آسیاب آبی: ارزش کشف، دامنه، دستگاه و اصل کار

2024 نویسنده: Henry Conors | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-12 06:32

اختراع آسیاب آبی برای تاریخ و توسعه فناوری اهمیت زیادی داشت. اولین چنین سازه هایی برای سرریز آب در روