийскую горку. Для её создания используют шлакоблоки, кирпичи, большие камни или хорошо уплотненную землю. Одним из вариантов устройства такой горки является установка внутрь шланга. Его закладывают камнями, делая декоративный подземный ключ. Вода из ключа также подается через желоб на колесо мельницы;

Создание водяной конструкции своими руками

Изготовление деталей:

в качестве основы для водяного колеса можно взять велосипедное или сбитое из дерева, к которому крепятся лопасти; в центре его должна быть труба, вокруг которое происходит вращение;
готовое изделие крепится на подшипники на 2 опоры, которые изготавливают их дубового бруса, металлического уголка, кирпича;
к верхней части колеса должен подходить желоб, по которому стекает вода на лопасти; ее подводят либо от шланга с насосом, либо она поступает после дождя;
все детали для увеличения срока работы рекомендуется обработать: деревянные – покрыть лаком, металлические — краской от коррозии;
для отведения воды прокладывают каналы в направлении грядок или к другой емкости;
на завершающем этапе сооружение украшают декоративными элементами.

Особенности применения

Стоит не забывать, что мельница должна гармонично вписываться в дачном участке. Она должна соответствовать его размерам. Если территория небольшая, тогда мельница не должна быть огромных размеров. Домик, который находиться возле данной конструкции, можно применять для хранения разнообразных вещей. Сюда можно положить игрушки для детей, садовые инструменты.

Некоторые люди конструируют мельницу для того, чтобы использовать водяной поток. Раскручиваясь, конструкция позволяет получать энергию. Поэтому с помощью мельницы можно осветить дорожки на дачном участке. Но самым главным назначением конструкции является декор территории. Также с ее помощью можно поливать огород, что очень удобно для тех людей, которые выращивают на грядках разнообразные культуры.

Итак, водяная мельница является отличным дополнением на дачном участке. С ее помощью можно преобразить территорию, украсить дачу, создать приятную атмосферу для отдыха. Не обязательно оплачивать строителям за постройку такого сооружения. Его можно сделать самостоятельно.

Видео о том, как создать декоративную водяную мельницу:

Знаменитые исторические мельницы

Подбираем стилевое соответствие

В качестве элемента декора водяная мельница способна украсить сад в любом стиле. Когда-то это сооружение стало частью не только европейской культуры, но и российской. Она ассоциируется с ароматом свежеиспеченного хлеба, домашним уютом и сказкой, поэтому является отличной находкой для тех, кто ищет колоритную деталь ландшафтного дизайна.

Мельница является символом уюта и достатка: там, где она есть, не может быть неприятностей и неожиданностей, там всегда пахнет свежим хлебом и парным молоком

В зависимости от решений, которые мы выбираем в процессе устройства водяной мельницы, она может выглядеть сказочно в русском духе, иметь средневековый готический вид или обрести футуристические черты. Эту особенность сооружения нужно учитывать и заранее подумать, как водяную мельницу сделать такой, чтобы она отвечала общей идее ландшафтного дизайна.

Водяная мельница должна гармонично вписываться в общий стиль участка и соответствовать его ландшафтному дизайну в полной мере

Массивная мельница из дерева будет диссонировать с изящными фонтанами и ажурными мостиками в стиле классицизма. А сказочная беседка в русском стиле просто зрительно задавит аккуратную японскую мельничку. Подумаем о том, как можно обыграть это сооружение для разных стилевых решений.

Кантри или деревенский стиль

Типичными элементами стиля кантри можно считать деревянные скамейки и беседки, плетень, мостики из бревен и домики для ребятни, тоже сделанные из дерева. Отлично поддержать стилевое единство сможет мельница в том же духе, снабженная деревянным колесом.

Мельница в стиле кантри отлично гармонирует своим специально состаренным колесом с другими деталями дизайна: например, забором или скамейкой

Колорит старинной усадьбы в русском стиле подчеркнут деревянные скульптуры, тележка-клумба и бревенчатый сруб колодца. Растения «в тему» дополнят картину, поэтому позаботьтесь о камышах и примулах, подсолнухах и ромашках. Искусственно состаренное колесо сооружения дополнит картину патриархального деревенского быта.

Благородный японский стиль

Основная идея японского дизайна – ничего лишнего в поле зрения быть не должно. Только камни, вода и растения, которыми так приятно любоваться. Мельничное колесо может стать дополнением к каменному замку с бойницами и башнями. Скамейки из камня дадут возможность отдохнуть, глядя на воду и мерное вращение колеса.

Японская мельница отлично гармонирует с заданным стилем, при котором взор не должен цепляться за лишние ненужные детали

Общая атмосфера покоя будет полностью соответствовать канонам японской философии, в которой мелодия ручья считается прекраснее звуков музыкальных инструментов. Успешно дополнить общее ощущение смогут аризема, карликовый японский клен, низкорослая сакура и чудесная японская айва.

Символика голландского сада

Если в других случаях водяная мельница служит своеобразной изюминкой, то при создании сада в голландском стиле она может стать основным элементом ландшафтного дизайна, вокруг которого будут разворачиваться композиции из садовых роз, нарциссов и тюльпанов.

Мельница в голландском стиле отличается колоритностью и лаконичностью одновременно: нарциссы, тюльпаны и розы чудесно дополнят общую картину

Если декоративное сооружение представляет собой миниатюру, своеобразный макет действующей водяной мельницы, она может быть выполнена в виде фахверкового домика, характерного для Голландии и Германии. Садовые гномы, водяные или изящный флюгер – отличное дополнение, подчеркивающее стилевую принадлежность сооружения.

Водяная мельница — принцип работы, устройство, история, фото: Самые красивые дома

Водяная мельница это гидротехническое сооружение, использующее энергию воды, поступающей на водяное колесо, движение которого выполняет полезную работу, обычно посредством зубчатой передачи, в отличие от ветряной мельницы, использующей энергию ветра.

Традиционно водяная мельница применялась как устройство, использующее водяное колесо или водяную турбину для осуществления таких механических процессов, как помол зерна, заточка, дубление, резка или ковка.

Использование водяной мельницы долгие годы оставалось незаменимым при производстве многих материальных благ, в том числе муки, пиломатериалов, бумаги, текстильной продукции и металлических изделий.

Виды водяных мельниц

Водяные мельницы делятся на виды по цели использования:

• Мукомольная мельница
• Лесопильная
• Для производства бумаги
• Для нужд текстильной промышленности
• Для заточки металла
• Для изготовления проволоки и др.

Одним из основных способов классификации водяных мельниц является классификация по типу ориентации колеса (вертикальная или горизонтальная). При вертикальной ориентации мельничный механизм приводится в движение от водяного колеса, расположенного в вертикальной плоскости через механизм зубчатой передачи, при горизонтальной ориентации механизм оснащен горизонтальным колесом без такого механизма.

Водяные мельницы могут быть поделены по признаку их расположения на:

• приливные мельницы, использующие движение воды при приливах и отливах;
• корабельные мельницы, расположенные на борту судна

История изобретения водяной мельницы

Водяная мельница в Древней Греции и Древнем Риме

В западном мире инженеры Эллады первыми изобрели два главных компонента, необходимых для создания водяной мельницы: водяное колесо и зубчатую передачу, вместе с продолжателями технологий Древней Греции — древними римлянами, они первыми использовали это изобретение в работе.

Самые ранние сведения о водяном колесе (в трактате греческого инженера Филона Византийского «PNEUMATICA»), дошедшие до наших дней, датируются 3-м веком до нашей эры, конструктором устройства считается греческий ученый Перахор.

Греческий географ Страбон сообщает в своей Географии о водяном колесе для переработки зерна, увидеть которое ему удалось в окрестностях дворца царя Митридата VI Евпатора, во время путешествия по Малой Азии в 71 году до н. э.

Римский инженер Витрувий создал первое техническое описание водяной мельницы, существование которой датируется приблизительно 40-10 годами до н.э.; устройство приводилось в движение водяным колесом через механизм зубчатой передачи. Он также указывал на существование водных месильных машин.

Греческий эпиграмм Антипатр Солунский говорил о существовании продвинутой водной мельничной системы около 20 г. до н.э. Он дал устройству высокую оценку за возможность продуктивно использовать конструкцию при размоле зерна и за снижение затрачиваемого человеческого труда.

Римский энциклопедист Плиний упоминал в своей Естественной истории, что около 70-го года до н.э. устройства, работающие за счет силы движения воды существовали на значительной части территории Италии.

Существует свидетельство о наличии водяной мельницы в 73 г. н.э. в Антиохии, на территории римской Сирии.

Вероятно, что водяные мельницы, используемые для дробления золотосодержащего кварца, существовали начиная с конца 1-го века до начала 2-го. Подобные конструкции были обнаружены в римских шахтах по всей Европе, особенно в Испании и Португалии.

В 1-м веке нашей эры водяной мельничный комплекс «Barbegal», расположенный на юге Франции, был описан как «самое большое из известных приспособлений для концентрации механической энергии в древнем мире». При его работе использовалось 16 водяных колес для питания соответствующего количества мукомольных мельниц. Производительность устройства оценивалась в 4,5 тонны муки в сутки, что было вполне достаточно для полного обеспечения хлебом 12500 жителей, населявших город Алерт в то время. Аналогичный мельничный комплекс существовал на холме Яникул. Обязанностью мельников, обслуживающих конструкцию, было выполнение поставок муки для населения Рима. Комплекс был признан императором Аврелианом достаточно важным, чтобы территория холма была включена в стены Аврелиана в конце 3-го века.

Мельничное колесо, происхождение которого датируется 2-м веком н.э., было обнаружено при раскопках на территории современной Франции.

Существовавшая в 3-м веке нашей эры на территории Иераполя лесопильная мельница является наиболее ранним примером механизма, в работе которого использовалось устройство, соединённое с коленчатым валом. Механизмы с подобным принципом работы были обнаружены при раскопках в Джераше и Эфесе и датируются 6-м веком н.э. В литературе отсылку на существование водяного колеса в современной Германии можно найти в стихотворении «Mosella» Децима Магна Авсония, датируемого 4 веком. Примерно в то же время христианский святой Григорий Нисский из Анатолии демонстрировал возможности использования энергии воды в различных частях Римской империи.

Самая ранняя водяная турбинная мельница была найдена в Чемтау на территории римской Северной Африки; ее возраст датируется концом 3-го — началом 4-го века нашей эры.

По сведениям Плиния Старшего водяные мельницы преимущественно использовались для измельчения зерна в муку, но применение устройства в промышленных целях также было достаточно распространённым.

Римляне использовали фиксированные и плавающие водяные колеса для получения энергии, они же ввели использование водяного колеса в других провинциях Римской империи. Так называемые «греческие мельницы» использовали водяные колеса с горизонтальным колесом (и вертикальным валом). В то время, как «римские мельницы» были оснащены вертикальным колесом (на горизонтальной оси). Греческие мельницы данного типа являются более ранним изобретением и намного проще в использовании, но их недостатком является работа лишь при наличии быстрого течения и жерновов малого диаметра. Римские мельницы, оснащенные вертикальным колесом, являются более сложным механизмом, поскольку для работы необходимо наличие шестерен для передачи мощности от вала с горизонтальной осью на вал с вертикальной осью.

Несмотря на то, что на сегодняшний день лишь несколько десятков римских мельниц удалось найти во время раскопок, широкое использование акведуков в римский период показывает, что основное количество водяных мельниц археологам еще предстоит найти. Например, во время недавних раскопок в римском Лондоне, обнаружилось, что приливные мельницы (Река Темза, на которой стоит Лондон, имеет одну очень характерную особенность. Это одна из немногочисленных в мире «приливных рек» (tidal river). Уровень воды в ней и направление ее течения меняются два раза в сутки.) использовались вместе с акведуками и располагались на всем протяжении Ривер Флит — шестикилометровой лондонской подземной реки.

В 537 г. н.э. судовые мельницы были изобретательно использованы генералом Восточной Римской Империи Велисарием. После того, как осаждающие готы перекрыли подачу воды к мельницам, лодки были пришвартованы в месте быстрого течения реки, и благодаря наличию водяных колес, прикрепленных к лодкам, удалось наладить работу мельниц.

Судовая (корабельная) мельница

Водяная мельница в Средние века

На момент составления «Книги Судного дня» в 1086 году на территории Англии насчитывалось около 5624 водяных мельниц. Согласно более поздним данным, в Англии в то время существовало по крайней мере 6082 мельниц, и следует отметить высокую вероятность того, что не все мельницы севера Англии были учтены. К 1300 году число водяных мельниц находящихся в использовании возросло до 10000 — 15000.

К началу 7-го века водяные мельницы были хорошо известны в Ирландии и сто лет спустя начали стремительно распространяться с территории бывшей империи на северные районы Германии.

Судовые и приливные мельницы стали использоваться в 6-ом столетии.

Приливная мельница

В последние годы целый ряд новых археологических находок сместил дату существования первых приливных мельниц существовавших на побережьях Ирландии. Вертикальная двухколесная приливная мельница, датируемая 6-м веком, была расположена около Вотерфорта. Схожая по устройству горизонтально-колесная приливная мельница была раскопана на Маленьком острове, считается, что она существовала в 630 году. Существование мельницы «Nendrum Monastery» датируется 787 годом, она была найдена на острове Странгфорд в Северной Ирландии. Она была оснащена жерновами диаметром 830 мм, горизонтальным колесом и обладала мощностью 7-8 лошадиных сил.

Промышленные водяные мельницы

В ходе исследования в 2005 году ученый Адам Лукас определил следующую последовательность появления различных типов промышленных мельниц в Западной Европе.
Заметна выдающаяся роль Франции во введении новых инновационных методов использования гидроэнергии. Вместе с тем, А.Лукас обратил внимание на недостаток объектов для исследований в ряде других стран.

Первое известное появление различных промышленных мельниц в средневековой Европе (770-1443 н. э.).

Год	Тип мельницы	Страна
770	Мельница для производства солода	Франция
1080	Валяльная мельница	Франция
1134	Кожевенная мельница	Франция
1200	Кузнечная мельница	Англия, Франция
1203	Мельница для заточки инструментов	Франция
1209	Мельница для обработки конопли	Франция
1238, 1273	Мельница для производства бумаги	Испания
1269, 1283	Воздуходувная мельница	Венгрия, Франция
1300	Лесопильная мельница	Франция
1317	Рудодробильная мельница	Германия
1384	Мельница для доменной технологии	Франция
1443	Мельница для изготовления проволоки	Франция

Водяная мельница в Древнем Китае

Водяные мельницы, найденные в Китае, относятся к 30-м годам н. э., их использовали при выплавке металла, для приведения в движение механизмов, и даже для астрономических наблюдений с помощью вращающейся армиллярной сферы. В 488 году математик и инженер Цзу Чунчжи имел водяную мельницу, возведение который инспектировалось императором Ву. Под началом у инженера Янг Су из династии Суй, было возведено сотни водяных мельниц к началу 6 века. В источниках датируемых 612 годом н.э. упоминаются буддийские монахи, спорящие о распределении доходов, полученных от работы мельницы. Во времена династии Тан (618-907 н.э.) было издано «Распоряжение Департамента о водных путях», в котором указывалось, что водяные мельницы не должны препятствовать движению речного транспорта, посему необходимо ограничить использование устройств в определенные сезоны года. Постановление было принято очень серьезно, правительством было снесено много водяных мельниц, принадлежащих великим семьям, купцам и буддийским монастырям, которые не признавали требования законодательства. К 610 — 670 годам н. э. технология водяной мельницы проникла в Японию через корейский полуостров. В 641 году нашей эры началось использование водяных мельниц в Тибете.

Водяная мельница в Древней Индии

Согласно греческой исторической традиции, Индия получила водяные мельницы из Римской империи в начале 4-го века нашей эры, когда некий Метродорос ввел «водяные мельницы и бани, неизвестные среди них [брахманов] до тех пор».

Водяная мельница в Исламскомй мире

Мусульманские инженеры переняли греческую технологию по изготовлению водяных мельниц из Византии, где она применялась в течение многих столетий в провинциях, завоеванных мусульманами, в том числе на территории современной Сирии, Иордании, Израиля, Алжира, Туниса, Марокко и Испании.

К 11-м веку, в каждой провинции по всему исламскому миру (от Аль-Андалус и Северной Африки до Ближнего Востока и Центральной Азии) в промышленности были введены в эксплуатацию водяные мельницы. Мусульманские и ближневосточные христианские инженеры использовали коленчатые валы, водяные турбины, водоподъёмные машины и плотины в качестве дополнительного источника воды и для обеспечения дополнительной мощности необходимой для работы водяных мельниц. Промышленные водяные мельницы использовались в работе крупных фабричных комплексов, построенных в Аль-Андалус между 11-м и 13-м веками.

Инженеры исламского мира пользовались несколькими путями, позволяющими достигать максимальной отдачи от водяной мельницы. Нередко мельницы монтировались на опорах мостов, что позволяло воспользоваться увеличением скорости потока в узких местах русла. Другим решением было оборудование корабельных мельниц, позволяющих получать питание от водяных колес, закрепленных на боковых сторонах судов, установленных в середине реки. Эта методика была использована вдоль рек Тигр и Евфрат в Ираке 10-го века, где наличие крупных корабельных мельниц из тикового дерева и железа позволяло производить до 10 тонн муки из кукурузы каждый день для транспортировки в зернохранилища Багдада.

Водяная мельница в Персии

Более 300 водяных мельниц функционировали в Иране до 1960 г. В настоящее время лишь немногие из них остаются в рабочем состоянии. Одной из самых известных является водяная мельница из Аскзара; не меньшей популярностью среди туристов пользуется мельница города Йезд находящаяся в рабочем состоянии (на ней до сих пор производят муку).

Водяная мельница — принцип работы

Как правило, вода для водяной мельницы поступает из реки, водоема, водохранилища или мельничного пруда к турбине или водяному колесу, по каналу или трубе. Поток воды приводит в движение лопасти колеса (или турбины), которое, в свою очередь, вращает ось, что приводит в движение другие механизмы.

Прохождение воды контролируется шлюзовыми воротами, что позволяет проводить техническое обслуживание мельницы и является действенным способом борьбы с наводнениями; крупные мельничные комплексы могут иметь десятки шлюзов, которые питают несколько конструкций и обеспечивают работу нескольких промышленных процессов.

Водяные мельницы, можно разделить на два вида:

• с горизонтальным водяным колесом на вертикальной оси
• с вертикальным колесом на горизонтальной оси

Первыми, согласно археологическим находкам и письменным сведениям, появились горизонтальные мельницы, в которых поток воды при ударе о водяное колесо, установленное в горизонтальной плоскости, приводил мельницу в движение путем вращения верхнего камня-жернова. Этот тип мельницы был не самым удобным в использовании из-за невозможности управления скоростью вращения. Движение воды приводило к тому, что жернова вращалась с соответствующей течению воды скоростью, без возможности регулирования процесса перемолки зерна. Большинство водяных мельниц в Великобритании и США имели вертикальное водяное колесо, производящее вращательные движения вокруг горизонтальной оси.

Водяная мельница в разных странах — фото

Водяные мельницы России

Водяная мельница в Коломенском – это одна из старинных мельниц Москвы, которая в древние времена являлась важным элементом русского хозяйства. Ранее мельницы располагались практически в каждом населенном пункте, однако сохранились не многие. Эта водяная мельница была построена из дерева, а элементы механизмов, валы и крепежные детали изготовлены из металла.

Для обеспечения работоспособности мельницы ее разместили вблизи пруда и возвели плотину. Вода из пруда попадала на мельничное колесо и приводила его в действие. Именно таким образом работала мельница в XIX веке. С течением времени мельница сильно пострадала и перестала работать, однако уже в 2007 году она была полностью отреставрирована и запущена. Теперь все желающие могут созерцать старинную мельницу, которая работает.

Водяные мельницы Бельгии

Водяные мельницы Германии

Водяные мельницы Румынии

Водяные мельницы Голландии

Водяная мельница Хакфорт в Вордене, Голландия. Постройка датируется приблизительно 1700 годом.

Красивые водяные мельницы

Кто создал ветряную мельницу в 16 веке.

Мельницы.ветряные мельницы, история, типы и конструкции. Ветряные мельницы в разных странах

Первыми инструментами для измельчения зерна в муку были каменная ступка и пестик. Некоторым шагом вперед по сравнению с ними явился метод перетирания зерна вместо толчения. Люди очень скоро убедились, что при перетирании мука получается гораздо лучше.

Каменные ступки и пестики

Однако это также была крайне утомительная работа. Большим усовершенствованием стал переход от движения терки вперед и назад к вращению. Пестик сменился плоским камнем, который двигался по плоскому каменному блюду. От камня, который перетирает зерно, было уже легко перейти к жернову, то есть заставить один камень скользить при вращении по другому. Зерно понемногу подсыпалось в отверстие в середине верхнего камня жернова, попадало в пространство между верхним и нижним камнем и растиралось в муку.

Ручная мельница

Эта ручная мельница получила самое широкое распространение в Древней Греции и Риме. Конструкция ее очень проста. Основанием мельницы служил камень, выпуклый посередине. На его вершине располагался железный штифт. Второй, вращающийся камень имел два колоколообразных углубления, соединенных между собой отверстием. Внешне он напоминал песочные часы и был внутри пустой. Этот камень насаживали на основание. В отверстие вставлялась железная полоса. При вращении мельницы зерно, попадая между камнями, перетиралось. Мука собирались у основания нижнего камня. Подобные мельницы были самых разных размеров: от маленьких, вроде современных кофемолок, до больших, которые приводили во вращение два раба или осел.

С изобретением ручной мельницы процесс размалывания зерна облегчился, но по-прежнему оставался трудоемким и тяжелым делом. Не случайно, именно в мукомольном деле возникла первая в истории машина, работавшая без использования мускульной силы человека или животного. Речь идет о водяной мельнице. Но сначала древние мастера должны были изобрести водяной двигатель.

Древние водяные машины-двигатели развились, по-видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, которые насаживались на обод большого колеса с горизонтальной осью. При повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб. Сначала такие колеса вращались вручную, но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, колесо стали снабжать специальными лопатками. Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека.

Реконструкция водяной мельницы (I в.)

Изобретение водяного колеса имело огромное значение для истории техники. Впервые человек получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. Вскоре стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать не только для качания воды, но и для других надобностей, например, для перемалывания зерна. В равнинных местностях скорость течения рек мала для того, чтобы вращать колесо силой удара струи. Для создания нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направлять струю по желобу на лопатки колеса.

Водяная мельница

Однако изобретение двигателя сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение. Разрешая эту проблему, древние механики опять обратились к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим образом. Представим себе два колеса с параллельными осями вращения, которые плотно соприкасаются своими ободьями. Если теперь одно из колес начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободьями начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободьях, равны. Это справедливо при всех диаметрах колес.

Стало быть, большее колесо будет делать по сравнению со связанным с ним меньшим во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если мы разделим диаметр одного колеса на диаметр другого, то получим число, которое называется передаточным отношением данной колесной передачи. Представим себе передачу из двух колес, в которой диаметр одного колеса в два раза больше, чем диаметр второго. Если ведомым будет большее колесо, мы можем с помощью этой передачи в два раза увеличить скорость движения, но при этом в два раза уменьшится крутящий момент.

Такое сочетание колес будет удобно в том случае, когда важно получить на выходе большую скорость, чем на входе. Если, напротив, ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится в два раза. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение» (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие, и колеса проскальзывают. Этот недостаток можно устранить, если вместо гладких колес использовать зубчатые.

Первые колесные зубчатые передачи появились около двух тысяч лет назад, однако широкое распространение они получили значительно позже. Дело в том, что нарезка зубьев требует большой точности. Для того чтобы при равномерном вращении одного колеса второе вращалось тоже равномерно, без рывков и остановок, зубцам необходимо придавать особое очертание, при котором взаимное движение колес совершалось бы так, как будто они перемещаются друг по другу без скольжения, тогда зубцы одного колеса будут попадать во впадины другого. Если зазор между зубьями колес будет слишком велик, они станут ударяться друг о друга и быстро обломаются. Если же зазор слишком мал — зубья врезаются друг в друга и крошатся.

Расчет и изготовление зубчатых передач представляли собой сложную задачу для древних механиков, но уже они оценили их удобство. Ведь различные комбинации зубчатых колес, а также их соединение с некоторыми другими передачами давали огромные возможности для преобразования движения.

Червячная передача

Например, после соединения зубчатого колеса с винтом, получалась червячная передача, передающая вращение из одной плоскости в другую. Применяя конические колеса, можно передать вращение под любым углом к плоскости ведущего колеса. Соединив колесо с зубчатой линейкой, можно преобразовать вращательное движение в поступательное, и наоборот, а присоединив к колесу шатун, получают возвратно-поступательное движение. Для расчета зубчатых передач обычно берут отношение не диаметров колес, а отношение числа зубьев ведущего и ведомого колес. Часто в передаче используется несколько колес. В таком случае передаточное отношение всей передачи будет равно произведению передаточных отношений отдельных пар.

Реконструкция водяной мельницы Витрувия

Когда все затруднения, связанные с получением и преобразованием движения, были благополучно преодолены, появилась водяная мельница. Впервые ее детальное устройство описано древнеримским механиком и архитектором Витрувием. Мельница в античную эпоху имела три основные составные части, соединенные между собой в единое устройство: 1) двигательный механизм в виде вертикального колеса с лопатками, вращаемого водой; 2) передаточный механизм или трансмиссию в виде второго вертикального зубчатого колеса; второе зубчатое колесо вращало третье горизонтальное зубчатое колесо — шестерню; 3) исполнительный механизм в виде жерновов, верхнего и нижнего, причем верхний жернов был насажен на вертикальный вал шестерни, при помощи которого и приводился в движение. Зерно сыпалось из воронкообразного ковша над верхним жерновом.

Конические зубчатые колеса

Цилиндрические зубчатые колеса с косыми зубьями. Зубчатое зубчатая линейка

Создание водяной мельницы считается важной вехой в истории техники. Она стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла античная механика, и исходной точкой для технических поисков механики Возрождения. Ее изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.

Смотрите другие статьи
раздела
.

Ветряной орган в Ульяновске

Описание первого устройства, которое приводилось в движение силой вера, оставил нам Герон Александрийский –греческий математик и механик первого века нашей эры. Однако это была вовсе не мельница, а музыкальный орган-гидравлос, предназначенный для храмов. Ещё одним предком для мельницы может послужить буддистское молитвенное колесо. Это приспособление представляет собой гладкий или гранёный барабан, который вращается либо от прикосновения руки, либо от дуновения ветра. В барабан вложены специальные молитвы –мантры, которые с вращением молитвенного ветряка постоянно повторяются. Древнейшее приспособление такого рода было описано китайским паломником в начале пятого века нашей эры.

Арабские географы пятого века описывали персидские мельницы, лопасти которых были расположена лопаткам гребного колеса на пароходе. Главным недостатком такой конструкции было то, что работать она может только там, где ветер дует в одну сторону. Другой вид мельниц – с вертикальной осью вращения, был известен в Китае. Конструкция этого ветряка отличается от персидского устройства тем, что в китайском механизме использовалась свободно поворачивающаяся лопасть паруса.

В средневековой Европе потребность в новых источниках энергии постоянно нарастала. Долгое время лидерство прочно удерживали водяные мельницы, а вот ветряные появились в тех областях, где были суровые зимы и реки могли замёрзнуть.

Первые документальные свидетельства о европейском ветряке с горизонтальным ротором относится к 80 годам двенадцатого века. Почти одновременно эти устройства появились в Англии и Нормандии. Некоторые исследователи полагают, что ветряки привезли с востока крестоносцы. Следующий, 13 век, стал подлинным столетием ветряков. В Европе заработали первые мельницы, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру. Они значительно увеличились в размере. Размах крыльев достигал девяти метров, а мощность таких мельниц равнялась силе двадцати пяти лошадей, или трёхсот человек.

В землях, где быстро росло производство, соответственно, увеличивалось и число ветряков. Более всего преуспели в этом деле Англия и Фландрия. Один только город Ипр обзавёлся 120 мельницами. Особенно эффективны были ветряные мельницы там, где сохранялось постоянство ветров. Например, на приморских просторах Голландии. Мельницы стали неотъемлемой приметой голландского пейзажа, а также частью истории и культуры этой страны. Голландские мельницы перетирали древесину для производства бумаги, дробили дубовую кору, потребляемую кожевенным производством, мололи пряности, привозимые кораблями с востока, но конечно же главным назначением этих ветряков была откачка воды с низменных территорий. Этой работой было занято девяносто процентов всех мельниц. Крылья их вертелись и днём, и ночью.

С приходом эпохи пара, а затем и электричества, спрос на энергию ветра резко понизился. Мельницы постепенно стали исчезать.
В южной Европе ветряное нововведение приживалось гораздо медленнее. Ещё со времён Римской империи там существовала практика применения водяных мельниц. Реки там не замерзали, и в ветряках не было необходимости.

Вертикальные мельницы сильно зависят от направления ветра, поэтому вскоре придумали мельницу на козлах, или столбовки. Такие мельницы покоились на столбе, подпёртом палками, что позволяло поворачивать весь мельничный амбар, устанавливая тын его против ветра. Но вращающаяся целиком мельница не могла быть очень большой и тяжёлой. Тогда на свет появилась другая конструкция – неподвижная башня с вращающейся крышей. Её верхушка поворачивалась, чтобы подставлять лопасти ветрам, дующим с разных сторон. Именно эта техническая инновация могла придать мельнице вид грозного великана, машущего руками, какой её увидел Дон кихот…

Вскоре мельничный прогресс пошёл ещё дальше – в 1772 году шотландский изобретатель Эндрю Мэйкл заменил паруса на автоматически открывающиеся и закрывающиеся щитики, похожие на жалюзи. Обзаведясь вращающимися крышами и саморегулирующимися крыльями, мельницы достигли вершины технического совершенства к концу 19 века. Однако при всей своей прогрессивности, у мельниц была странная репутация. В деревнях они ставились, как правило, за околицей, за пределами маленького человеческого мира, а это порождало подозрения в отношении мельников в сношениях с нечистой силой. В 1779 году в Петербурге была поставлена комическая опера «Мельник, колдун, обманщик и сват» по либретто писателя Александра Облесимова. Уже в первом монологе герой-мельник объясняет публике, что на каждой мельнице должно быть по колдуну.

Пушкин, как мы помним, поместил мельницу среди иных фантазмов из сна Татьяны. Эта мельница «Вприсядку пляшет, и крыльями трещит и машет»…

Став в позднем средневековье символом технического прогресса, мельница стала жертвой этого прогресса в начале двадцатого века. Однако к концу прошлого столетия ветряной двигатель вновь возродился, только теперь он преобразует свободную энергию ветра в энергию электрическую. Весьма успешно и по всему миру.

Ветряная мельница

На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы , для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Синонимы
:

Смотреть что такое «Ветряная мельница» в других словарях:

Ветряк, ветрянка (прост.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. ветряная мельница сущ., кол во синонимов: 7 … Словарь синонимов

ВЕТРЯНАЯ МЕЛЬНИЦА, устройство, приводимое в действие ветром, вращающим крылья или лопасти. Первые известные ветряные мельницы были построены на Среднем Востоке в VII в. В Европу это техническое новшество проникло в Средние века. На заре… … Научно-технический энциклопедический словарь

ветряная мельница
— — EN windmill A machine for grinding or pumping driven by a set of adjustable vanes or sails that are caused to turn by the force of the wind. (Source: CED)… … Справочник технического переводчика

Использующей энергию потока воды. Много веков назад, ветряные мельницы, как правило, использовались для измельчения зерна, в качестве привода для водяного насоса либо для выполнения обеих задач. Большинство современных ветряных мельниц имеют форму ветровых турбин и используются для выработки электроэнергии; ветряные насосы используются для перекачки воды, осушения земель или выкачивания подземных вод.

Ветряные мельницы в древности

Ветряная мельница греческого инженера Герона Александрийского, изобретенная в первом веке нашей эры, является наиболее ранним примером использования энергии ветра для приведения в движения механизма.Другим примером древней ветрового привода является молитвенное колесо, используемое в Тибете и Китае в начале 4 века. Также есть сведения, что в Вавилонской империи Хаммурапи планировал использование энергии ветра для своего амбициозного проекта по орошению.

Горизонтальные ветряные мельницы

Первые запущенные в работу ветряные мельницы имели паруса (лопасти), вращающиеся в горизонтальной плоскости, вокруг вертикальной оси. По словам Ахмада аль-Хасана ветряные мельницы были изобретены в восточной Персии, персидским географом Эстакхири в девятом веке. Подлинность сведений о более раннем изобретении ветряной мельницы вторым халифом Умаром (в течение 634 — 644 годов н.э.) ставится под сомнение на основании того, что сведения о ветряных мельницах появляются лишь в документах датируемых десятым веком.

Мельницы того времени имели от шести до двенадцати лопастей покрытых тростником или тканевым материалом. Эти приспособления использовались для измельчения зерна или добывания воды, и довольно сильно отличались от более поздних европейских вертикальных ветряных мельниц. Первоначально ветряные мельницы получили широкое распространение на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а затем постепенно стали популярными в Китае и Индии.

Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, используемой для орошения, также можно найти в тринадцатом веке в Китае (во время правления династии Цзинь на севере), открытой и привезённой в Туркестан путешественником Елюем Чуцаем в 1219 году.

Горизонтальные ветряные мельницы в небольшом количестве присутствовали на территории Европы в 18-м и 19-м веках. Наиболее известными, из сохранившихся до наших дней, являются Мельница Хупера в графстве Кент и мельница Фаулера в Баттерси в окрестностях Лондона. Вероятнее всего, мельницы существовавшие на территории Европы в те времена были независимым изобретением европейских инженеров времен промышленной революции; конструкция европейских мельниц не была заимствована у восточных стран.

Вертикальные ветряные мельницы

Относительно происхождения вертикальных ветряных мельниц дебаты историков продолжаются до сих пор. Из-за отсутствия достоверных сведений невозможно ответить на вопрос являются ли вертикальные мельницы оригинальным изобретением европейских мастеров или конструкция заимствована у ближневосточных стран.

Существование первой известной мельницы в Европе (предполагается, что она была вертикального типа) датируется 1185 годом; она была расположена в бывшем селе Видли в Йоркшире в устье реки Хамбер. Помимо этого, существует ряд менее надежных исторических источников, согласно которым первые ветряные мельницы в Европе появились в 12-м веке. Первым назначением ветряных мельниц было измельчение зерновых культур.

Козловая мельница

Существуют данные, согласно которым самый ранний тип европейских ветряных мельниц носил название post mill, названный так из-за большой вертикальной детали, составляющей основную конструкцию мельничного стана.

При монтаже корпуса мельницы таким образом она получала возможность вращаться по направлению ветра; это позволяло работать более продуктивно в северо-западной Европе, где направление ветра изменяется с короткими интервалами. Основания первых козловых мельниц вкапывали в землю, что обеспечивало дополнительную опору при повороте. Позже была разработана деревянная опора получившая название эстакада (либо козлы). Она была обычно закрытой, что давало дополнительное место для хранения урожая и обеспечивало защиту во время неблагоприятных погодных условий.

Этот тип ветрянных мельниц был наиболее распространенным в Европе до девятнадцатого века, до тех пор пока мощные башенные мельницы не заменили их.

Полая (пустая) козловая мельница

Мельницы этой конструкции имели полость, внутри которой размещался приводной вал. Это давало возможность поворачивать конструкцию по направлению ветра прилагая меньше усилий, чем в традиционных козловых мельницах, а также не было необходимости поднимать мешки с зерном к высоко расположенным жерновам, так как применение длинного приводного вала позволило размещать жернова на уровне земли. Такие мельницы использовались в Нидерландах начиная с 14 века.

Башенная мельница

К концу 13 века был введен в эксплуатацию новый тип мельничной конструкции, башенная мельница. Ее основным преимуществом являлось то, что в движение приводилась только лишь верхняя часть конструкции, в то время, как основная часть мельницы оставалась неподвижной.
Широкое распространение башенных мельниц пришло с началом периода укрепления экономики, из-за необходимости наличия надежных источников энергии. Фермеров и мельников не смущала даже более высокая стоимость возведения по сравнению с другими типами мельниц.
В отличие от козловой мельницы, в башенной мельнице только крыша башенного стана реагировала на наличие ветра, это позволяло сделать основную конструкцию значительно выше, что, в свою очередь, позволяло изготовлять лопасти большего размера, благодаря чему вращение мельницы было возможно даже в условиях слабой ветрености.

Верхняя часть мельницы могла поворачиваться по направлению движения ветра благодаря наличию лебедок. Помимо этого, существовала возможность удержания крыши мельницы и лопастей по направлению к ветру благодаря наличию небольшого ветряка, устанавливаемого под прямым углом по отношению к лопастям в задней части ветряка. Данный тип конструкции получил распространение на территории бывшей Британской империи, Дании и Германии. На территории расположенной на небольшом расстоянии от Средиземного моря, башенные мельницы возводились с фиксированными крышами, так как изменение направления ветра большую часть времени было весьма незначительным.

Шатровая мельница

Шатровая мельница является усовершенствованным вариантом башенной мельницы, где каменная башня заменена деревянным каркасом обычно восьмиугольной формы (существуют мельницы с большим или меньшим количеством углов). Каркас покрывался соломой, шифером, листовым металлом либо толем. Более легкая конструкция, по сравнению с башенными мельницами, делала ветряную мельницу более практичной, позволяя возводить конструкцию в районах с нестабильной почвой. Первоначально этот тип мельниц использовали в качестве дренажной мельницы, но позже сфера использования значительно расширилась.

При возведении мельницы в застроенных районах она обычно помещалась на основание из каменной кладки, что позволяло поднять конструкцию над окружающими зданиями для лучшего доступа ветра.

Механическое устройство мельниц

Лопасти (паруса)

Традиционно парус состоит из каркаса-решётки на которой расположена парусина. Мельник может самостоятельно регулировать количество ткани в зависимости от силы ветра и необходимой мощности. В средние века лопасти представляли собой решетку на которой располагалась парусина, в то время, как в условиях более холодного климата ткань была заменена деревянными планками, что препятствовало замораживанию. Независимо от устройства лопастей, для регулировки парусов необходимо было полностью остановить мельницу.

Переломным моментом стало изобретение в Великобритании в конце восемнадцатого века конструкции, которая автоматически приспосабливалась к скорости ветра без вмешательства мельника. Наиболее популярными и функциональными стали паруса, изобретенные Уильямом Кабиттом в 1807 году. В этих лопастях, ткань заменили механизмом соединенных затворов.

Во Франции Пьер-Теофиль Бертон изобрел систему, состоящую из продольных деревянных реек, соединенных с помощью механизма, который позволял мельнику открыть их во время вращения мельницы.

В двадцатом веке, благодаря успехам в самолетостроении значительно повысился уровень знаний в области аэродинамики, что привело к дальнейшему повышению эффективности работы мельниц немецким инженером Билау и голландскими мастерами.

Большинство ветряных мельниц имеют четыре паруса. Наряду с ними существуют мельницы оснащенные пятью, шестью или восемью парусами. Наибольшее распространение они получили в Великобритании (особенно в графствах Линкольншир и Йоркшир), Германии, и реже в других странах. Первые заводы по производству парусины для мельниц находились в Испании, Португалии, Греции, Румынии, Болгарии и России.

Мельница с четным числом парусов имеет преимущество перед другими типами мельниц, ведь при возникновении повреждения одной из лопастей, возможно удалить противоположную ей лопасть, тем самым сохранив балансировку всей конструкции.

В Нидерландах во время того, как лопасти мельницы находятся в неподвижном состоянии, их используют для передачи сигналов. Небольшой наклон парусов по направлению к главному зданию символизирует радостное событие; в то время, как наклон в противоположную от главного здания сторону символизирует скорбь. Ветряные мельницы по всей Голландии, были помещены в позиции траура в память о голландских жертвах авиакатастрофы малазийского Боинга в 2014 году.

Мельничный механизм

Шестерни внутри мельницы передают энергию от вращательного движения парусов к механическим устройствам. Паруса закреплены на горизонтальных валах. Валы могут быть полностью сделаны из дерева, дерева с металлическими элементами или целиком из металла. Тормозное колесо устанавливают на валу между передним и задним подшипниками.

Мельницы использовались для осуществления многих промышленных процессов, например для обработки семян масличных культур, выделки шерсти, покраски изделий и изготовления изделий из камня.

Распространение мельниц

Общее количество ветряных мельниц в Европе, по оценкам экспертов, достигало количества около 200 000 во времена наибольшего распространения этого типа устройств, эта цифра является довольно скромной по сравнению с приблизительно 500 000 , существовавших в то же время. Ветряные мельницы получили распространение в тех регионах, где было слишком мало воды, где реки замерзали зимой и в равнинных регионах, где поток рек были слишком медленными, чтобы обеспечить требуемую мощность для работы водяных мельниц.

С приходом промышленной революции важность ветра и воды в качестве основных промышленных источников энергии снизилась; в конечном итоге большое количество ветряных мельниц и водяных колес было заменено на паровые мельницы и мельницы, оснащенные двигателями внутреннего сгорания. Вместе с тем, ветряные мельницы по прежнему оставались достаточно популярны, их продолжали строить до конца 19-го века.

В наши дни ветряные мельницы часто являются охраняемыми конструкциями, так как была признана их историческая ценность. В некоторых случаях старинные мельницы существуют в качестве статичных экспонатов (когда древние машины слишком хрупки, чтобы привести их в движение), в других случаях, как полностью рабочие экспонаты.

Из 10 000 ветряных мельниц, используемых в Нидерландах в 1850х годах, около 1000 мельниц до сих пор находятся в рабочем состоянии. Большинство ветряков в настоящее время обслуживается добровольцами, хотя некоторые мельники до сих пор работают на коммерческой основе. Многие из дренажных мельниц существуют в качестве резервного механизма для современных насосных станций. Регион Заан в Голландии был первым промышленным регионом мира в котором к концу 18 века функционировало около 600 ветряных мельниц. Экономические колебания и промышленная революция имела гораздо большее влияние на ветряные мельницы, чем на другие источники энергии, это привело к тому, что лишь немногие из них удалось сохранить до наших дней.

Строительство мельниц было распространено на территории Капской колонии в Южной Африке в 17 веке. Но первые башенные мельницы не пережили штормы на мысе полуострова, поэтому в 1717 году было решено построить более прочную мельницу. Мастера, специально присланные Голландской Ост-Индской компанией завершили строительство к 1718 году. В начале 1860х годов, Кейптаун мог похвастаться 11 мельницами.

Ветряные турбины

Ветряная турбина по сути является ветряной мельницей, структура которой специально разработана для выработки электроэнергии. Ее можно рассматривать как следующий шаг в развитии ветряной мельницы. Первые ветряные турбины были построены в конце девятнадцатого века профессором Джеймсом Блитом в Шотландии (1887 г.), Чарльзом Ф. Брашем в Кливленде, штат Огайо (1887-1888)и Полем ля Куром в Дании (1890-е). Мельница Поля ля Кура начиная с 1896 года выполняла функции электрогенератора в селе Аскове. К 1908 году насчитывалось 72 ветряных электрогенератора в Дании, с мощностью в пределах от 5 до 25 кВт. К 1930-м годам ветряные мельницы получили широкое распространение на фермах в Соединенных Штатах, где их использовали для выработки электроэнергии, в связи с тем, что еще не были установлены системы передачи и распределения энергии.

Современная ветроэнергетическая промышленность началась в 1979 году с запуска серийного производства ветровых турбин датскими производителями Kuriant, Vestas, Nordtank и Bonus. Первые турбины были небольшими по сегодняшним меркам, с мощностью 20-30 кВт каждая. С тех пор турбины коммерческого производства были значительно увеличены в размерах; Турбина Enercon E-126 способна обеспечить поступление до 7 МВт энергии.

С началом 21-го века, наблюдается рост озабоченности населения по поводу энергетической безопасности, глобального потепления и истощения ископаемого топлива. Все это в конечном итоге привело к увеличению интереса к всевозможным видам возобновляемых источников энергии и усилило интерес к ветровым турбинам.

Ветряные насосы

Ветряные насосы использовались для перекачки воды на территории современных Афганистана, Ирана и Пакистана начиная с 9-го века. Использование ветряных насосов получило широкое распространение во всем мусульманском мире, а затем распространилось на территорию современного Китая и Индии. Ветряные насосы использовались в Европе, особенно в Нидерландах и областях Восточной Англии Великобритании, начиная от Средневековья и далее, при осушении земли для сельскохозяйственных работ или для строительных целей.

Американский ветряной насос или ветряной двигатель, был изобретен Даниэлем Халадеем в 1854 году и использовался в основном для подъема воды из колодцев. Более крупные версии ветряного насоса также использовались для таких задач, как распиловка древесины, измельчение сена, шелушение и размол зерна. В Калифорнии и некоторых других штатах, ветряной насос был частью автономной системы по добыче хозяйственно-бытовой воды, которая также включала ручной колодец и деревянную водонапорную башню. В конце 19-го века стальные лопасти и башни заменили устаревшие деревянные конструкции. На пике своего развития в 1930 году, по оценкам экспертов около 600 000 ветряных насосов находились в использовании. Производством ветряных насосов занимались такие американские компании, как Pump Company, Feed Mill Company, Challenge Wind Mill, Appleton Manufacturing Company, Eclipse, Star, Aermotor и Fairbanks-Morse, со временем именно они стали основными поставщиками насосов в Северной и Южной Америке.

Ветряные насосы широко используются на фермах и ранчо в Соединенных Штатах, Канаде, Южной Африке и Австралии в наши дни. Они имеют большое количество лопастей, что позволяет им вращаться с большей скоростью при слабом ветре и замедлять движение до необходимого уровня при сильном ветре. Такие мельницы поднимают воду для нужд комбикормовых заводов, лесопильных заводов и сельскохозяйственных машин.

В Австралии компания Griffiths Brothers занимается изготовлением ветряных мельниц под названием «Southern Cross Windmills» начиная с 1903 года. В наши дни они стали незаменимой частью австралийского сельского сектора благодаря использованию воды Большого артезианского бассейна.

Ветряные мельницы в разных странах

Ветряные мельницы Голландии

В 1738 — 40 годах в голландском городке Киндердейк были построены 19 каменных ветряных мельниц для защиты низин от затопления. Ветряные мельницы перекачивали воду с территории, расположенной ниже уровня моря в реку Лек, которая впадает в Северное море. Кроме перекачивания воды, ветряные мельницы использовались для выработки электричества. Благодаря этим мельницам Киндердейк в 1886 году стал первым электрифицированным городом в Нидерландах.

Сегодня воду с отметки ниже уровня моря в Киндердейке перекачивают современные насосные станции, а ветряные мельницы в 1997 году были внесены в Список объектов мирового наследия Юнеско.

Пейзаж с ветряными мельницами нам более знаком на полотнах европейских мастеров живописи восемнадцатого-девятнадцатого века.

Сейчас множество работающих ветряных мельниц можно увидеть только в Нидерландах. Правда, они там вовсе не муку мелют, хотя есть и такие. Они откачивают воду из одних каналов в другие. Как же была устроена ветряная мельница? Увидеть это можно разве что в Прибалтике и самих Нидерландах. Первое, что нужно сделать, чтобы она хорошо работала, — поймать ветер. Для этого ее крышу разворачивали в нужном направлении с помощью специального колеса и рычага. Колесо как раз и было связано с крышей. Когда крыша достигала требуемого положения, колесо стопорили специальной цепью. Затем отпускали специальный тормоз, и крылья мельницы начинали вращаться, сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Вал, на котором крепились крылья, через деревянные передавал вращение на главную вертикальную ось.

Применение.

Далее устройство ветряной мельницы могло быть разным. С ее помощью откачивали воду, отжимали масло из семян, даже изготавливали с ее помощью бумагу и пилили лес, ну и, конечно, мололи муку. Мельница для муки делала свою работу с помощью все тех же каменных жерновов. С появлением парового и других видов двигателей она, можно сказать, утратила свое значение для промышленности. Но в наше время, когда люди учатся беречь энергию и природу, ветряная мельница возродилась в другом качестве, как дешевый и экологичный источник электроэнергии. Сотни ветряков, ее правнуков, работают в Голландии, Нидерландах и Германии. В США, Канаде и Австралии отдаленные фермерские хозяйства с успехом используют ветровые генераторы для производства электричества для нужд дома и хозяйства.

Декоративный элемент. Его строительство.

Сегодня ветряная мельница получила популярность в качестве декоративного элемента приусадебного хозяйства. Сделать ее несложно. Такая мельница, своими руками собранная возле загородного дома или дачи, украсит любой уголок сада. Начинается работа с изготовления фундамента. Роется яма на глубину 70 см, и закладывается кирпичный фундамент. Из 50х50 сваривается каркас по размерам 80х120х270. Каркас обшивается брусом 40х40. Можно конструкцию сверху обшить вагонкой. Каркас устанавливается на фундамент. Древесину сверху покрывают защитной пропиткой в несколько слоев. Изнутри корпус утепляется пенопластом и фанерой. Далее выполняется крыша. На стропила крыши стелется сплошная обрешетка, которая затем укрывается рубероидом в два слоя. На рубероид укладывается кровельный материал. Затем собирается механизм. Подбирается и устанавливается ось и два подшипника. Собираются лопасти из деревянных планок с сечением 20х40мм, которые скрепляются с помощью саморезов. Лопасти устанавливаются на ось. Верхняя часть фундамента также обшивается брусом. Внутреннее помещение можно использовать для хранения, например,

Гидравлический мотор — frwiki.wiki

Гребное колесо от Lyonnet прялки в долине Rouets в Тьере .

Гидравлический двигатель представляет собой механизм , используя гидравлическую энергию для перемещения различных инструментов ( станы зерна или масла , мельницы , слесарные мастерские …). Эта энергия поставляется гравитационным потоком воды; это поворачивает колесо, которое передает свое движение различным механизмам. Наименее эффективными являются системы, которые перемещаются потоком реки (колеса внизу) и которые зависят от этой скорости; в наиболее эффективных системах используется желоб, по которому вода подается через канал или овраг, из входного отверстия ручья или резервуара (колеса над ним). Реже используется прилив (в случае приливных мельниц или приливных фабрик ).

Его не следует путать с гидростатическим гидравлическим двигателем, который использует энергию гидравлического контура под давлением для обеспечения движения.

По метонимии его часто называют мельницей , хотя, строго говоря, это название зарезервировано для механизмов, позволяющих производить муку и масла путем вращения одного или нескольких жерновов (слова мельница , жернов , жернов , измельчение имеют одно и то же этимология от латинского mola , что означает жернов), даже если мы также говорим о суконной мельнице, о «фрезеровании», чтобы «быстро вращаться», или о мельнице для колодцев, вырытых в ледниках вращением литой воды. утюг.

Гидравлические двигатели прошлого теперь унаследованы от гидроэлектростанций , где используются турбины .

Резюме

1 рассказ
2 Технические
- 2.1 Колеса с горизонтальной осью
- 2.2 Колеса с вертикальной осью
3 использования
4 Примечания и ссылки
5 См. Также
- 5.1 Связанные статьи
- 5.2 Библиография
- 5.3 Внешние ссылки

История

Символизирующие мельница воды на карте Кассини ( XVIII — ^го века ).

Пила Hierapolis , самая старая из известных машин, использующая систему шатунов и кривошипов.

Водяная из Брен-ле-Шато ( XII — ^го века ).

Castanet-le-Haut (Эро) — Мулен-дю-Нугейроль, содержащий резервуар для хранения воды, необходимой для работы, и трубу для подачи этой воды.

Старый механизм водяной мельницы.

Мулен Солье (1872 г.) из бывшей шоколадной фабрики Menier в Нуазиеле , Сена и Марна.

Модель водяной мельницы ( Квебек ).

Модель крыльчатки передаточного механизма по направлению к зернам точильного камня, расположенная на верхнем этаже ( мельница Иезуит ).

Гидравлический двигатель, засвидетельствовано в Европе со времен античности (она описана в Договоре архитектуры от Витрувия ), старше , чем ветряная мельница . Старая известная машина воды с помощью системы шатунов и кривошипов представлена на барельефе III — ^го века нашей эры. Нашей эры в Иераполисе в Турции. Иераполисе лесопилку используется пара пил предназначены для резки камня.

В Европе средних веков , гидравлический мотор работает параллельно с исчезновением рабства , с IX — ^го века : использование энергии воды , а не животное или человек дает беспрецедентную производительность с помощью имеющихся в Античности (каждый жернов водяной мельницы банки растереть 150 кг из пшеницы в час , что соответствует работе сорок рабов и древней мельницы до сих пор имеет медленную скорость мельницы). Переход к быстро развивающимся мельницам (принимающее колесо становится меньше передающего колеса) к большим колесам (большие спицы и большие собранные лопасти заменяют моноксильные лопасти) характеризует этот средневековый период, поскольку каролингские водяные мельницы (такие как мельница из Аудуна -le-римский ), водители XIII — ^го века , оборудованных распредвал , которые позволяют другим виды использования , как «мельница Bladier» (для измельчения зерновых культур: пшеницы, ржи, ячмень), гидравлика , простирающаяся область ее применения на все механическую деятельность (с. а.с. или гидравлический молот, металлургия, насосы для наполнения и даже водоотливные насосы в шахтах).

По крайней мере, до 1700-х годов мы называли «орбиллионом» «места, где есть колья или старые остатки кольев, в реке, где была мельница или какое-либо другое здание, отличное от продолжения времени, — разрушаться» . В «судебных чиновниках» могли бы поставить житель или владелец на уведомлении , чтобы сохранить или уничтожить их , чтобы они не могли «травмировать лодки» .

Гидравлический двигатель, как ветряная мельница, постепенно отказались в XIX — ^го века на благо парового двигателя и электродвигателя . Некоторые двигатели, которые механически приводили в действие машины фабрики, были заменены гидравлическими турбинами , производящими электрическую энергию, способную приводить в действие более современные машины, что позволило улучшить производительность при одновременном получении первичной энергии из того же потока. Эта модификация также значительно упростила установку: электрическая энергия подводится к каждой машине по токоведущему кабелю, заменяя набор опасных отключаемых ремней, привитых к валу двигателя, который иногда проходит через всю мастерскую.

(Пла) мельницы с семью колес (в центре) , построенные в 1291 и показанных на с. 1730, Вроцлав (Польша).

Во Франции право на водяные мельницы — единственное феодальное право, которое осталось в силе после Французской революции . Это позволяет мельницам, существовавшим до 1789 года, использовать движущую силу воды для производства, включая электричество. Более современные заводы также могут требовать при условии обоснования регулирования водопользования, которое фиксирует их рабочие условия (максимальный уровень воды в резервуаре), расход, обязательства по техническому обслуживанию, сервитуты и т. Д.). В настоящее время наблюдается тенденция к удалению водоемов (это удаление в значительной степени субсидируется), а не к их развитию путем создания, например, проходов для рыбы, но удаление водоемов влечет за собой потерю права на воду владельцами. Эта политика направлена на восстановление экологической непрерывности водотоков путем поощрения восходящего движения мигрирующих рыб и переноса наносов, переносимых водотоком вниз по течению. В период с 2015 по 2020 год было демонтировано более четверти заводов, а к 2027 году — 5000 из 18000 выявленных заводов.

Технический

Энергия водотока, часть воды которого обычно улавливается в канал ( плес ), позволяя контролировать течение (благодаря абэ ) и достигать достаточной высоты падения. У участка есть разные названия в зависимости от местоположения: например, болель в Иль-де-Франс.

Колеса с горизонтальной осью

Энергия потока преобразуется в движение двумя основными типами колес: колеса внизу, вращение которых вызывается только скоростью течения, и колеса вверху, вращение которых вызывается падением воды на воду. лезвия, и которые имеют лучшую производительность, поскольку сила тяжести добавляется к скорости воды. В большинстве случаев лопастное колесо расположено вертикально (горизонтальная ось).

Самыми простыми колесами являются гребные колеса (простые доски, перпендикулярные направлению вращения). Наиболее сложными являются ковши , при этом последовательное наполнение ведер создает большую инерцию, которая дает регулярное движение и большую мощность. Ковшовые колеса довольствуются более низкой скоростью потока, чем гребные колеса, но могут работать только при падении с высоты, по крайней мере, равной диаметру колеса, что требует относительно сложной гидравлической системы (« вода в реке, канал подачи) , более доступный в регионах с рельефом (в частности, в горных долинах).

Колеса с вертикальной осью

Некоторые мельницы используют горизонтальное колесо (с вертикальной осью): мельницы родет . Этот метод, когда-то широко распространенный во Франции (видимый в действии в Вальгаудемаре), все еще очень широко распространен в Марокканском Атласе и в других местах в очень простых и недорогих версиях. Энергия потока часто улавливается последним соплом или пушкой, что позволяет поразить желоб в лучшем месте под прямым углом.

С промышленной революции, а вместо этого в XX — ^м веке , этот метод улучшил « турбину » , чтобы перейти к выходу 25% до более чем 80%. Это особенно удобно в случае мельниц с фиксатором, которые обычно имеют небольшой размер. Уровень воды перед мельницей поддерживается на достаточной высоте за счет плотины или порога с водосливом .

Известно, что этот материал травмирует или убивает рыбу, когда они безопасно проходят через колеса горизонтальной оси. Во всех случаях сетка защищает рабочее колесо или турбину от помех, создаваемых током, который может повредить эти части. Эту сетку необходимо регулярно чистить.В некоторых установках вода, необходимая для работы, подается по трубе в резервуар для хранения, расположенный рядом с мельницей.

Энергия, производимая гидравлическим двигателем, используется на месте. Он передается и, возможно, механически сокращается к перемещаемому устройству с помощью зубчатых колес или ремней . Самые сложные механизмы передавали механическую энергию на все рабочие места фабрики, даже на пол, с помощью сложных наборов ремней, как в ткачестве.

Механизм мельницы Courtelevant .

Использует

Гидравлические двигатели использовались для множества доиндустриальных целей:

измельчение крупы , древнейшее употребление;
извлекать масло из масличных культур: орехов, рапса и др. ;
в лесной промышленности — гидравлические пилорамы ;
для текстиля: Ribes , Fullers , ткацких станков;
для металлообработки: шлифовальные круги , кузницы , быстрый молот , перфоратор ;
для токарной обработки дерева, металла, кости, рога и т. д. ;
управлять насосами, в частности, для горных работ ;
бумажный комбинат : XIII ^е с XVIII — ^го века, энергия от двигателя , используемым для мокрых на волокна салфеток пульпы путем приведения в действии клеточных молотков вместе голени , снабженные шипами. В XIX — ^м веке, он также активирует непрерывную бумажную машину. Но тогда от термина «мельница» отказываются в пользу термина «канцелярские товары».

В горной стране, сила воды было израсходовано промышленной энергия распределения электроэнергии до середины XX — ^го века .

Некоторые примеры сайтов, которые используют (или использовали) эту гидравлическую энергию:

машина Марли , который оперировал водопады, фонтаны и пруд в саду Версальского дворца ;
водяная машина от Porcheresse (Бельгия) более скромная и более современная, она представляет собой простой пример такого типа машин; обработанный на том же литейном заводе в Льеже, что и машина Marly, он обеспечивал подачу воды в деревню;
павильон Manse , который находится в Шантильи и который размещен гидравлический станок , который имел ту же функцию для садов Шато де Шантильи ;
R’haouet водные мельницы возле Батна в Алжире, но использование которых находится под угрозой.

Примечания и ссылки

↑ ^{a и b}(de) Клаус Греве , « Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte. Международная конференция 13. — 16. Июнь 2007 г. в Стамбуле » , Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien , Istanbul, Ege Yayınları / Zero Prod. ООО, бызас, т. 9,2009 г., стр. 429–454 (429) ( ISBN 978-975-807-223-1 , читать онлайн ).
↑ ^{a и b}(in) Туллия Ритти Клаус Греве и Пол Кессенер , « Рельеф водяной каменной пилы в саркофаге Иераполя и его значение » , Journal of Roman Archeology , vol. 20,2007 г., стр. 138–163 (161).
↑ ^{a и b}(es) Клаус Греве ( пер. Мигель Ордоньес), « La máquina romana de serrar piedras. Представительство en bajorrelieve de una sierra de piedras de la antigüedad, в Hierápolis de Frigia y su relatedancia para la Historia tecnica (переводчик Мигель Ордоньес) » , Las técnicas y las construcciones de la Ingeniería Romana de las Obrasso , v Congreso,2010 г., стр. 381–401 ( читать онлайн ).
↑ Витрувий , Архитектура , X, 5; Жан Гимпель , Промышленная революция Средневековья , Париж, Сёй, 1975, с. 129-130.
↑ Жан Гимпель , Средневековая промышленная революция , Éditions du Seuil ,1975 г., 244 с. ( ISBN 2-02-054151-3 ) , стр. 149–150.
↑ Мирей Муснье, Мельницы и мельницы в европейской деревне, 9-18 века , Presses Universitaires du Mirail,2002 г., стр. 21 год.
↑ Алфавитный указатель вопросов воды и лесов, рыбалки и охоты … Мишель Ноэль (М.) см. Стр. 460 цифровой версии.
↑ Алфавитный указатель по вопросам воды и леса, рыбалки и охоты … Мишель Ноэль (М.) см. Стр. 289 цифровой версии.
↑ Валери Куденнек-Риу, Течения, противоречащие владельцам заводов , газета Le Télégramme de Brest et de l’Ouest , № от 31 января 2021 г.
↑ GEO с AFP : « Водяные мельницы — наследие, которому угрожает исчезновение из-за сохранения рыбы? » , На Geo.fr ,24 сентября 2020 г.(по состоянию на 30 мая 2021 г. )
↑ « Исчезновение мельниц, третье наследие Франции: 2 юридически-практические статьи из обзора PPR (Private Rural Property) » , на www.si-graves-montesquieu.fr (по состоянию на 30 мая 2021 г. )
↑ « Техническое описание » на pompeaeau.jimdo.com (доступ на 1 — ^й сентября 2010 года ) .
↑ « В регионе цепляется R’haouet своим последним водяными мельницами » на www. lemaghrebdz.com (доступ на 1 — ^й сентября 2010 года ) .

Смотрите также

Статьи по Теме

Рыхление
Гидроэнергетика
Водосброс
Шлифовальный круг
быстрый
Мельница
Бумажная фабрика
мельница
Приливная мельница
Польдерная мельница
Плавучая мельница
Мельница родет
Noria
Рибе
Лопастное колесо
Ковшовое колесо
Турбина
Акведук и мельницы Барбегала
Статьи, посвященные мельницам, с разбивкой по странам

Библиография

Kolliger Mühle колесо (Германия)

Инвентаризация технологий

Жан Брюггеман, Мулен: повелители вод, повелители ветров , Париж, Ремпар, колл. «Живое наследие», 1997. Автор рассматривает эту тему с технической, архитектурной, технической и гуманитарной точек зрения.
Жан Орсателли, Ветряные мельницы и вода , Марсель, Лафит, 1995, 4- ^е изд., ( 1- ^е изд. 1987), в-4 комн., 196 с., 435 рис. Рисунок.

Гидрология

Пьер-Луи Виолле, Гидравлика в древних цивилизациях: 5000 лет истории , Париж, Presses de l’École nationale des Ponts et Chaussées (ENPC), 2005.
Морис Шассен, Мулен де Бретань , Spézet, ed. Keltia Graphic, 1993.
Art du Meunier , Ed FFAM, 120 страниц, иллюстрированных таблицами из Encyclopédie, специальный № 18 обзора Moulins de France, 2006, FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 EVRECY
Глоссарий молинологии . Роланд Флахаут. Издание FFAM, 135 страниц, специальный номер 19 Мулен-де-Франс, FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 EVRECY
Сочинения и архивы Claude Rivals , Ed. FFAM, 230 страниц, специальный № 20 Мулен де Франс,Май 2008 г., FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 ЭВРЕСИ
Восстановить мельницу , Жан Брюггеман, редактор FFAM — ARAM N / PdeC,Май 2008 г.. 128 страниц. 345 иллюстраций (фотографии, планы, эскизы). FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 ЭВРЕСИ
Гидравлические колеса , автор: Ален Шрамбах, изд. FFAM,Май 2009 г.. 160 страниц. Мулен де Франс, специальный номер 22, иллюстрации, планы, эскизы. FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 ЭВРЕСИ
Руководство по восстановлению гидравлических мельниц для производства электроэнергии , Мишель Хешунг. Магистр архитектуры и устойчивого развития, 2007 г., 112 страниц, FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 EVRECY
Двигатели, кроме гидравлических колес , Ален Шрамбах, изд. FFAM,апрель 2010. 142 страницы. Мулен де Франс, специальный номер 23, иллюстрации, планы, эскизы. FFAM Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 ЭВРЕСИ
Мельницы Vernon Нормандия Сен на канал, то XII — ^й к XVIII — ^го века , сельские и изолированные мельницы, измельчители подвесных колес мельницы лодки, Патрик Сорель, Ed. FFAM,апрель 2010. 152 страницы. Мулен де Франс, специальный номер 24, иллюстрации, планы, эскизы. Route d’Avenay Cidex 22 — 14210 ЭВРЕСИ

Внешние ссылки

Мельница
Техника изготовления движения	Заграждение Водосброс Плавучая мельница Гидравлический мотор Приливная мельница Польдерная мельница Мельница родет мельница Достигать
Использовать	Фуллер Сахарный тростник Зерновая мельница Бумажная фабрика Noria Рибе Тан мельница
Тип колеса	Лопастное колесо Ковшовое колесо Турбина
Статьи по Теме	Рыхление Право и управление водотоками во Франции Ветровая энергия Гидроэнергетика

№ 113: Пневматика шестнадцатого века

№ 113:
ПНЕВМАТИКА ШЕСТНАДЦАТОГО ВЕКА

Джон Х. Линхард

Щелкните здесь для прослушивания аудио эпизода 113.

Сегодня мы изобретаем вакуум. Университет
Инженерный колледж Хьюстона представляет это
сериал о машинах, которые делают наши
цивилизация управляется, и люди, чья изобретательность
создал их.
Поговорка «природа не терпит
вакуум», стал основным объектом созерцания
для естествоиспытателей начала XVII в.
Они держали его на свету, пытаясь увидеть
что она открыла о природе вещей. Природа
продемонстрировала свое отвращение достаточно ясно, когда вы
использовал соломинку для питья. Природа попыталась избавиться от
вакуум, направляя жидкость вверх по соломинке.
История рассказывает о группе флорентийских
инженеры пытаются высосать воду из глубокого отстойника.
Как бы они ни старались, они не могли достать воду.
подняться более чем на 32 фута. Мы видим, что атмосферный
давление не могло толкнуть его дальше; но
Инженеры 17-го века не могли этого знать.
Итак, они пошли к Галилею и спросили, что происходит.
на. Галилей иронично ответил, что отвращение природы
казалось, не выходит за пределы 32 футов.
Собственно, сам Галилей и пытался понять
давление воздуха и вакуум. За три месяца до него
умер в 1641 году, он нанял молодого помощника по имени
Евангелиста Торричелли, чтобы помочь ему. Два года
позже, в 1643 году, Торричелли изобрел барометр,
и он оценил атмосферное давление. Мы чтим его
сегодня, назвав Торр, единицу давления, в честь
его.
Тем временем Отто фон Герике, влиятельный
гражданин Магдебурга в Саксонии, стал
интересует атмосфера. Он изучал работу
Галилея и Торричелли, но он также участвовал
в администрации Магдебурга. На самом деле он был
избран мэром города в 1647 г. Примерно в это же время
он изобрел вакуумный насос и что он с ним сделал
было довольно зрелищно. В 1654 году он дал
жителям Магдебурга замечательный урок в
сила атмосферы. Он сделал два полых
полусферы диаметром 20 дюймов, которые подходят
плотно соединены в шар. Затем он накачал
воздух из сферы и пусть 16 лошадей — восемь на
с каждой стороны — попытайтесь разъединить их. Они не могли,
конечно. На это ушло бы более двух тонн
силой разъединить половинки.
Это было больше зрелищем, чем наукой; но это
послужило своей цели. Он показал миру, что
казавшиеся невещественными газы могли оказывать
поразительные силы — силы, которые, вероятно,
запряженный. В оставшуюся часть 17 века все
виды людей изо всех сил пытались найти способ использовать
этих сил. В 1698 году Томас Савери наконец
сделал работоспособный насос, который использовал вакуум, созданный
путем конденсации пара. Всего несколько лет спустя Томас
Ньюкомен показал нам, как сделать паровую машину на
тот же принцип, и — вдруг —
шла игра по выработке электроэнергии.
Сегодня наши большие электростанции вырабатывают 3 500 000 л.с.
Но они в долгу перед 16-лошадью Герике.
эксперимент.
Я Джон Линхард из Хьюстонского университета.
где нас интересует, как изобретательные умы
Работа.

(Музыкальная тема)

Ларднер, преподобный Д., Гидростатика и
Пневматика . американское изд. Филадельфия: Кэри и
Леа, 1832 г., часть II, пневматика, глава. 3.
Usher, AP, A History of Mechanical
Изобретения . Кембридж: Гарвардский университет
Пресс, 1970, гл. XIII.
Этот эпизод был переработан как Эпизод 1553.
Изображение предоставлено Burndy
Библиотека, Институт истории Дибнера
Наука и технологии
Отто фон Герике

Из серии Паровые двигатели Фамилиарно
Объяснение , 1836
Паровой насос Savery 1698

(Музыкальная тема)

Двигатели нашей изобретательности
Copyright © 1988-2018 Джон Х.
Линхард.

Предыдущий
Эпизод | Поиск эпизодов |
Индекс |
Дом |
Далее
Эпизод

Эпоха изобретений: испанский двигатель

Добро пожаловать в мой еженедельный информационный бюллетень «Эпоха изобретений», посвященный причинам Британской промышленной революции и истории инноваций. Вы можете подписаться здесь:

Пару недель назад, когда я поделился своим постом об изобретении парового двигателя, я заметил, что несколько человек в социальных сетях ответили, что паровой двигатель на самом деле был изобретен в Испании — почти за сто лет до того, как Ньюкомен возился со своими двигателями в Корнуолле в 1700-х годах. Раньше я не слышал об этом утверждении, поэтому решил изучить его.

Испанский истец, о котором идет речь, — некто Херонимо де Аянц-и-Бомон, аристократ конца шестнадцатого века и военный инженер из Наварры, который с 1597 года служил администратором королевских рудников и изобрел целый ряд устройств, от водолазного снаряжения и систем шахтной вентиляции, до различных усовершенствований мельниц, насосов и печей. Благодаря работе историка и инженера Николаса Гарсиа Тапиа, чья биография Аянца вышла в 2010 году, мы теперь знаем совсем немного об этом интересном изобретателе. Работа была опубликована на испанском языке и по вполне понятным причинам широко освещалась в испанской прессе. Так что, хотя имя Аянса еще не стало нарицательным в Испании, теперь он, кажется, довольно хорошо известен местной бригаде «на самом деле» (темное международное движение, в котором я, к неудовольствию большинства людей, давно состою). -действующий член). «Говоришь, Томас Ньюкомен/Томас Савери изобрели паровой двигатель? Ну, на самом деле, я думаю, вы обнаружите, что это был Аянз столетием раньше», — я быстро погуглил и обнаружил сотни комментариев на этот счет.

Но на самом деле история немного сложнее. Дьявол, как всегда, кроется в деталях, и, к сожалению, заявления прессы о технологии стали широко и ошибочно повторяться, по-видимому, игнорируя тщательную историческую работу Тапиа. Я даже заметил недавно изданную энциклопедию изобретений, в которой повторялись ошибки.

Так что же именно изобрел Аянц? Ключевым фактом является то, что в 1606 году он получил 20-летнюю монополию от короля Испании на использование более пятидесяти различных изобретений, в том числе двух устройств, связанных с паром. Один из них был связан с избавлением от смертоносных минных газов, которые убили одного из его друзей и сотрудников, а также чуть не убили Аянза. Его решением стал паровой инжектор — по сути, паровой котел с торчащей из него сужающейся трубкой, которая нагнетала бы пар в большую воздушную трубу. Пар под давлением, затекая вверх в воздушную трубу, создавал за ней мощный всасывающий эффект, быстро вытягивая смертоносные газы из шахты. (как в начале этого видео).

Однако это было второе паровое устройство, прославившееся как паровой двигатель Аянза. Точно так же, как изобретения Томаса Савери и Томаса Ньюкомена около века спустя, он был разработан для откачки воды из шахт. Аянц сформировал товарищество в 1608-1611 годах, чтобы вновь открыть серебряные рудники Гуадалканала в Испании, которые были заброшены из-за наводнения, и, похоже, пытался внедрить там двигатель: он получил права вырубать близлежащие деревья на дрова, например. , и использовали близлежащую медь, которая была необходима для изготовления котлов и труб. Что касается того, действительно ли он заставил его работать, мы не знаем наверняка. К сожалению, он умер всего через несколько лет после начала проекта.

Но дьявольская деталь заключается в том, как работал его двигатель. В частности, все ошибки умножения, по-видимому, возникли из-за неправильного толкования прессой заявления Тапиа о том, что двигатель «очень похож» на двигатель Томаса Савери. Есть, конечно, некоторые важные сходства. Оба двигателя, например, использовали расширяющую силу пара. В обоих случаях пар из котла направлялся в резервуар для воды, заставляя эту воду подниматься по узкой трубе, которую мы могли бы назвать 9-ступенчатой.0085 нажатие эффект. И оба двигателя использовали два бака, которые чередовались, чтобы двигатель качал непрерывно. Пока один резервуар заполнялся шахтной водой, из другого пар выталкивал воду, а потом наоборот. Все идет нормально. Действительно, из-за двух резервуаров для воды чертежи устройств Аянца и Савери рядом выглядят очень похожими.

Но на этом сходство заканчивается (что, собственно, Тапия и делает очевидным, если его внимательно читать). Как я упоминал несколько недель назад, паровые машины, изобретенные Савери, а затем Ньюкоменом в 169 г.0-е и 1700-е годы в основном использовали наблюдение о том, что воздух имеет вес — основная сила прикладывалась не самим паром, который толкал, а паром внутри резервуара, облитым холодной водой, что вызывало его быструю конденсацию. Образовавшийся частичный вакуум означал, что настоящую подъемную работу выполнял вес воздуха — атмосферное давление. Вместо того, чтобы использовать горячий пар для толкания, эти двигатели использовали его конденсат, чтобы всосать .

Для Ньюкомена этот тянущий эффект происходил под поршнем в цилиндре, при этом поршень перемещал балку вверх и вниз, что, в свою очередь, приводило в действие насос на всем протяжении шахты. Но двигатель Савери использовал эффект всасывания для непосредственного накачивания шахты. (Кстати, движок Савери, кажется, очень плохо понимается публикой, особенно по сравнению с движком Ньюкомена. Интересно, не способствовало ли это неправильному пониманию относительных достижений Аянза и Савери. двигатель работает, но почти все они совершенно неверны.Это единственный точный, который я смог найти.) Двигатели Савери должны были быть размещены вниз внутри самой мины , и никаких поршней не использовал. Вместо этого пар поступал в резервуар, который затем заливался холодной водой. Возникшая в результате конденсация означала, что сама шахтная вода засасывалась в резервуар, и только затем, как и в двигателе Аянца, пар снова поступал в резервуар, чтобы выталкивать воду вверх и из шахты через тонкую трубу.

Таким образом, Савери использовал как толкающую , так и тянущую силу пара , при этом один из резервуаров пропускал пар, а другой конденсировался. С другой стороны, машина Аянца использовала только толчок. В машине Аянза баки получали воду только будучи ниже уровня шахтной воды, которая сливалась, а не через какой-либо отсос. С другой стороны, Savery мог засасывать воду в резервуары на высоту до 8 метров. Действительно, Тапиа недвусмысленно понимает эту разницу. Аянц, пишет он, «не рассматривал возможность использования дополнительного источника давления — атмосферы».

И он не мог этого сделать, потому что Аянз возился с паровыми устройствами за десятилетия до того, как было достаточно изучено атмосферное давление. Это очень яркий пример того, как отсутствие науки ограничивало технологические возможности. Действительно, даже машина Савери, несмотря на ее большую сложность, оказалась технологическим тупиком. Одно время его использовали для водоснабжения Лондона, чтобы качать воду из Темзы, но без особого успеха. И это было невозможно в шахтах из-за физических ограничений того, насколько высоко он мог поднять воду. Эффект всасывания был ограничен весом воздуха — отсюда достижимый максимум около 8 метров — а эффект выталкивания имел множество других проблем. Чтобы увеличить толкающую силу пара, требовался один из двух методов: либо увеличение его давления, либо, как пытался Аянц, иметь цепочку резервуаров с водой на разных этажах, один наполняющий другой, но каждый из которых толкает под одним и тем же низким давлением. Однако оба метода были совершенно непрактичными, по крайней мере, в то время. Повышение давления обычно напрягало и ломало трубы и котлы, в то время как метод Аянца требовал огромного количества топлива для производства достаточного количества пара. Савери надеялся иметь несколько двигателей на разных этапах шахты, от одного к другому, но это также было бы невероятно дорого с точки зрения топлива и технического обслуживания (не говоря уже об опасном наличии такого количества двигателей под землей).

В конечном счете, Ньюкомен совершил прорыв, применив науку о вакууме гораздо более элегантным и практичным способом, чем это сделал Савери, но, по крайней мере, Савери был на правильном пути. У него было преимущество понимать природу воздуха, тогда как Аянз, будучи слишком рано, не мог. Аянц, возможно, изобрел паровой двигатель, но не атмосферный двигатель.

Если вам нравится мой информационный бюллетень, вас также может заинтересовать моя новая книга Искусство и разум: как Королевское общество искусств изменило нацию. А если уже читали, напишите пожалуйста отзыв!

История водяных машин HP

Эти разделы охватывают:

Водяные колеса
Водяные турбины
Другие водяные двигатели
Систематические исследования водяных двигателей
Поршневые насосы
винты Архимеда
Другие типы насосов
Двигатель Hydrovolve

Водяные колеса

Водяные колеса — это класс старых машин, которые разрабатывались с 2000 года.
годы. Первое упоминание о водяном колесе в сочетании с ковшовой цепью было
дано Филоном Византийским.

***image***
Автономная машина Филона для перекачки воды на
более высокий уровень. Хотя идея замкнуть цикл
и таким образом изобрести вечный двигатель кажется
очевидной, Филон не дает на это намека.

В классическом машиностроении водяные колеса характеризуются горизонтальной
ось. Мы в основном можем различать 3 типа водяных колес.

Водяное колесо с недоливом

Этот тип является самым древним. Витрув описал этот тип водяного колеса в
1 век до н.э. Его можно использовать везде, где есть быстротекущая река.
Его КПД составляет около 25%. В 19 веке этот тип колеса
дальше развивался. Особенно дизайн Понселе достиг эффективности
70%.

Водяное колесо с овершотом

Водяные колеса с овершотом используются с 14 века. Если они хорошо сделаны
а высота верхнего водохранилища позволяет использовать большой диаметр
колесо, возможен КПД до 75%, а иногда даже до 80%.

Центральное водяное колесо

Это самый последний тип, разработанный в 16 веке. это
компромисс между двумя базовыми конструкциями. В старых версиях было до
КПД 45%, современные типы могут достигать КПД до 75%.

Водяные турбины

Типичным конструктивным элементом водяных турбин является вертикальная ось.
Первые колеса такого рода были изобретены и изображены в конце шестнадцатого века.
век. Из-за формы лопаток их иногда называют ложками.
колеса . Разработка современных водяных турбин началась примерно в 1820 году.
В 1824 году французским инженером Клодом было введено выражение турбина .
Бурден.

	Этот тип водяного колеса с вертикальной осью восходит к концу шестнадцатого века. Самый ранний дизайн, который я мог понять, это один Джованни Бранка. Элемент конструкции был использован Jacopo Strada для рециркуляционной мельницы, которая, таким образом, стала первой БДМ с водяной турбиной. Позже Андреас Беклер переработал эту идею в середине семнадцатого века.
	Местами быстро бегущая вода в изобилии, даже примитивные турбины дожили до двадцатого века, как эти в австрийских Альпах. Их эффективность плохая, но достаточная для цели, которая в данном случае шлифовка мрамора.
	Современные турбины, такие как эта разобранная турбина Фрэнсиса (около 1880 г.) имеют высокий КПД 80%, иногда до 90%.

Другие водные двигатели

гггг

Систематические исследования воды
Двигатели

Во второй половине 18 века были проведены первые систематические исследования.
узнать, как работают водяные колеса и как повысить их эффективность с помощью
подходящий дизайн. Эпоха характерна для начала индустриального
революция. Мы должны иметь в виду, что Джеймс Уатт также проводил свои исследования
в то время работали над паровыми машинами.
Задача усовершенствования водяных колес была вызвана не только научным интересом;
а скорее коммерческий вопрос, который сделал хорошие источники энергии решающими для
процветающая обрабатывающая промышленность.

Поршневые насосы

Поршневые насосы — изобретение римлян. Они датируются 250 г. до н.э. Авторы
как Витрув и Герон Александрийский дают описания насосов и прочего
механизмы, в основе работы которых лежат цилиндры и поршни.

Всасывающие насосы Classic работают только в том случае, если вода должна быть накачана меньше, чем
ок. 10 м (=33 фута). В древности этот эффект объяснялся Аристотелем.

ужас vacui т.е. природа не терпит пустоты . Потребовалось до тех пор, пока
середине семнадцатого века до Евангелиста Торричелли, ученика Галилея
Галилей нашел правильное объяснение.

Винт Архимеда

Винт Архимеда — очень старый тип насоса. Современные исследователи считают
что название уместно, поскольку его можно проследить примерно до 250 г. до н.э.
Он был известен еще в Древней Греции и Риме и даже сегодня имеет большое практическое значение.
значение, хотя большинство людей не знают об этом, поскольку принцип часто
спрятаны в корпусах машин. Винты Архимеда используются для подъема воды.
для поливных целей. Поскольку устройство работает непрерывно, его можно эксплуатировать
проще, чем поршневой насос с прерывистым рабочим циклом.
В древности вращением насосов занимались рабы. До недавнего времени,
архимедовы винты использовались на Ближнем Востоке.


Поперечное сечение винта Архимеда		Орошение в Египте около 1950 г.

Принцип винта Архимеда также можно использовать для победы в механических
энергия. Часто идею приписывают Джованни Бранка, описавшему 1629 г.предшественник сегодняшних водяных турбин. На самом деле Леонардо да Винчи сделал
то же самое предположение уже около 1490 года. Он использовал этот принцип для
вечный двигатель!

Гидравлический поршень

***изображение***
Гидроцилиндр

Гидравлический таран изобрел Этьен Монгольфье, один из
знаменитые братья Монгольфье, проведшие первые успешные испытания с горячим
воздушный шарик. Гидравлический таран — замечательная машина, так как он может поднимать воду.
выше, чем расход проточной воды, который используется для питания машины. Этот
звучит парадоксально на первый взгляд и, кажется, открывает лазейку для рециркуляции
мельницы, но первый закон термодинамики требует своей дани.
Однако мне известен один патент, в котором гидроцилиндр предлагался в качестве центрального
элемент рециркуляционной мельницы.

***изображение***
xxx: Патент Франции №. хххххх.

Другие типы насосов

***image***
Шариковый насос Георга Агриколы

Двигатель Hydrovolve

Эта глава основана на двух книгах, которые были опубликованы примерно в 1920 году.
в Германии. Я не знал, куда поместить эту главу: сюда или в
Иллюстрированный исторический журнал не очень полезен
изобретения.


Das Buch der neuesten Erfindungen (Книга новейших изобретений)		Der neuzeitliche Maschinenbau (Современное машиностроение)

Гидродвигатель — немецкое изобретение, которое вовсе не ПММ, а
интересная техническая концепция с интересными недостатками. Принцип основан
на водяном колесе, приводящем в движение локомотив. Колесо питается от
воздушный канал, проходящий параллельно железнодорожным путям.

	Тяговый локомотив, вид сбоку
	Вид спереди на два тяговых локомотива, движущихся в противоположных направлениях
	Экспериментальный локомотив с гидромотором
	Форма внутренней и внешней лопаток турбины. Идея строительства представляет собой комбинацию махового колеса и радиальной турбины. Форма лопастей должны обеспечивать максимально возможное использование проточной воды сила.
	Двигатель гидровольва в разобранном виде

Глядя на эти машины, возникают некоторые вопросы:

куда уходит сточная вода? Нет ли риска залить рельсы и
повреждение подземной конструкции большим количеством воды, попадающей в
Это?
Может ли локомотив двигаться в гору?
Почему изобретатель не устроил железнодорожные пути параллельными террасами?
Таким образом, нижний локомотив мог использовать сточные воды от верхней машины.
Как обеспечивается постоянная подача воды?
Как достигается высокая мощность при низкой скорости? Это важно для тяговых двигателей.
когда поезд должен тронуться.
Как будет выглядеть стрелочный перевод?
Какую мощность может развивать локомотив этого типа? Стоит ли следовать
эта идея?

Последний вопрос дает представление о мышлении изобретателя. Он написал:

гггг

Совместное использование сифонного эффекта и турбины/водяного колеса должно дать ожидаемый результат.
сила. Если мы рассмотрим потенциальную энергию воды и предположим, что
это преобразуется на 100% в кинетическую энергию, которая передается на 100%
к колесам локомотива, мы можем вычислить этот пример:

скорость локомотива: 20м/с
сечение входа: 0,5м * 1м = 0,5м ² . Если мы посмотрим на
чертежи, это кажется оптимистичной оценкой
без потерь, расход 0,5м ² * 20м =
10м ³ /с возможно
высота 4м
P = (10000кг/с) * 4м = 40000кгм/с = 40кВт

которые составляют около 55 л. с. По сравнению с несколькими тысячами л.с., стандартный
«Локомотив», это, кажется, довольно плохой результат. Но стоп! какая
про динамику? Если паровоз едет по верхнему каналу, вода
нагнетается в направляющую трубку к турбине. Кроме того, эффект сифона
должен добавить мощности.

Моя первая догадка: это, кажется, вводит в заблуждение.

Есть эффект сифона, но перемещение воды на тот же уровень даст
без дополнительной мощности. Таким образом, высота сифона не влияет на
мощность, вырабатываемая машиной.
Правильно, вода нагнетается в трубку, но ее надо направлять, так что
будет сила, действующая в направлении, противоположном транспортному средству.
Мощность, обеспечиваемая машиной, не зависит от скорости воды,
так как количество на общую высоту важно.
Не имеет значения, если вода течет по тонкой трубке с высокой скоростью.
или толстая трубка на малой скорости.

Последнее обновление: 29 октября 2003 г.

Дом HP

История/Главная

WaterHistory.org

Водная инфраструктура средневекового Лондона

Нажмите здесь для
Версия в формате PDF (для печати)

РЕЗЮМЕ: Были элементы исторической системы водоснабжения и водоотведения Лондона, которые были
очень инновационный. В области водоснабжения выделяются две инновации: (1) вклад
частный капитал и предпринимательство к строительству и эксплуатации крупных проектов и (2) использование
водяные колеса под Лондонским мостом для питания насосов и подъема воды для муниципальных и коммерческих нужд.
Основным недостатком системы водоснабжения была ее чрезмерная зависимость от древесины и свинца. Эти
строительные материалы сделали его одной из первых жертв Великого пожара 1666 года. В районе сточных вод
и борьбы с загрязнением, ключевым нововведением стало принятие творческих законов, направленных на улучшение
санитарии и контролировать поток загрязняющих веществ. К сожалению, не было четкого разделения
между системами водоснабжения и водоотведения. Это привело к серьезному загрязнению некоторых систем водоснабжения Лондона.
источники.

ВВЕДЕНИЕ

Сообщается, что Великий пожар 1666 года начался в темном узком переулке в старой части
город недалеко от Лондонского моста. Он распространялся гораздо быстрее, чем городские власти были в состоянии контролировать.
Первые впечатления от пожара не всегда были точными. Сэмюэл Пепис в своем знаменитом дневнике пишет, что он
был разбужен служанкой, которая сообщила ему о пожаре в городе. Он встал с кровати и подошел к окну
для осмотра места происшествия. Убедив себя, что огонь не представляет угрозы, он вернулся в постель. Пепис
Впечатление от Великого пожара вскоре изменилось.

Для студентов, изучающих лондонскую инфраструктуру, Великий пожар представляет собой важный ориентир. Разрушение
вызванный адом, был настолько полным, что немногие из светских зданий в старой части сохранились. Нет
Огонь разрушил не только здания, но и большую часть городской инфраструктуры. А
Крупный пожар всегда является серьезным испытанием для водопроводных систем, но в эпоху деревянных и свинцовых труб, деревянных водяных колес,
деревянные двигатели, деревянные насосы и цистерны, облицованные свинцом, это также представляло угрозу целостности водных сооружений.
Поскольку разрушения, вызванные Великим пожаром, были настолько разрушительными, он представляет собой удобную конечную точку для
обзор исторической водной инфраструктуры Лондона.

Чтобы помочь понять лондонские водные системы, в этом документе будут рассмотрены: (1) общая эволюция
кулинарные и канализационные системы; (2) влияние различных систем на повседневную жизнь; (3) операция и
проблемы обслуживания систем; и (4) общие технологические достижения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Различные письменные материалы из первых рук о коммунальных услугах, связанных с водоснабжением, и общих условиях жизни в
Лондон доступен. Однако, в отличие от Древнего Рима, не существует большого количества археологических свидетельств, подтверждающих
рисовать (Граймс, 1968). В Лондоне сохранилось несколько светских средневековых зданий.
в данный момент. Великий пожар очистил большую часть города и подготовил его к перестройке сэром из камня и кирпича.
Кристофер Рен и другие (Дорн и Марк, 1981). Кроме того, многие из
здания, пережившие пожар, не выдержали радикальных реконструкций девятнадцатого века. За
например, Лондонский мост был снесен в 1831 году.

Из-за недостатка структурных остатков письменные записи являются основным источником информации.
Город, компания и другие записи дают замечательную информацию об этом периоде. Эти записи были
исчерпывающе рассмотрены такими историками-специалистами, как Хоум (1931),
Радден (1985), Сабина (1937),
и Белл (1951), и эта статья во многом основана на их работе.

Самый известный отчет из первых рук о жизни в середине семнадцатого века предоставлен Сэмюэлем Пеписом.
Его пространный дневник, написанный стенографией, содержит подробные описания жизни человека.
в свои 20 и 30 лет занимался важной государственной службой. Пепис был высокопоставленным бюрократом в
английского правительства, который был свидетелем главных событий своего времени, включая крупные изменения в правительстве,
разрушительная вспышка чумы, Великий пожар и война с Голландией. К счастью для нас, Пепис был
наблюдательный и красноречивый. Его описание Великого пожара — одно из самых пронзительных произведений в истории.
Английский язык.

Рис. 1. Сэмюэлю Пепису было 33 года, когда он позировал для этого портрета в 1666 году, в год Великого пожара (Национальная портретная галерея, Лондон).

Рис. 2. Гравюра изображает тяжело закутанного Пеписа, незаметно пробирающегося по улицам Лондона во время Великой чумы 1665 года. (Коллекция Грейнджер).

Пепис в своем дневнике был предельно честен и выставлял на всеобщее обозрение свои недостатки. Из-за его
замечательная откровенность, непреодолимая атмосфера спального фарса цепляется за него. Он описывает свои супружеские измены
в странной мешанине языков, которая никого не обманывает. Описывая одно увлечение, он писал: «был мон
plaisir avec elle». Но его личное поведение не должно умалять его вклада как летописца.
Как Олланд (1974, с. 19) указывает, величия не должно быть
определяется настолько узко, что несовместимо «с сознательным выставлением себя на посмешище».

СРЕДНЕВЕКОВЫЙ ЛОНДОН

Город, погибший в Великом пожаре, был не просто Лондоном эпохи Сэмюэля Пеписа, а городом
намного старше. Город, прочно укоренившийся в Средневековье.

Лондон в начале тринадцатого века был небольшим поселением, расположенным на северном берегу Темзы.
Река. Включая соседние районы, в нем проживало скромное население в 40 000 человек. К 1666 году лондонцы
насчитывала более полумиллиона человек. Город был самым большим в Европе и, безусловно, самым большим городом в
Англия. Бристоль, второй по величине город страны, имел население всего 30 000 человек. В отличие от
В других странах Англия имела только одну столицу, и то огромную. Вся экономика г.
Англия находилась под властью Лондона; в городе был действующий порт, который обрабатывал четыре пятых грузов страны.
внешняя торговля.

Лондон развивался очень незапланированно. На расширение города повлияла его география, в частности
его водные пути. За городскими стенами на севере была болотистая местность, известная как Мавры, истоки
Уолбрук, протекавший через центр города. Ручей вместе с определенным дренажем
рвы, подводившие воду к рву вокруг городской стены. За стенами в западном пригороде текла
больший Флит Стрим.

Рис. 3. Средневековый Лондон (из Вуда, стр. 6).

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

В пределах городских стен дома выстроились в длинные непрерывные ряды между соседними улицами,
которые обычно были узкими и покрыты булыжниками. Улицы города, темные и зловонные,
были извилистыми и узкими. Фахверковые дома, стоящие фронтонами к улицам,
были двух-, трех-, а иногда и четырехэтажными, и часто каждый этаж выступал за пределы первого.
ниже. Историки называют две причины нависания. Белл
(стр. 11) говорится, что здания были построены таким образом, «чтобы обеспечить защиту от непогоды». Деруэнт
(стр. 8) предполагает, что верхний этаж выступал за нижние этажи, поэтому выступ уравновешивал
содержание здания и предохраняют полы от провисания. Когда здания с навесами были многоквартирными домами,
семьи, живущие в верхних квартирах, должно быть, сочли удобным избавляться от нежелательных отходов, выбрасывая
их через окна на улицы внизу (рис. 4).

Более широкие улицы имели два желоба, по одному с каждой стороны дороги и отделяли ее от пешеходных дорожек.
рядом с домом. На более узких улицах по центру улицы шла одна-единственная желоба.
Поток воды в этих каналах был постоянным, поскольку в нем содержалась дождевая вода, стекающая из
крыши и земля, избыточная вода из многочисленных колодцев и родников и большая часть помоев из многоквартирных домов.

Исторический Лондон зависел от реки Темзы в том смысле, что современные жители сочли бы
трудно понять. Лондонская жизнь была сосредоточена вокруг его прекрасного, но загрязненного водного пути.
насколько жизнь Венеции была сосредоточена вокруг Гранд-канала. Открытый и широкий, с сотнями двухвесельных
паромы, река была главной улицей Лондона. Вдоль его берегов тянулась изломанная полоса домов, промышленных предприятий,
и посадочные площадки.

Лондонский мост был одним из самых выдающихся сооружений средневекового Лондона. Хотя реки были широко
используемые для транспорта, они также были барьерами, с которыми приходилось сталкиваться наземным путешественникам. Форд и
паромные переправы могут быть опасны, особенно при высоком течении реки; Таким образом, мосты, хотя и немногочисленные и
далеко между, стали важными коммерческими и социальными сайтами. Был мост через Темзу в
Лондон со времен Римской империи. В начале тринадцатого века каменный мост с двадцатью арками
был построен через р. Со временем вдоль моста построили дома и магазины.
(Рисунок 4), как и два из тринадцати общественных туалетов города.
В арках моста размещались водяные колеса, которые приводили в действие водяные насосы и кукурузные мельницы. До
В середине семнадцатого века Лондонский мост был единственным сооружением, пересекающим Темзу.

Рис. 4. Вид средневекового лондонского многоквартирного дома в представлении художника (справа). Сохранение свеса
полы от провисания (слева). Кухонные и ванные помои часто выбрасывались вторыми и
Окна третьего этажа выходят на улицу внизу.

Рис. 5. Представление художника о Лондонском мосту около 1600 г. Первая арка на севере использовалась для водяного колеса, а первые две арки на юге были заняты колесами кукурузных мельниц (Дома, 19).31).

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

В средние века в тех частях Лондона, которые находились у Темзы, нередко
используют реку в качестве основного источника кулинарной воды. Вдали от реки дома строились в основном
где были слои гравия или суглинка. Эти русла обеспечивали хорошее водоснабжение неглубоких колодцев до тех пор, пока
рост населения привел к заражению.

За городом было также несколько родников с хорошей питьевой водой.
Фитцстефенс, летописец тринадцатого века, выражает недовольство количеством пьяниц и
целомудрие городских женщин, но хорошо отзывался о воде. Он записывает, что недалеко от Лондона были
фонтаны, льющиеся сладкой и полезной водой.

В начале тринадцатого века прирост населения сделал существующее водоснабжение
недостаточный. Разрешенное в 1236 году строительство Великого трубопровода было начато в середине века. Трубы
соединил источник в Тайборне с Большим домом трубопроводов в Чипсайде. (Термин «кондуит» использовался
в основном для обозначения цистерн в конце системы.) Всего было построено двенадцать систем трубопроводов.
В Лондоне. Все они были похожи по конструкции. Головка трубопровода располагалась возле природного источника.
а вода из источника использовалась для наполнения ближайшей цистерны или резервуара. Из цистерны вода
протекал по трубам на расстояние в милю и более. На конечной остановке вода хранилась в большем
цистерна, оборудованная кранами или кранами для подачи воды.

Водопроводные дома использовались не только для хранения и подачи воды, но и служили второстепенным
служат рекламными щитами для морального обучения. Когда король Яков I проезжал через Лондон при вступлении на престол
к трону проводники были украшены безвкусными стихами. На трубопроводе в Чипсайде был
следующая песенка:

Жизнь — шлак, искра, пядь
Пузырь: а ведь как горд человек!

Каналы были очень популярны во время крупных фестивалей. В англо-саксонских хрониках упоминается
Чипсайдский канал (цитируется по Foord, 1911, с. 253):

В этом году приехал король Эдуард I и его жена из Святой Земли,
и были коронованы в Вестминстере в воскресенье, следующее за
праздник Успения Богородицы; Трубопровод в Чепе пролегал
целый день с красным и белым вином, чтобы пить, для всех тех, кто
пожелал.

Эта примечательная традиция, кажется, затерялась в складках истории.

Одной из причин проблем в водопроводных домах было «предполагаемое» чрезмерное использование воды коммерческими и
промышленные пользователи. Городские записи содержат многочисленные записи, подробно описывающие трудности, с которыми
власти имели с проводниками. В конце концов, возникла необходимость назначить хранителей трубопроводов,
и их главная обязанность заключалась в том, чтобы не допустить кражи воды в коммерческих целях. В начале
четырнадцатого века было решено, что пивовары, повара и торговцы рыбой должны платить по своему усмотрению
хранителя водопровода за воду, которую они использовали.

Состоятельные лондонцы, живущие рядом с трассой трубопровода, иногда получали разрешение принести
соединение или «перо» в свои дома. Вода якобы подавалась только в жилища счастливчиков.
достаточно иметь официальное разрешение, но иметь проточную воду было так желательно, что лондонцы нелегально
постучал по трубопроводам. В 1478 году мужчина был осужден за то, что подключил водопровод, проходивший мимо его дома.
и подача воды в его личный колодец. Виновник предстал перед городскими властями и наказан в
соответствующим образом. Его посадили верхом, а на голове у него был сосуд в форме трубопровода.
На каждом городском водоводе он должен был заявить о своем преступлении, пока вода из сосуда
капала ему на лицо.

Вода поставлялась в отдельные домохозяйства перевозчиками, обычно называемыми «кобами», чей бизнес
заключалась в доставке воды из реки или водоводов потребителям. Некоторые водоносы ходили по улицам
с большой кружкой на плечах, другие несли две трехгаллонные деревянные бочки, подвешенные к
плечо-хомут. Лондонские водоносы были организованы в гильдию или союз. Около 1600 года,
лондонские водоносы представили в палату общин петицию, в которой
заявил, что их и их семей насчитывалось 4000 человек.

Петиция водовозов дает интересный взгляд на проблемы эксплуатации и обслуживания.
связанный с лондонской трубопроводной системой. Они жаловались, что (как цитирует Фурд,
1911, с. 276):

. . . большая часть воды берется и хранится из указанных трубопроводов
в Лондоне многими частными филиалами и членами, и вложены в частные
жилища, которые также приходят в негодность, к всеобщему недовольству
граждан, а все остальные ремонтируются к тому же. . .

В петиции приводятся различные случаи незаконных связей. Результатом этих нарушений было лишение воды
носители большей части средств к существованию.

По мере того, как воды в водопроводах становилось все меньше, «кобы» не могли обеспечить своих клиентов достаточным количеством воды. Это привело к спорам
между отдельными перевозчиками, что иногда приводило к насилию. Об их бедственном положении рассказывает домашний куплет:

У водовода, стремящегося к своей очереди
Ссора разрастается великая
Что с оружием в руках они наконец
И друг друга бьют.

Приходилось издавать специальные приказы против использования оружия, чтобы обеспечить себе первое место на кранах.

Жители и коммерческие предприятия, расположенные вблизи Темзы, продолжали использовать реку для
кулинарное снабжение. Использование речной воды имело свой уникальный набор проблем. Сообщалось, что за год
что «прилив с моря преобладал до такой степени, что вода Темзы была соленой; настолько
так что многие люди жаловались на вкус эля, как на соль».
с реки в определенные периоды отливов, подобная жалоба могла быть подана в любое время.
В 1343 году жители, жившие вдоль улиц, ведущих к Темзе, пытались перекрыть улицы и извлечь
пошлина со всех, кто идет к реке за водой. Помимо проблем с доступом, основная проблема, которая преследовала
Темза была загрязнена от скопления навоза на берегах рек и от прямых сбросов
в реку.

Шестнадцатый век ознаменовался началом первой промышленной революции в Англии и бурным ростом
среди населения Лондона. Эта первая революция, сделавшая Англию ведущей промышленной державой в
Европа продолжалась до эпохи Великого пожара (Браудель, 1984).
По мере того как Лондон рос, городские власти стали беспокоиться об адекватности лондонского кулинарного водоснабжения.
Но, как и многие современные власти, они не решались строить обширные проекты общественных работ. Они
были готовы передать ответственность за проекты водоснабжения частным лицам, которые были
заинтересован в получении прибыли. Капитализм пришел в бизнес водоснабжения. Работы двух
личности — Питер Морис и Хью Миддлтон — производили особенно сильное впечатление.

ПИТЕР МОРИС

Лондонская вода текла от источника к водопроводу под действием силы тяжести.
Если воду нужно было брать в гору из реки, ее возили в бочках или водовозами.
Эта ситуация начала меняться в 1580 году, когда голландец по имени Петер Морис подал заявление в город.
чиновников за разрешение построить водяное колесо и насосы под одной из арок Лондонского моста.
для снабжения города питьевой водой. Он продемонстрировал силу своего
насос, нагнетая струю воды над шпилем церкви Святого Магнуса (находится недалеко от Лондонского моста).
Это настолько впечатлило городских властей, что они предоставили Морису в аренду на 500 лет одну арку. Был в
первое противодействие городских водовозов. Это препятствие, наряду с ранними проблемами проектирования, было
преодолеть, и в конце концов Морис получил в аренду две дополнительные арки. Сначала вода была
подняли в дом трубопровода в Лиденхолле, но со временем его распространили на другие районы города.
На рис. 6 показаны гидротехнические сооружения Мориса под северной аркой моста.

Водяные колеса Мориса и другие механизмы были уничтожены во время Великого пожара 1666 года, и у нас нет
описание их, но их заменил его внук, а эти водяные колеса остались под
мост до начала девятнадцатого века. В 1731 году было опубликовано описание существующей техники.
опубликовано в Philosophical Transactions of the Royal Society. Три водяных колеса работали 52
водяных насосов, одно водяное колесо работало 12 насосов, другое 8, а третье 16. Колеса могли поворачиваться в
в любом направлении, чтобы их мог нести прилив и отлив; насосы перестали работать
на короткое время, когда прилив изменился. Эти насосы были рассчитаны на подачу 132 120 галлонов в час.
на высоту 120 футов.

Из судебного разбирательства после Великого пожара мы знаем, что гидротехнические сооружения Мориса приносили прибыль. После
огонь, Мэри Морис, вдова некоего Джона Мориса и бенефициар по его завещанию, подала в суд на своего зятя
Томас, попечитель поместья. Фома из-за пожара пытался уклониться от уплаты Марии ее наследства,
что было первым обвинением в прибыли водопроводных сооружений, и петиция была подана для обеспечения соблюдения
оплата. Показания, данные на суде, показали, что водный бизнес был очень прибыльным.

Рис. 6. Художественная концепция гидротехнических сооружений под одной из арок Лондонского моста.

СЭР ХЬЮ МИДДЕЛТОН

Какими бы впечатляющими ни были водяные колеса Мориса, его достижения затмил сэр Хай Миддельтон.
и его строительство канала для доставки воды в Лондон из Херфордширских источников Чедвелла и
Амвелл, на расстоянии почти 60 километров. Этот инженерный подвиг, начатый в 1609 г. и законченный в 1613 г.
был настолько смелым и тщательным по замыслу, что источник «Новая река», как его стали называть, до сих пор используется
сегодня составляет ценную часть водоснабжения Лондона.

Строительство «Нью Ривер» — одно из легендарных подвигов Лондона. Сэр Миддлтон был валлийцем,
шестой сын губернатора замка Денби. Переехав в Лондон, он накопил большое состояние в качестве
торговец, ювелир и банкир; он был членом парламента; и традиция приписывает ему
продвижение обычая курить табак, попыхивая с другом сэром Уолтером Рэли.

Городское правительство Лондона получило право построить «Новую реку», но колебалось. Ан
предыдущая попытка реализации аналогичного проекта закончилась неудачей, вызвав робость у городских властей.
Однако Миддлтона это не остановило. Если бы мэр и жители Лондона этого не сделали, то
он бы. Всего за несколько лет до этого разразилась чума, унесшая более тысячи жертв.
в течение недели. Он чувствовал, что запас чистой воды для Лондона был необходим.

Работа была начата в апреле 1609 года, и возникшие трудности не удивили современника.
планировщики водных ресурсов. Помещики умоляли, чтобы их луга превратились в болота из-за
просачивание из канала, и что скот и люди утонут в канаве. Myddelton встретил все сопротивление
решительно с головой. Но его финансы были несоразмерны напряжению. В 1610 году только с каналом
частично завершен, работы остановлены, и строительство практически остановилось на 2 года.
оппозиция обратилась в парламент.

Чтобы снова запустить проект, Мидделтон обратился к королю.
день. Миддельтон нуждался не только в финансовой поддержке, но и в борьбе с землевладением.
противодействие его проекту. Король согласился оплатить половину стоимости проекта, а взамен
он получит «навсегда половину прибыли». Чтобы привлечь дополнительный капитал, Myddelton
сделал то, что сделали бы современные предприниматели, он выпустил акции. В итоге он набрал 29инвесторы или
«авантюристы».

После королевских и частных инвестиций и провала оппозиции в парламенте строительство
был возобновлен. В день Михайлова дня, 1 декабря 1613 года, в присутствии городских сановников ворота были
открылся, и вода из «Нью-Ривер» попала в лондонские водохранилища. На мемориальном камне в Амвелле
являются слова: «Бессмертное творение — поскольку люди не могут более близко подражать Божеству, чем в даровании
здоровья».

«Новая река», канал шириной 10 футов и глубиной 4 фута, следовал очень извилистым 60-километровым курсом.
(около 30 километров по прямой). Акведук имел более 40 шлюзов, и его пересекали более 200 человек.
мосты. Там, где дороги должны были проходить под «Новой рекой», вода подавалась в деревянных желобах, обшитых
ведут и поддерживаются арками. Самый известный надземный участок акведука пересекал ручей, который
имел свой источник в Энфилд Чейз; кирпичная арка не только поддерживала канал, но и
дорога вдоль стороны.

Доставка воды в Лондон была дорогостоящим делом, как и строительство водопровода.
система. Однако горожане не спешили платить за новую воду. Кроме того, «Новая река» была
имея трудности с вандализмом, проблема, которая продолжалась веками (как цитируется в
Рудден, 1985, с. 23):

(Есть) множество злоупотреблений и правонарушений, совершаемых ежедневно и постоянно в и
на указанной реке («Новая река») непристойными и недоброжелательными людьми, в
перерезать берега и спустить указанную воду, к неудобству
и предубеждение tennantes, бросая собак и грязь, и позволяя
канализации и другой птицы и нечистой воды, к неудовольствию упомянутого
вода; ломать и убирать мосты, своды и балки
стоя на реке, беря и вынося воду из указанного
реку в ликерных тележках, кадках или бочках, и крадя ветки и
краны из труб вместе со многими подобными оскорблениями и неприятностями. . .

Несмотря на большие расходы, в 1615 году к системе было подключено всего 384 пользователя, и они
приносил компании мизерный доход. В целях увеличения доходов были предприняты попытки
давление на граждан, чтобы они брали воду из «Нью-Ривер». В город было направлено письмо с просьбой
корпорация использует свои полномочия, чтобы потребовать принудительной покупки новой воды. Письмо было
получено, но не было предпринято никаких попыток заставить отдельных лиц подключиться. Несмотря на некоторые неуклюжие усилия,
только в 1633 году — через 20 лет после открытия — прибыль начала поступать в
акционеры New River Company.

К 1619 году — году основания компании — количество арендаторов превысило 1000 человек.
а воды из источников было недостаточно. Было решено использовать близлежащую реку Леа.
построение отводной конструкции на ручье. Поскольку Леа была важным водным путем в Лондон,
речной лодочник был по понятным причинам расстроен. В знак протеста они сняли плотину, которая была немедленно
перестроен. Споры закипали, и в 1670 году король назначил комитет для разрешения спора. Один из
членами комитета был молодой Кристофер Рен. Комитет полностью реабилитировал
компания: «трубы отходят от судоходной реки (Леи) около одной части тридцати частей, которые
кажется нам очень мало вредным для судоходства и который не мог бы уменьшить течение реки на полдюйма».
Они обнаружили, что проблемы с навигацией были вызваны тем, что мельники углубили свои выемки, чтобы
больше воды, чем им было нужно, и, когда это мешало судоходству, выпускали воду в
«прошивают» но ценой: «за деньги помогают тем, кого сначала вывели из строя».

До 1805 года New River Company не могла подавать воду на первом этаже в любой части Лондона.
Все водопроводы были деревянными, а воду отключали на ночь, чтобы не было отходов.
существенный. (В случае возникновения пожара необходимо было отправить к начальству «Новой реки» с
инструкции по включению воды.) Не менее четверти запаса воды было потеряно из-за
протечка и разрыв деревянных труб. Несмотря на трудности, связанные с использованием деревянных
трубы, они продолжали использоваться до середины восемнадцатого века. Нередко оставляли трубы
над землей. Мэтьюз («Hydraulia», 1835 г., как отмечено в Foord, 1911) перечисляет две важные причины
оставлять трубы открытыми: надземные трубы были дешевле, а поиск утечек в подземных трубах
было сложно. Однако видимые части труб создавали соблазн как для юридических, так и для
незаконные соединения.

Компания Хью Миддлтона со временем стала важной экономической силой в Лондоне. В 1695 г.
тремя компаниями с крупнейшим капиталом были Ост-Индская компания, Банк Англии и Нью-Йорк.
Речная компания. До 1904, Общество существовало как частное коммунальное предприятие, а затем, когда вся
Водоснабжение Лондона перешло к Столичному водному совету, оно было переведено в современный
имущественная компания для управления своими значительными земельными владениями.

СТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

В средневековом Лондоне было не менее 13 общественных уборных, и все они были построены над ручьями и реками.
Раннее строительство таких общественных объектов, по-видимому, было сделано не только для удобства
временное деловое сообщество, но и для домовладельцев и арендаторов, которые не имели доступа к частной
уборные. По-видимому, жилищные проекты нередко имели неадекватные условия.

Констебль в 1579 году определил, что 57 домовладений на Тауэр-стрит, в которых проживало 85 человек,
всего три туалета. Владельцы многоквартирных домов обычно предусматривали только одну большую общую уборную для
обслуживать группу арендаторов. Иногда, однако, не предусматривалось даже одной общей уборной. Например,
расследование 1421 года сообщило, что все многоквартирные дома, принадлежавшие некоему Ричарду Кларку, были без уборных.
Это, несомненно, побуждало жильцов выбрасывать свои отходы на улицу, создавая неудобства для жителей.
пешеходный трафик. Те лондонцы, которым посчастливилось, имели частные или получастные уборные.
Обычно они располагались над текущим ручьем, рвом или выгребной ямой.

Выгребные ямы, которые время от времени заполнялись дезодорирующим древесным углем, предположительно очищались
уборщица. Отходы из выгребных ям и улиц либо вывозились на свалку за чертой города
стены или на берегу Темзы. Рисунок 7 иллюстрирует поток загрязняющих веществ в средневековом
Лондон. С берегов рек часть отходов и нечистот вывозилась из города в навозе.
лодки, часть отходов использовалась для удобрения полей.

В Средние века Темза оставалась основным источником кулинарной воды. И все же это
был загрязнен из нескольких источников: (1) кучи навоза; (2) отказ от судов; (3) приток из притока
потоки; и (4) городской сток. В 1598, Хойцнер, немецкий путешественник, отмечал, что горожане мыли
их одежда в реке и ее неприятные запахи были на их одежде.

В 1347 году в ответ на королевский указ был издан указ, запрещающий бросать
мусор, землю, гравий или навоз в Темзу, флот или городские ручьи. Такая грязь
должны были быть вывезены куда-нибудь за город на телегах, как и раньше, или же граблями (средневековые мусорщики)
в места, где его бы сажали в навозные лодки, «ничего не бросая в Темзу для спасения
тела реки. . . а также для предотвращения загрязнения, которое увеличивается в воде и
на берегах Темзы, к великой мерзости и ущербу для людей».0014

Реки, протекающие через Лондон — Уолбрук и Флит — постоянно становились местом сброса.
Walbrook несколько раз становился объектом кампаний по очистке и антидемпинговых постановлений. в
начале четырнадцатого века стало довольно распространенной практикой строить отдельные туалеты над
Уолбрук. Однако к 1345 году те люди, которые были пойманы с такими удобствами, были вынуждены их убрать.
Однако к 1374 году отношение изменилось, и это стало общепринятой практикой домохозяев по всему миру.
Уолбрук построить уборные над ручьем и заплатить за это право. К 1388 году уборные были
разрешено до тех пор, пока никакой другой мусор не будет сброшен в Уолбрук. Однако в конце концов все
уборные над ручьем снова были упразднены. К семнадцатому веку урбанизация настигла
с Уолбруком, поскольку он был спрятан под землей и почти не нужен.

Важным аспектом любой попытки очистки или управления остатками, будь то современная или средневековая, является
законодательство и правоприменение. Средневековые законы Лондона были на удивление продвинутыми. Многочисленные законы были
принят запрет на разного рода замусоривание и загрязнение окружающей среды. Предполагалось относительно высокие штрафы.
взиматься при их нарушении. В 1280 году был издан указ, согласно которому граждан, выбрасывающих мусор,
на улице подлежит штрафу. Хотя изначально штрафы были небольшими, их постепенно увеличивали.
Закон также был расширен и теперь включает как водные отходы (кухонные и писсуары), так и твердые. Система для
награда осведомителям была встроена в закон в 1414 г. Однако, несмотря на достаточно масштабные городские усилия,
распоряжения часто не выполнялись. Можно сделать вывод, что Лондон время от времени впадал в
довольно грязное состояние.

Большая часть грязи, скопившейся на улицах, была пристанищем для крыс. Эти крысы несли
чумная палочка. В середине четырнадцатого века чума пришла в Европу из Азии. Это вспыхнуло
много раз в Лондоне между 1349 и 1665 годами. В 1349 году одна треть жителей города умерла или
покинул город. Когда разразилась чума, системы канализации вышли из строя. Мы уверены, что Лондон
1349 был грязным. В том же году король Англии написал письмо мэру Лондона.
протестуя против того, что нечистоты выбрасываются из домов днем и ночью и что городские улицы грязны
с человеческими фекалиями.

Рисунок 7. Поток загрязняющих веществ (слева направо) в Лондоне. Конечными пунктами назначения большинства отходов были река Темза, грунтовые воды, складские площадки (места захоронения твердых отходов) и сельскохозяйственные угодья. Особенно смущает тот факт, что Темза и подземные воды были основными источниками питьевой воды.

ВЕЛИКИЙ ПОЖАР

Катастрофические события произошли в Лондоне середины семнадцатого века. Город снова созрел для эпидемии:
плохие санитарные условия были проблемой; периодически возникала нехватка продовольствия; и эпидемия чумы двигалась
по всей Европе. Пепис в октябрьской записи 1663 года отмечал, что «чума в Амстердаме очень распространена, и мы
опасаясь его здесь». Корабли из Голландии в Англию были помещены на карантин. В декабре 1664 года один человек
в Лондоне умер от чумы; в апреле 1665 г. — два; а в мае 43 умерло. И так росло до горячего
Лето с небольшим дождем и небольшим стоком для очистки улиц от грязи способствовало распространению
от страшной болезни. «На этой неделе, — писал Пипс в августе, — умерло 7,496, из них 6 102
чумы». Всего около 70 000 лондонцев, седьмая часть населения Лондона, умерли от чумы в
1665. Очень многие бежали из города. Описывая ослабленный статус Лондона, Пепис отмечает, что «два
магазины в трех, если не больше, вообще закрылись».

Едва утихла чума, как в сентябре 1666 г.
Огонь. Он длился 4 дня и разрушил две трети центральной, старой части города.
коммерческая площадь сгорела дотла; но политический город — Вестминстер — был спасен. Среди
потерянными постройками были собор Святого Павла, 87 приходских церквей, Ратуша и 44 ливрейные компании.
залы. Было разрушено около 13 200 домов и 200 000 остались без крова (Безант,
1903, с. 252).

Обстоятельства сложились так, что пожар стал катастрофическим событием. Лондон долго переживал
засуха. Поток родников, питавших городские водоводы, сильно сократился. Колодцы, еще
многочисленные в городе, были низкими. Кроме того, почти все дома были сделаны из дерева и плотно прилегали друг к другу.
вместе; склады и склады были полны масла, смолы, пеньки, льна и других горючих товаров;
сильный ветер переносил огонь с крыши на крышу и с улицы на улицу; и не хватало
организация и оборудование для борьбы с огнем.

Системы водоснабжения Лондона, как выяснилось, были не в состоянии помочь в тушении или
борьба с крупным пожаром. Пламя, когда оно началось с Лондонского моста, заставило деревянную воду
система Питера Мориса вышла из строя. Но, что хуже всего, было много недальновидных
небрежность. В растерянности и суматохе первых часов пожара не было авторитета.
уважаемый. Чтобы добраться до деревянных водопроводных труб, рвали дороги. Трубы были перерезаны так, что огонь
ведра можно было наполнить. Перерезание труб ради сиюминутной выгоды оказалось сильно затруднительным
долгосрочные усилия по тушению пожаров. Вскоре вода в некоторых местах стала пропадать, а трубы и цистерны были выведены из строя.
просушить в тех местах, где больше всего нуждались в воде.

После предварительного осмотра места пожара со стороны Лондонского Тауэра и с лодки на
Река Темза, Пипс доложил королю. Пепис рекомендовал сносить дома
обеспечить противопожарный разрыв. Король приказал Пепису пойти к мэру и приказать ему не жалеть дома.
но снести все, что требовалось. Пепис (1978,
п. 121) отчет о его встрече с мэром дает ощущение отчаяния на месте происшествия:

. . . Наконец-то встретил лорд-мэра на Каннинг-стрит. . . с жакетом на шее.
На послание короля он воскликнул, как женщина в обмороке: «Господи, что я могу сделать? Я истощен! Люди будут
не подчиняться мне. Я сносил дома. Но огонь настигает нас быстрее, чем мы успеваем». Что
ему больше не нужны солдаты; и что сам он должен пойти освежиться, так как не спал всю ночь.
Так что он оставил меня, а я его, и пошел домой, видя, что люди все почти рассеяны и ни в чем не нуждаются.
используется для тушения огня. Дома тоже, такие густые вокруг и полные материала для сжигания,
как смола и деготь на Темз-стрит — и склады масла, вина, бренди и прочего. . .

Четыре дня Великий пожар терроризировал Лондон.

Рис. 8. Великий пожар, «ужасное злонамеренное кровавое пламя», по словам Пеписа, заставил охваченных паникой горожан карабкаться в речные лодки (Художественная библиотека Бриджмена, Нью-Йорк).

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его.

После Великого пожара город отстроили не красивее, а основательнее. Королевский
порядок, кирпич и камень заменили дерево в качестве материала построек; выступающие верхние этажи исчезли;
и улицы стали шире и прямее. Препятствия, подобные Великому Каналу, который был
разрушенные пожаром, были удалены, чтобы обеспечить более свободное движение транспорта.

После пожара санитария улучшилась, и в Лондоне больше не было вспышек чумы. Показалось
Естественно предположить, что своим спасением лондонцы обязаны аду. Они обязаны своим сопротивлением
чума к реконструкции, последовавшей за пожаром; кирпичные дома и широкие улицы без мусора
заменили деревянные многоквартирные дома и темные переулки. МакЭведи (1988), однако,
не принимает эти объяснения. Одна из причин: «другие города Европы, такие как Париж и Амстердам,
в тот же период избавились от чумы — явление, которое нельзя было связать с Великим пожаром в
Лондон». Он предполагает, что мог развиться новый вид чумной палочки, который был менее
действует как вакцина, придавая инфицированным людям иммунитет к более вирулентным штаммам.

ВЫВОДЫ

По мере того, как Лондон вырастал из Средневековья, его население стремительно росло, что требовало эволюции городского
инфраструктура, связанная с водой. Развивающиеся водные системы были во многом продуктом своего времени.
Основные достижения были достигнуты частными лицами, у которых было видение и которые были готовы рискнуть.
столица.

Изучая лондонские системы водоснабжения, легко впасть в слезливость. Один из биографов Лондона
(Стивенс, 1939, стр. 179) задает риторический вопрос:

Это экстравагантно или сентиментально предположить, что иногда при включении
нажмите, мы должны увидеть перед мысленным взором картину Миддлтона верхом на лошади, обозревающего великий
окоп от Амвелла до Клеркенвелла, «кобы» дерутся за место в трубопроводах, или Моррис
(Морис) уговаривает отцов города сдать ему в аренду арку Лондонского моста.

Хотя достижения Миддлтона и Мориса были значительны и их не следует преуменьшать,
их основные мотивы и масштабы проектов существенно не отличались от других
предприниматели эпохи. Они заполняли пустоту, образовавшуюся из-за бездействия городских властей.
важные нововведения периода касаются частной разработки крупных проектов и использования
водяных колес (уже широко используемых в других областях) для привода насосов, поднимающих воду для
муниципальное использование.

Изучая исторические системы сточных вод Лондона, слишком легко быть критичным. это
слишком легко для историков судить по современным стандартам чистоты и санитарии. Если
эти системы оценивались в соответствии с их собственными целями и идеалами чистоты, они, вероятно,
не так уж и плохо. Следует помнить, что лондонцы той эпохи ничего не знали о бактериях, вирусах,
и другие микробы.

ССЫЛКИ

Белл, Уолтер Джордж. 1951 (впервые опубликовано в 1920 г.). Великий лондонский пожар 1666 года ,
Бодли-Хед, Лондон.

Безант, сэр Уолтер. 1903. Лондон во времена Стюартов ,
Лондон.

Бродель, Фернан (перевод Сиан Рейнольдс). 1984. Цивилизация
и Капитализм, Том III , Харпер Роу, Нью-Йорк.

Дервент, Кеннет. 1969. Открытие Лондона 3: Средневековый Лондон ,
Макдональд, Лондон.

Дорн, Гарольд и Роберт Марк. 1981. «Архитектура Кристофера Рена».
Scientific American (245:1), стр. 160–173.

Форд, Альфред Стэнли. 1911. Источники, ручьи и спа Лондона: история.
и ассоциации . Стокс Компани, Нью-Йорк.

Grimes, WF 1968. Раскопки римского и средневекового Лондона ,
Фредерик А. Прегер, Нью-Йорк.

Дом, Гордон. 1931. Старый Лондонский мост . Бодли-Хед, Лондон.

МакЭведи, Колин. 1988. «Бубонная чума», Scientific American .
(258:2), стр. 118-123.

Олланд, Ричард. 1974. Пепис: Биография . Холт, Райнхарт и Уинстон,
Нью-Йорк.

Пепис, Сэмюэл (выбран Робертом Лэтэмом). 1978. Иллюстрированный Пепис .
Калифорнийский университет Press, Беркли.

Радден, Бернард. 1985. Новая река: история права ,
Кларенден Пресс, Оксфорд.

Сабина, Эрнест Л. 1937. «Уборные и выгребные ямы средневекового Лондона».
Speculum ( ), стр. 303-321.

Stevens, FT 1939. nder London: A Chronicle of London’s Underground
Life-Lines and Relics , JM Dent and Sons Ltd., Лондон.

Вуд, Лесли Б. 1982. Восстановление Тибал Темзы ,
Адам Хилгер Лтд., Бристоль.

Быстрые ссылки

» Путевая информация

» Учебные пособия

Исторический взгляд У.

Джеймса на развитие городских систем водоснабжения

Уильям Джеймс

Профессор инженерии водных ресурсов
Университет Гвельфа,
Гуэлф, Онтарио, Канада. N1G2W1

Обновлено 16 апреля 1998 г.; и постоянно растущие — биты
добавляется всякий раз, когда я даю эту лекцию.
Моя живая лекция сопровождается большой коллекцией диапозитивов и 35-мм
цветные слайды. Сканирование всех сразу занимает слишком много времени. Они охватывают эффекты
населения на воду и загрязнение и воды на население (что в сочетании
взаимодействие ради уловки, которую я здесь называю «населением»). По разным причинам,
Розово-красный город Петра и обеспечение санитарных условий воды в Гамильтоне, штат Онтарио.
освещены более подробно. Студенты следят за лекцией (часть 05-437 Проектирование городского водопровода).
системы) на своих индивидуальных компьютерах. Он предшествует лекциям по землеустройству и
по эстетике водной инфраструктуры.

Содержание

Только элементы, на которые есть гиперссылки, содержат материал

Введение:

Читать из Трактат о гидротехнических сооружениях

История водоснабжения:

Предыстория.
римские системы.
Розово-красный город Петра.
Европа.
США
Канада.
Арктика.
Гамильтон и Онтарио.
Бангладеш сегодня.

История городского дренажа:

Европа. поиск URL-адресов на:
Лондон
канализация
Парижская канализация
США
Канада и Онтарио.

Преимущества достижений в области металлургии и материаловедения.

Ссылки на информацию о населении и
питьевая вода.

Заключение.

Примечания.

Чтения.

Другие ссылки.

Введение

Этот веб-сайт предлагает индивидуальную точку зрения, другими словами, точку зрения на историю.
окрашены моим личным опытом. Чтобы получить представление об ограничениях этого
опыт, вы можете просмотреть мои домашние страницы, нажав на имя автора выше.

Обычно я начинаю курс с объявления численности населения Земли в начале.
и конец моей первой лекции, и оценить размер города, необходимый для размещения сети
увеличение в конце курса. Я обычно начинаю эту лекцию с чтения с первого
общетехнический справочник по проектированию водопроводов, написанный в 1835 г.
Американский инженер, родившийся в Монреале. На самом деле я нахожу, что значительная информация
имеется информация об эволюции источников водоснабжения, но гораздо меньше известно о ранних
системы сбора сточных вод (канализации) и городской ливневой канализации. они конечно
связанные с; канализационные коллекторы следуют за водоснабжением в течение десятилетия или около того, а в регионах
нехватка воды, сбор поверхностных вод является частью водоснабжения. Однако один
не знал бы этого из учебников истории, которые пространно рассказывают о водоснабжении, но молчат
по канализации.

Когда вы читаете эти страницы, имейте в виду несколько других важных моментов…

Инженер по водоснабжению — историческая и благородная профессия: везде
люди борются за воду, или их вода неадекватна или загрязнена, или они тратят усилия и
время их сбора или возврата их отходов в окружающую среду, жизнь сурова
а искусства мало. Инженеры обеспечивают средства для просвещенной жизни, пункт не
часто ценится (попробуйте напомнить об этом своей спутнице в следующий раз, когда пойдете на балет)!
Усовершенствования в области водоснабжения отражают достижения в области техники
материалы: Улучшения в водоснабжении и водоотведении в основном последовали
достижения в технических материалах, используемых в трубах, насосах и для хранения воды. Инжиниринг
действительно является основным агентом.
Сегодня существуют системы водоснабжения низкого качества, которые повторяют более ранние системы в
развитом мире: в развивающемся мире и даже в канадской арктической
граница, существуют городские системы, которые едва соответствуют санитарным нормам. Вопрос, который нужно задать
заключается в следующем: как наши пионеры (заведомо без гроша в кармане) строили, не занимая денег у
мировые кредитные агентства? Ответы могут относиться к социальным условиям – контроль над
коррупция, расширение прав и возможностей женщин и так далее.
Номер один в мире, долгосрочный, серьезный и, возможно, необратимый
проблемой является потеря среды обитания: (не кислотные дожди, ОГО, потеря озона или глобальные
потепление, все из которых легко обратимы). Потеря среды обитания и утрата биоразнообразия,
как и все экологические проблемы, повсеместно вызваны численностью населения и
плотности, которую ни одно общество, по-видимому, не в силах изменить.
Рост населения стимулируется большим количеством полезной воды: воды
снабжение и контроль за загрязнением воды являются наиболее значимыми факторами, позволяющими населению
увеличение (не, например, медицина, жилье, рабочие места или сельское хозяйство). Отделение питьевой воды от
Одним словом, загрязненная вода — это то, что мы делаем так хорошо.
Устойчивое население и виды деятельности трудно спроектировать и
build: думая о спросе на воду, борьбе с загрязнением, водоснабжении и канализации
процедуры проектирования и взаимозависимость двух городских подсистем водоснабжения, а также их
зависимость от неместных, невозобновляемых (привозных) источников воды и энергии, приводит нас к
отрезвляющие выводы о том, что:
- единственная проверенная устойчивая система — это природная система с ее бесконечными сложностями,
  и
- мы, инженеры по водным ресурсам, действительно являемся невольными, главными действующими лицами в
  долгосрочное, неумолимое разрушение мира.
Высокотехнологичные решения имеют применение: хотя и нет
Сразу видно, Трансаляскинский трубопровод, высокоарктические распределительные системы и
системы с компьютерным управлением, например, указывают на то, как можно сократить потребление воды.
неустойчивый.
Инженеры прежде всего должны изучить эту историю: становится
мудрее о последствиях того, что мы делаем, может просто помочь спасти мир. Это должно спасти
нас от повторения одних и тех же старых ошибок снова и снова.

Некоторые даты

4000BC	туннеля водоснабжения на Ближнем Востоке
2000BC	очистка воды в Египте и Ираке они узнают о преимуществах фильтрации
312 до н.э.	Построено римских акведуков (Aqua Appia, 18 км) они узнают, что свинец в воде токсичен
300 г. до н.э.	цистерны для хранения, используемые в городах (например, в Стамбуле)
1100 г. н.э.	источника загрязненной воды в Европе = чума
1183	Парижский акведук построен
1235	Лондон совершает ту же ошибку, что и римляне, использует свинцовые трубы
1619	Лондон обеспечивает подключение к дому
1804	Песчаные фильтры, используемые в Шотландии, 4 тысячелетия после Месопотамии
1835	Чарльз Сторроу пишет Трактат о гидротехнических сооружениях
1850-е	снова загрязненная вода = крупные вспышки холеры
1860	Гидротехнические сооружения Гамильтона
1890	дезинфекция хлором
1993	Cryptosporidium заражает 400000, Милуоки

Общественное водоснабжение в галлонах на человека в день

	50BC	АД100	1823	1830	1835	1936
Рим	198	300		250		150
Париж			3
Лондон			3		10	35,5
Эдинбург					7,5	52
Лейпциг						20
Франкфурт						40
Мюнхен						55
Нью-Йорк						120

Сравните: Жители гвельфов в 1998 году потребляли 300 литров (около 80
галлонов США) каждый в день.

История водоснабжения

Нажмите на миниатюру, чтобы получить большое изображение, затем нажмите
«назад».

Предыстория

Доказательства деятельности, связанной со здоровьем человека и водоснабжением, были обнаружены в
цивилизаций на протяжении всей истории человечества (Розен, без даты). Места раскопок в Инде
Долина и Пенджаб показывают, что ванные комнаты и канализация были обычным явлением в индийских городах 4.
тысячелетия назад. Улицы были осушены крытыми канализационными коллекторами глубиной 2 фута, сделанными из формованных
кирпичи, скрепленные глиняным раствором. Водосточные трубы в домах делали из глины.
залитый гипсом (Розен). Еще за два тысячелетия до нашей эры у греков и египтян было достаточно
запасы питьевой воды для своих городов, осушенные улицы, ванные комнаты в своих
домов, а на Крите — устройства для смыва воды в туалетах. У инков тоже было
впечатляющие канализационные системы и бани (но иллюстраций к ним у меня пока нет).

Туннели:

первые акведуки в виде туннелей или «канатов» возникли в древней Персии.
(Иран), вероятно, уже в четвертом тысячелетии до н.э. Их целью было принести воду
от предгорий северных гор до южных равнин для орошения
и бытового использования. Это фото было сделано в 1990 году в заброшенной деревне Тануф в Омане.

Канат – это, по сути, туннель, построенный для транспортировки воды из подземных
водоносный горизонт в точку на поверхности земли на некотором расстоянии. Источник воды — туннель
который достигает вниз и в грунтовые воды. Другие шахты обеспечивают вентиляцию и дают
доступ для очистки и ремонта туннеля трубопровода ниже.
строк
канатов, ведущих в Фирузабад в Иране. Еще в 1933 году вся вода Тегерана поступала
из канатов. Эта фотография и следующие пять были сделаны в Национальном
Книга Географического общества Строители — чудеса инженерной мысли паб. НГС
(1992) (книга содержит изящные иллюстрации, демонстрирующие историю машиностроения).
строительство, особенно мосты). Я сделал только несколько довольно плохих маленьких иллюстраций
здесь, чтобы указать вам на первоисточник.
канатов
нести в среднем 10 ⁵ галлонов/день.

Ранняя гидроэнергетика:

Роман
стиль noria или водяное колесо в Сирии использует гидроэнергетику.
(Для
ваша забава, причудливые идеи художника о методе увеличения 12-го века
гидроэлектропривод на 1,0 вол-сила, для ковшового элеватора для подачи воды.)

Простой поршневой насос с ручным управлением:

Конструкция и использование винта Архимеда, широко использовавшегося римлянами, а также в сточных водах
очистные сооружения сегодня.

Трубы:

Глиняные или каменные трубы очень рано предпочитались для небольшого количества воды и для
стоки. Такие трубы использовались в городах Инда до 1500 г. до н.э., а глиняная посуда
трубы некоторых месопотамских городов сопоставимого времени все еще находятся в рабочем состоянии. Открытым
терракотовые трубопроводы были впервые использованы на материковой части Греции микенцами, хотя
Критяне закрывали свои протоки, чтобы избежать скопления ила. Греки сделали свой
фаянсовые трубы криволинейных участков, а также прямых и сужающихся форм, чтобы
каждый вписывался в следующий. Этот метод был принят римлянами. В шестом веке
ДО Н.Э. город Афины обслуживали два акведука, оканчивавшихся водохранилищем, из которого
вода подавалась в город сначала по каменному каналу, а затем по
трубы из фаянса и свинцовых материалов.

Известно, что в Египте использовались очень древние металлические трубы. Они были чеканными
медь толщиной 1,4 мм. Эти трубы были зацементированы в канавки, вырезанные в твердых плитах.

римляне

Как инженеры-сантехники римляне подали отличный пример и оставили свой след в истории. А
общественное водоснабжение считалось основным элементом общественной жизни (Розен). Они имели
хорошо развитые системы водоснабжения, а их нормы инженерной санитарии были
не встречались снова в Европе и Северной Америке до 19век. Исследования показывают, что
Запасы воды в Риме превышали 40 галлонов на человека в день и подавались населению.
бани, фонтаны и другие общественные сооружения, а также частные дома. На пике
они могли обеспечить примерно 300 галлонов на душу населения в день. Их акведуки и
цистерны можно увидеть по всей Европе, и в средневековье их часто копировали.
сложные системы водоснабжения римских времен были удивительно успешными, учитывая, что
было мало записанных сведений о прочности материалов и о том, что уравнения
используемые сегодня (такие как Мэннинг, Чези и Дарси) не существовало до 18 века.
По сути, аналогичные древние акведуки и гидротехнические сооружения, датируемые испанским колониальным периодом.
период можно увидеть в Мексике сегодня.
А
типовая схема показана здесь. Акведук подавал воду от источника к главному
резервуар. Канал доставлял воду в городское водохранилище или «кастельум» (маленький
замок). Три трубы одинакового диаметра ведут к трем цистернам. Перелив извне
цистерны будут направлены в центральную цистерну. Одна цистерна снабжала общественные бани,
другой будет снабжать частные дома, а центральная цистерна снабжает бассейны и фонтаны.

Их общественное водоснабжение не распространяется на использование частными пользователями, а ведущими гражданами.
удалось провести очереди к их домам. Правила запрещали частную воду для всех остальных.
Другие римляне подкупали чиновников водопровода, чтобы те протянули трубы к их домам или тайно бурили.
отверстия в водопроводных каналах и баках и проложили собственные трубы.

Огромная коллекция
Глиняные водопроводные трубы римской эпохи в музее в Пафосе, Кипр.

Сам-знаешь-кто должен проверить
2-тысячелетняя посадка, кран к гнезду.

Современные письменные отчеты с большим количеством деталей доступны по системе водоснабжения для
Рим. Римские акведуки отличались от более ранних главным образом своими размерами.
и число. Когда римские акведуки были почти завершены в раннем Принципате, все
акведуки вместе насчитывали около 260 миль, из которых только 30 были на арках. Первый
был построен в 312 г. до н.э. Cloaca maxima (главный сток) до сих пор является частью
дренажная система современного Рима.

Черно-белые рисунки ручкой водопроводных систем римского города ниже.
были взяты из очаровательной книги City. История римского планирования и строительства
Дэвид Маколей, паб Houghton 1974 ISBN 0-395-19492-X, с которым вам следует ознакомиться,
потому что мои иллюстрации здесь намеренно выбраны, чтобы избежать проблем с авторскими правами, автором
указывая только то, что имеется в книге. Точно так же цветные картины и фотографии
от Строители — чудеса инженерной мысли Национального географического общества
(1992), упомянутое выше.

Римские акведуки были длинными, в основном прокладывались на одном уровне (гравитационный поток) и включали
сложные меры безопасности.
Художник
впечатление многоуровневых акведуков, снабжающих Рим — обратите внимание на строительную бригаду, нижнюю
Правильно.
Это
является современной копией: 19 век из Малаги в Испании.
Это
Пон-дю-Гар во Франции (19ДО Н.Э).

Несколько иллюстраций римских общественных туалетов.

В римских городах были регулярные системы стоков, проложенных под улицами и несущих ливневую воду.
и канализация.

Помимо дерева, в средние века наиболее широко использовались гончарные изделия и свинцовые трубы.
Правильно загерметизированные фаянсовые трубы могут работать при давлении до 50 атмосфер и
укреплен путем заделки в бетон, как это было в римской практике. Трубы из свинца и бронзы
использовались греками, но самое широкое использование свинцовых труб для местных
распространение воды пришло с римлянами, хотя они хорошо осознавали опасность
отравление свинцом. Полосы были вырезаны из литых листов шириной около десяти футов, согнуты вокруг деревянного
бывший и соединенный припоем. Соотношение олова и свинца в припое было тщательно определено.
но часто происходили утечки. Свинцовые трубы римского водяного щита примечательны как первые
известные серии промышленных товаров, подлежащих стандартизации.

Бронзовые трубы транспортировали воду с материка на финикийский остров-город Тир.
Бронзовые трубы были слишком дороги для обычного использования, но иногда их можно было найти на виллах.
богатые в Роме, Помпеях и Байях.

Европа

В
в доисторической Европе глухие каналы или полые стволы служили основной единицей трубопроводов. В
средневековой Европе самой неотложной задачей было также обеспечить достаточное
воду, используя цистерны, природные источники и вырытые колодцы, практика, конечно, все еще используется
сегодня в неосвоенных районах.

Вода из источника минеральной воды в Санкт-Морице подавалась двумя линиями больших
полые стволы деревьев. Деревянные трубы также использовались римлянами, которые иногда применяли железо.
воротники для укрепления суставов. Деревянные трубы обычно имели длину около 6 м и диаметр от 8 до 12 см.
в диаметре. Такие средневековые водопроводы могли выдерживать давление до 3,5 атмосфер.
Были разработаны специальные станки для их сверления. Наиболее распространенной древесиной для этой цели была
вяз.

Каменные водотоки, акведуки и деревянные трубы использовались в 13 веке. С
за редким исключением, городские жители средневековья были вынуждены черпать воду
из расположенных в центре гор или цистерн, или покупная вода из авторизованного водопровода
перевозчики. Обычно по трубам вода подавалась к цистернам в городе на пересечении улиц.
Люди получали воду из цистерн, расположенных в очень богато украшенных и сложных сооружениях.
называется «Кондуит».

Свинцовые трубы использовались еще в 15 веке, хотя римляне были хорошо осведомлены о
последствия для здоровья более чем 1,5 тысячелетия назад.
Обычно по трубам подводилась вода к цистернам в городе по ул.
перекрестки. Постоянной проблемой было отделение отходов от водоснабжения, и
правила, касающиеся субпродуктов и мусора, имеются в большом количестве. Гораздо больше мусора и мертвых животных
накоплено в средневековом доме, чем в современном (Розен). Начиная с 14 века,
строгие городские правила контролировали выгребные ямы на улицах и в других местах, и
домовладельцы были обязаны регулярно подметать улицы, т.е. дважды в неделю.

К 16 веку во многих городах люди были обязаны носить все отходы и
отказаться от нескольких выбранных мест за пределами города. Также были мясники и торговцы рыбой.
запрещалось выбрасывать отбросы, загрязненные экскрементами улицы наказывались, а животных,
особенно свиней, не разрешалось бродить по деревенским улицам. Во времена Шекспира,
должностных лиц, руководивших «разгребателями» (фактически выполнявших работу), называли
По словам доктора Джонсона, «мусорщики», эквивалентные мелким магистратам.
Во время
17 века компании начали перекачивать воду в резервуары, из которых она поступала в
частные дома. Большие улучшения в чугунном литье сделали экономически возможным
использовать этот материал для водопровода, а чугунные водопроводы стали стандартной практикой.
к середине девятнадцатого века. По количеству предприятий водоснабжения
увеличивалось, количество водозаборов из Темзы увеличивалось, и река становилась
все больше и больше загрязняется человеческими отходами. Многие водозаборы практически прилегали к
канализационные выбросы, приводящие к частым эпидемиям болезней, передающихся через воду, таких как холера. В
1828 г. Королевская комиссия рекомендовала перенести все водозаборы.
вверх по течению, а также что взвешенные вещества должны быть удалены. Эти рекомендации были
исходя из эстетических, а не оздоровительных соображений, а по мере принятия рекомендаций
пошло на пользу общественное здравоохранение.

В Лондон воду в XVII веке привозили из отдаленных рек по реке Нью-Ривер.
Компания на водоемы в городе. Несколько других компаний разработали и внедрили
накачка, идея, очевидно, зародившаяся в Германии (Розен). Люди получили воду
из цистерн, размещенных в очень богато украшенных и сложных сооружениях, называемых
«Кондуит». В 17 веке компании начали качать воду в
водохранилища, откуда вода поступала в частные дома.

США

Аналогичные события происходили и в Северной Америке, римские уроки, очевидно,
забыл. Даже идея общественных систем водоснабжения и канализации не пришла в голову.
действовал здесь примерно до середины 19 века (Grigg, 1986). Строительство воды
системы снабжения в США восходят к 1754 году с системой поселения Морравии в
Вифлеем, Пенсильвания (Григг, 1986). Он состоял из родниковой воды, прокачиваемой через пробуренные бревна.
Филадельфия была еще одной ранней системой, в которой примерно в это же время использовались просверленные бревна, но
используя конные насосы, как и Цинциннати. Такие системы просуществовали не более нескольких
годы. В 1801 году в Филадельфии впервые были использованы большие паровые машины для коммунального водоснабжения.
перевозка. Эти пионерские общественные работы потерпели полный провал. Прокладка деревянных трубопроводов была
дорого, и пробуренные бревна постоянно давали течи, и паровые машины часто
сломал. Двигатели были заменены, а железные трубы заменили ненадежные деревянные магистрали.
несколько лет спустя.

В 19 веке внимание стало уделяться связям между
снабжение, водотоки и управление сточными водами. Многие общины были обслужены
водой из близлежащих источников, таких как родники и колодцы, которые легко загрязнялись.
Железные трубы и паровые машины появились в начале 19 века и работали
очень надежно к середине века. В 1842 году город Нью-Йорк открыл Кротонский акведук.
что позволяло им получать воду с большого расстояния. Он был построен как
тоннель на большей части своей 33-мильной длины с подковообразным поперечным сечением. Его высота и ширина
были 13 футов 6 дюймов и были облицованы кирпичом толщиной до 24 дюймов.
внедрение чугуна, кованого железа и стальных труб, способных выдерживать высокие
давление, больше не было необходимости строить эстакаду через долины.

Соединения чугунных труб, как правило, в виде втулок и раструбов, зачеканенные
свинец, но фланцевые соединения использовались для соединения с клапанами и другими фитингами, и
шарнирные соединения были разработаны для обеспечения гибкости. Трубы были защищены
против коррозии составом из каменноугольной смолы, впервые использованным в 1860 году в Ливерпуле. Кованое железо
трубы были сделаны еще в 1825 году путем протягивания длинных полос горячего металла через кольцевую матрицу.

Первые стальные водопроводы были проложены в США около 1860 года. Ранние стальные трубы
были клепаными, но сварные трубы были введены в 1887 году. Они были более восприимчивы к
коррозии, чем чугун.

В США создание коммунального водоснабжения обычно предшествовало канализации.
системы на срок от 5 до 50 лет. В конце концов, местные источники воды были использованы для
выносить бытовые отходы. Уровень смертности, который снизился из-за улучшения качества воды
системы водоснабжения, начали подниматься примерно в 1815 году из-за загрязненной воды.

В конце 19 века заболеваемость передающимися через воду сократилась за счет защиты воды.
поставок, отведение сточных вод от источников подземных вод, а также осведомленность
общественная санитария. Комбинированные канализационные системы разрабатывались с 1850-х годов и продолжались
строиться до Второй мировой войны.

В первые годы наблюдался быстрый рост программ водоснабжения и управления сточными водами.
часть 20 века. Но реальные успехи в контроле качества воды датируются после
середине века, когда важное федеральное законодательство и местные постановления
реализуется с 1970-е годы. Типичным было разделение санитарной и ливневой канализации.

Канада

собак использовались для снабжения водой домохозяйств в Атлине, Британская Колумбия.
к сети труб.

В первой половине 19 века ситуация в канадских городах была похожа на
что в другом месте. Было принято хранить человеческие экскременты и другие отходы в ведрах, которые
были выброшены на улицу или слиты в ближайший водоем. В Монреале,
В 1760 году гражданское правительство приказало жителям складывать свой ежедневный мусор перед своим домом.
характеристики. Их сборщики сбросили его в реку Святого Лаврентия.

Системы мешков для меда все еще используются в Арктике.

В Торонто, затем в Йорк, первые попытки; обеспечить канализационные системы, возникшие из-за волн
холеры 1832, 1843, 1849 и 1854 гг.

Гамильтон начал строительство водопровода в 1857 году, а вскоре после этого и канализации. Они
использовал трагедию чумы 1854 года как политическую силу.

До строительства 1908 г. трубопровода, резервуара, насосной станции и стояка.
в Гвельфе осенью каждого года 50 % больничных коек занимали больные брюшным тифом.
случаи. 3.9Трубопровод длиной в милю имел внутренний диаметр два фута. 95% уложено в плитку
трубы, а остальные 5% были уложены в железную трубу.

Достижения в области металлургии и материаловедения привели к относительному снижению стоимости
строительство водопроводных и канализационных сетей. Это привело к значительному улучшению общественного
здоровье. Материалы произошли от камня и дерева, свинца, меди, керамики и глины.
чугун, ковкий чугун, бетон, сталь и, в последнее время, пластмассы. Даже с этими
достижений, условия, аналогичные прежним временам, все еще можно найти на границе
населенных пунктах, например, в СЗТ, где еще могут возникать вспышки инфекционного гепатита.

Акведук Шол-Лейк был построен для снабжения Виннипега водой.
пресная вода. Бетонные работы акведука Шол-Лейк в 1916 году были довольно сложными.

Современная городская система водоснабжения в США и Канаде обеспечивает достаточное количество воды
на основе постоянного давления практически на все городское население. В первой половине
XIX века ситуация в городах Канады была аналогична ситуации в других местах. Самый
в зданиях не было внутренней канализации, и было обычным делом хранить человеческие экскременты и другие
отходы в ведрах, которые были выброшены на улицу или слиты в ближайший водоем
(Болл, 1986). В 1760 году гражданское правительство Монреаля приказало жителям ежедневно складывать
их мусор перед их имуществом, чтобы их сборщики могли сбросить его в
Река Святого Лаврентия, вместо того, чтобы продолжать переносить ее через городские стены. «Медовый
системы мешков с ведрами до сих пор используются в Арктике. Весной 1832 г. Торонто
(тогда Йорк) было некрасиво:
стоячих луж воды, зеленых, как лук-порей, и испускающих смертоносные испарения предстоит встретить
со всех уголков города — дворы и подвалы источают смрад от гнилых
овощи, достаточные сами по себе, чтобы вызвать чуму (Болл, 1988).
Первые попытки провести канализацию возникли во время волн холеры 1832, 1843, 1849 гг.
и 1854.

Гамильтон начал строительство водопровода в 1857 году, а вскоре после этого и канализации.
используя трагедию чумы 1854 года как политическую силу. Святой Иоанн построил
постоянная канализация с использованием деревянных самотечных труб в 1830-х гг. Успехи металлургии и
материаловедение привело к относительному снижению стоимости строительства водопроводных и
канализационные системы и общественное здравоохранение значительно улучшились с середины 19век как
в результате увеличения расходов на городскую инфраструктуру. Материалы изменились с
камня и дерева, кирпича и чугуна, ковкого чугуна, бетона и, наконец,
пластмассы.

Однако сегодня на границе можно найти условия, аналогичные прежним.
населенные пункты (хотя и редко), напр. в ССЗ, где возможны вспышки инфекционного гепатита.
еще происходят. Рискованные ситуации на выходах совмещенных канализационных систем в общественных местах,
снова напр. требуют тщательной оценки. Более того, современные путешествия и связь ведут к
забота за пределами наших границ. Условия в Бангладеш, например. печально известны и гарантируют
международное внимание, так как некоторые болезни могут возникать там и передаваться
в другом месте.

Арктика.

Вот фотографии, воспроизведенные с разрешения Gronlands.
vandforsyning 1950-1990 Конрада фон Раушенбергера и Германа Йенсена, ISBN 1996 г.
87-984385-0-6

Продольная труба подачи сырой воды для Godthab. Обратите внимание
пересеченная местность, питающее озеро, туннель, мостовые переходы, распределительный резервуар и
гидротехнические сооружения.
Новые и старые гидротехнические сооружения Суккертоппен расположены прямо под каменной наброской.
плотина
Насосная станция, водопровод сырой воды на аккуратном уклоне с санной переправой.
Обратите внимание, что кладбище должно быть огорожено. Почему?
Подвесной мост с боковыми раскосами на сырой воде
подводящая труба для Явобшавен.
Для коротких пролетов простой стальной мост с нижней конструкцией,
весенний лед течет.
Каждая опора спроектирована индивидуально — функциональна, но, возможно, не универсальна
эстетично?
Очень эффективная и простая опора для двухтрубной системы.
не вызывать обширного таяния грунта.
Текущий ремонт изолированных труб.
Зимой трубы замерзают, а летом их легче чинить.

Вот фотографии трансаляскинского трубопровода от строителей —
чудеса инженерной мысли Национального географического общества (1992).

Построенный в 1975 году, трубопровод транспортирует нефтепродукты на 800 миль вправо на юг.
через Аляску от Прадхо-Бей до Вальдеса, места печально известного разлива нефти.
Надземный
40-дюймовый трубопровод японского производства длиной 40 футов позволяет животным свободно проходить под ним.
Опоры для труб спроектированы так, чтобы поддерживать температуру замерзания в
вечная мерзлота (нефть в трубе течет при температуре 125 градусов по Фаренгейту). Обратите внимание на охлаждающие лопасти и расширение
соединение.
78000 опоры содержат жидкий аммиак, рассеивают тепло через
алюминиевые лопатки. Труба утеплена стеклотканью. Слайды имеют тефлоновое покрытие. Удаленно
управляемые клапаны могут перекрыть поток за 4 минуты.
Бетонные упорные блоки утяжеляют трубу, чтобы предотвратить ее всплывание.
расплавленная земля.
Охлажденный рассол удерживает почву в замороженном виде.
350 переходов через реки и ручьи, 3 горных хребта и зоны сейсмической активности
Мероприятия.
Автономный дизельный автомобиль snoopy с датчиками и некоторыми
ремонтопригодность была использована для осмотра трубы.

Заключение.

Чему нас учит история городских систем водоснабжения?

Хотя моя основная посылка на этих страницах остается недоказанной, мне кажется, что
все больше и больше чистой воды и лучший контроль за загрязнением не являются частью долгосрочной перспективы.
решение, только краткосрочные паллиативы. Иными словами, нужны новые подходы, обеспечивающие
биовосстановление водных экосистем как цена развития. Больше, больше
рентабельная транспортная инфраструктура только увеличит интенсификацию населения и
«население». Теперь необходимо создать новую инфраструктуру и связанные с ней меры для
восстановить водные экосистемы (включая как видовое, так и генетическое разнообразие), т.е. восстановить
физические и химические условия потока для восстановления среды обитания. Бюджет проекта
положения должны теперь включать все планирование, проектирование, строительство, эксплуатацию и будущее
эксплуатационные расходы на биовосстановление как постоянное общественное обязательство (т.е. без
конец) . В конечном счете, биовосстановление водных экосистем может зависеть от контроля, возможно,
сокращение человеческого «заражения».

Примечания

Лекция сопровождается большой коллекцией диапозитивов и диапозитивов 35 мм.
цветные слайды. На иллюстрациях подробно показано влияние населения на воду и
загрязнения, а воды на население и загрязнение. Обеспечение санитарной водой
Условия в Гамильтоне описаны более подробно.
Выражаем благодарность доктору Бобу Питту из Университета Алабамы в Бирмингеме, особенно
для материалов о влиянии населения и для ссылок 6, 7, 12 и 13.

Список для чтения

Армстронг, Э.Л. (Редактор). 1976. История общественных работ в США, 1776–1976 гг. Амер Паб.
работает доц. 751 стр.
Болл, Н.Р. (Редактор). 1988. Строительство Канады — История общественных работ. ун-т Торонто
Нажимать.
Розен, Г. История общественного здравоохранения. @ Publications Inc. Нью-Йорк.
Паннелл, J.P.M. Иллюстрированная история гражданского строительства. Темза и Гудзон, Лондон.
Григг, Н.С. Городская водная инфраструктура: планирование, управление и эксплуатация. Джон Уайли
и сыновья.
Сингер, К. и др. (редакторы) 1958. История технологий. Кларендон Пресс, Оксфорд.
В частности:
1. Водоснабжение. Глава 23. стр. 552-568 в томе 5: Конец девятнадцатого века.
2. Сантехника. Глава 16, Часть 1: Водоснабжение. стр. 489-503. в Томе 4:
  Индустриальная революция.
3. Сантехника. Глава 16, часть 2: санитария. стр 504-519. в т.ч. 4: Индустриальный
  Революция.
4. Форбс, Р.Дж. Гидротехника и санитария. Глава 19. стр. 663-669 в томе 2: The
  Цивилизации Средиземноморья и Средневековье с 700 г. до н.э. по 1500 г. н.э.
Меткалф, Л. и Эдди, Х.П. 1914. Американская канализационная практика. Том 1: Дизайн канализации.
Sprague de Camp, L. 1984. Древние инженеры. Баллантайн Букс, Нью-Йорк. c460pp.
Кэмпбелл, М.Ф. Гора и город. МакИлланд и Стюарт Лтд.
Джонсон, Лос-Анджелес, 1977. История Гвельфа, 1827-1927 гг. Историческое общество гвельфов.
Джеймс В. и Э. М. 1978. Достаточное количество чистой и полезной воды История
Насосная станция Гамильтона. Phelps Pub Co.
Хьюго, Виктор. Кишечник Левиафана. (паб с Отверженными?) Печатка
Классика. 1987. стр. 1256-1275.
Диккенс, Чарльз. Капли воды. Диккенс Короткие рассказы — Лучшие рассказы Диккенса
Бытовые слова. Донахью Хеннеберри и Ко, Чикаго. без даты, стр. 287-324.

Ссылки

История сантехники от Plumber’s
Журнал.

Лучше всего просматривать с помощью одного из следующих
браузеры:

вопросов или
Комментарии?

1996,1997,1998 Уильям Джеймс

обновлено 22 января 1998 г.

смил5а

смил5а
Смил гл. 5 первое полугодие

ископаемое топливо – это неэффективное использование исходного растительного материала, но
эффективен для сжигания

сначала они заменяют непосредственно дрова и древесный уголь
последовали изобретения новых двигателей для их использования
с последующим преобразованием их в новые виды энергии, такие как
электричество

уголь

там, где не хватало древесины, использовались торф и уголь
до промышленной революции
добыча угля потребовала много человеческого труда:
р. 230, «каждый переход к новой форме
энергоснабжение должно осуществляться за счет интенсивного развертывания
существующие энергии и первичные двигатели».

Уголь

дает вам гораздо больше энергии — вы не
больше ограничены тем, что вы можете вырастить за год или 50 лет
(дерево)
, но это имеет большое значение, только если вы
изобретайте новые способы его использования
угольный газ (городской газ) может быть извлечен из
уголь и используется для освещения

Ключевая технологическая инновация:
частично сжигающий уголь для удаления примесей для производства
кокс
делает железо в изобилии

паровой двигатель

Вт
Двигатель

первой потребностью в паровых машинах была откачка воды из шахт
Томас
Савери построил первый работающий двигатель, используя странный
конструкция без цилиндра и поршня — с использованием пара
прямо, чтобы поднять воду. Савери получил патент и
получил гонорары от строителей более поздних двигателей.
Ньюкомен
Двигатель (около 1712 г.) наполнял цилиндр паром и
затем уплотнил его, чтобы опустить поршень. 1/2%
эффективен, но широко используется для откачки воды из угля
шахты. К 1733 году в эксплуатации находилось 125 двигателей Ньюкомена.
к 1775 г. было построено около 600 штук. Анимированный,
видео
некоторые научные знания об атмосфере
давление/вакуум были необходимы, но это была только одна часть
сборка двигателя

Двигатель

Вт (1774)
имел отдельный конденсатор, что делало двигатель намного мощнее.
эффективный. анимация
Джеймс
Позже Ватт добавил:

солнце и
планетарная передача преобразована возвратно-поступательного движения (вверх и вниз)
движение во вращательное движение силовых машин
механизм автоматического управления — флайбол
Регулятор — чтобы двигатель работал на достаточно
постоянная скорость
двойного действия
двигатель, созданный для гораздо более плавной мощности — закройте
цилиндр над поршнем и подайте пар в верхнюю часть
цилиндр при конденсации пара в нижней части и
то наоборот
более экономичный двигатель с использованием отдельного
конденсатор

Усовершенствованные двигатели Watt могут использоваться для запуска
заводские машины — достаточно эффективны, и движение было плавным
достаточно
высокое давление
двигатели, разработанные после 1800 года, были нужны для
транспортные приложения (двигатель Ватта был слишком тяжелым)
значение
из
паровая энергия
совершенно новый
наука была изобретена учеными, пытающимися
понять, как работают паровые машины

Железная дорога:

Рельсы появились гораздо раньше, чем
локомотивы: конные повозки на деревянных рельсах, используемые в Германии.
с 16 века, в Англии с 17 века.
Железные рельсы около 1770 года. В основном использовались в шахтах, но к концу 1825 года было 300-400 миль железных дорог.
общественная железная дорога
идея движущейся паровой машины была
очевидно, но были проблемы.
- можно использовать стационарный паровой двигатель, чтобы намотать
  трос для тяги
- потребность в высоком
  паровые машины высокого давления
- широко распространенное мнение, что не будет
  достаточное трение, этот подъем должен быть меньше, чем
  1 фут на 100
- опытов с паровыми вагонами — напр. Кюньо в
  Франция в 1770 году привела к принятию английских законов,
  экипажи от отпугивания лошадей, требуя, чтобы человек шел
  перед ним с флагом или фонарем
ранние опыты на шахте (шахте)
железные дороги

Локомотив Пенидаррен

Первый экспериментальный локомотив, построенный Ричардом.
Тревитик в 1803–1804 годах для 10-мильного Пенидаррена.
угольная железная дорога. Один цилиндр, 8 1/2 дюйма в
диаметр, ход 4 1/2 фута, вероятно, 30-50 фунтов/кв.
давление. Он был слишком тяжелым для трассы, поэтому владельцы
использовал его как стационарный двигатель.

90 135 Тревитик снова попытался в 1805 году.
успех, с отвращением отправился в Южную Америку

к 1812 году начали выпускать подобные паровозы
используется на угольных железных дорогах (на севере Англии — Лидс
и на Тайнсайде) между шахтой и варфом. Они были полезны для перевозки товаров из шахты в
ближайший водный транспорт
Экономичный, потому что наполеоновские войны увеличили стоимость животных
подача.
1825 Стоктон
а также
Дарлингтонская железная дорога была первым обычным перевозчиком, использовавшим
локомотивы, хотя основная потребность линии заключалась в том, чтобы тянуть
угля из шахты на берег.
Строители железной дороги Ливерпуль-Манчестер
застряли в дебатах о том, использовать ли лошадей или
локомотивы. Решил устроить конкурс, чтобы узнать
локомотивы вообще были практичны и выбирали лучшую конструкцию.
Испытания Рейнхилла (видео
отдых)

удерживается
Октябрь 1829 г. Соревнование заключалось в том, чтобы тянуть 20 тонн за 10
миль в час и совершить 40 поездок по дистанции 1 1/2 мили.
Ожидалось 10 записей, но только три
появился Тимоти Хакворт, инженер Стоктонского и
Darlington RR вошел в Sans
Парейл , Джон Брейтуэйт и Джон Эрикссон
поступил в Новинка
(преимущество которого заключалось в том, что он был особенно легким
дизайн веса), а Роберт Стефенсон вошел в Rocket
(анимация).

Sans Pareil не удалось завершить
конечно, Новинка тоже сломалась, но Ракета
не только завершил курс, но и в среднем разогнался до 15 миль в час, выиграв
приз 500 фунтов
Что еще более важно, это убедило людей в
практичность локомотивов. Это был крупный
зрелищный вид спорта — более 10 000 человек увидели испытания
Ливерпуль-Манчестер
строители заказали семь локомотивов. Они построили
их рельсы до колеи локомотива Стефенсона — 4
футов 8 1/2 дюйма колеи шахты Киллингворт
Вагонвэй. Это все еще стандартная мера сегодня.
Финансируется торговцами, которые хотели понизить
стоимость транспортировки по сравнению с существующим каналом, который имел
монополия. Эта линия конкурировала
впервые с каналами, так как он соединил
промышленный центр со своим портом. интересы канала
пытались заблокировать его здание в парламенте. Скорость была
ключевое преимущество — неожиданно 1/2 дохода поступило от
пассажиры.

железная дорога быстро распространилась после
что между 1830 и 1850 годами было проложено 6000 миль железных дорог.
построен в Англии Национальный железнодорожный музей
железных дорог было построено далеко за пределы всякой хозяйственной необходимости, но
они воспитали целое поколение инженеров. В 1847 г. в
строительство 6 455 миль железных дорог, в общей сложности
расходы на железные дороги около 10% национального дохода.
откуда столько денег на
инвестировать в строительство железных дорог?

это пришло от инвесторов — больше людей
инвестировали не только богатые люди
ограниченный
корпорация ответственности — если компания разорится вы
потеряете только то, что вложили, вы не несете ответственности перед
кредиторы помимо этого

первый общий закон об ограниченной ответственности Новый
Штат Йорк, 1811
аналогичный закон был принят в Великобритании в
1854

некоторые железные дороги были очень прибыльными, но многие
не испытывали чрезмерного энтузиазма по поводу новых технологий, когда рынок
еще не было

Масло:
иногда встречается в естественных условиях — смоляные ямы и битуминозные источники
впервые систематически добывается в Балаханах в Азербайджане

используется для гидроизоляции лодок, освещение было
использование, чем привело к более масштабной добыче
разработка двигателя внутреннего сгорания привела ко многим
больший спрос
о взаимосвязи между сырой нефтью и бензином см. Modern
Переработка

изобретение автомобиля:
автомобиль был революционным по сравнению с железной дорогой
потому что это позволяло путешествовать индивидуально
обратите внимание на экспериментирование с различными идеями о том, что такое
автомобиль должен быть до победы

до этого была лошадь и повозка

повозки не были распространены до 18 века даже в
Европа, потому что дороги были недостаточно хороши

90 135 ранних колониальных дорог были расчищены, что быстро
стал колейным, не говоря уже о проблеме грязи

если вы хотели перевезти тяжелый груз в Новой Англии
ты дождался зимы и катался на санях
самым характерным вагоном в США был
Американский багги — легкий
практичные автомобили

Изобретения самоходных
дорожные транспортные средства появились в конце 18 — начале 19 века,
но паровые двигатели низкого давления просто не приносили пользы
средство передвижения. (более

ранняя история)

Французский
артиллерийский офицер Николас Жозеф Кюньо построил и управлял
трехколесная повозка с паровым двигателем 1769 г.,
но который сбежал с дороги в первый раз, когда он попал в
кривая на полной скорости — 3 мили в час. Это было
первое самоходное шоссейное транспортное средство, но не
улучшение по сравнению с лошадью.

Некоторые паровые
автобусы фактически использовались в коммерческих целях в Англии в
первой половине 19 века, но когда железная дорога заняла
вне его было явно лучше.
Железная дорога и
дилижансной промышленности удалось добиться принятия закона о
остановить их в 1865 г. (отменено в 1896 г.) — на основании
опасности отпугивания лошадей самоходными машинами на
на дорогах общего пользования скорость была ограничена 4 милями в час.
и должен был предшествовать пеший человек с красным
флаг

вам нужен внутренний
двигатель внутреннего сгорания (или значительно улучшенный паровой двигатель или батарея)
и рынок дорожных транспортных средств:

Двигатель внутреннего сгорания сжигает топливо внутри
двигатель (в отличие от парового двигателя) — обычно использует
бензин
Этьен Ленуар (а
бельгийский механик, работающий в Париже) разработал работоспособный
двухтактный двигатель внутреннего сгорания в 1860 году, но он
весил несколько сотен фунтов и развивал 2
Лошадиные силы. Он на самом деле построил и управлял транспортным средством
используя свой двигатель, но это был единичный эксперимент, который
ни к чему не привело.
Николас Отто сделал
лучше с четверкой
тактный двигатель, и ряд немецких изобретателей
сразу захотелось поставить его в дорожный транспорт.
Готлиб Даймлер, Вильгельм Майбах и Карл Бенц построили
первые работоспособные автомобили с одноцилиндровыми двигателями
(сначала мотоцикл и трицикл) и разработали работоспособные
автомобили в 1880-х годах и имели их в коммерческих
производство в начале 1890 с. Значительный
коммерческое производство, разработанное в 1890-х годах в Германии
и Франции (преимуществом которой были хорошие дороги), с Британией
пытаясь догнать. В основном это были игрушки для
богатые спортсмены, хотя к 1900 году туристические автомобили использовались
некоторые из богатых семей вместо экипажей и там
было некоторое использование электрических автомобилей богатыми дамами в
город.

Даймлер 1886

тоже нужен был достойный
дороги, и велосипедный бум обеспечил их, а также
чувство рынка. Автомобиль, вероятно, мог
были построены на 20 лет раньше, но интереса не было
там.

Дж.
К. Старли представил безопасный велосипед в
1885. Люди были довольны
железная дорога — только с велосипедом они додумались
дальние поездки по обычным дорогам. Свобода
путешествуйте, где вы хотели.
пневматическая шина была
изобретено Джоном
Dunlop в Ирландии в 1888 году специально для использования в
велосипеды
автомобиль бы
не смогли конкурировать с железной дорогой в комфорте
и скорость без дороги с твердым покрытием и пневматического
шина

Полет имел долгую предысторию до братьев Райт,
но изобретатели, которые не успешно продают продукт, не
обычно получают кредит

Полет давно был мечтой
легенда об Икаре лучше всех
известно, но встречается в других культурах
в арабском мире Ибн Фирнас запустил
сам с вышки на планере (спустился с
башня) в 875 г. н.э. и дожил до 90 136 лет.
монах по имени Эйлмер из Англии сделал
аналогичный полет сразу после 1000 г. н.э.

г.

должны планеры
(что парит как птица) счет? видео,
записи
ранние конструкции самолетов обычно
по прямой аналогии с птицами и поэтому с машущими крыльями
(Леонардо).

Первыми успешными продуктами были воздушные шары

Братья Монгольфье использовали как горячий воздух, так и водород
Воздушные шары вошли в обиход в конце 18-го века.
веке и нашел широкое применение в Гражданской войне и для
спорт, так что было некоторое знакомство с атмосферой, как
окружающая среда.

Ранняя теория полета и эксперименты

Сэр Джордж Кейли изложил большую часть
необходимая теория полета в начале 1800-х годов
Преподобный
В 1900 году Баррелл Кэннон почувствовал призвание Бога построить
Колесный летательный аппарат Иезекииля
Фредерик
Marriott построил паровой дирижабль в 1869 году.
его племянник Джон
Монтгомери сделал несколько ключевых изобретений в форме крыла для
планеры 1883 года
Во Франции с 1871 г. Альфонс
Penaud разработал модели самолетов с резиновой лентой.
использование пропеллеров вместо машущих крыльев
Октав Шанют
экспериментировал с планерами и продвигал полет

Так что же оставалось делать братьям Райт?

удачный двигатель
как повернуться без скольжения вбок

Аэродром Лэнгли
№ 5

Изобретение самолета:

К концу 1800-х планеры
был успешно пролетен до 250 метров и несколько раз
люди работали над моторными планерами.
Глава Смитсоновского института Сэмюэл
Пьерпонт Лэнгли получил правительственный грант на строительство
аппарат тяжелее воздуха. Его подход заключался в том, чтобы «убедить
система жестких плоскостей по воздуху на больших
скорость» — другими словами, как проткнуть ножом
масло. Он представлял себе воздух как ряд одинаковых
упругие кубики.

Он успешно управлял беспилотным
моторный самолет до братьев Райт, но его
пилотируемая версия не летала и имела фундаментальные проблемы
с контролем. Он владел Вашингтоном
истеблишмент — никто не обращал внимания на Райт
Братья.

Братья Райт (видео: первое
снимал полет братьев Райт)

братья Райт сделали акцент на жидкости
природа воздуха, и искал самолет, который был бы гибким и
регулируемый, не жесткий.
Заметьте, это были не ученые, а
они были производителями велосипедов и гонщиками, которые читали
профессиональной литературы, изучал проблемы авиации
с большой осторожностью и переписывался с другими авиационными
исследователи, такие как Октав
Шанют. Братья Райт даже построили свой
собственный ветер
туннель — 6 футов в длину и 16 квадратных дюймов — для изучения
соотношение различных форм крыла и подъемной силы, а также
пропеллеры.
Некоторые из других исследователей были
профессиональные инженеры и ученые, но Райты могли
делать так же хорошо эмпирически
исследовательская работа
- они использовали существующие научные знания,
  но этого было недостаточно, чтобы предсказать полет
  характеристики
- им повезло с аналогиями, которые они подбирали, когда
  не было четкого научного ответа
- они использовали научный метод
- они не публиковали научные результаты,
  они просто пытались решить проблемы
разработали систему поворота самолета
с рулем направления, связанным с системой деформации
все крыло, чтобы самолет кренился в полете,
испытал его на планерах.

Posted inДвигатель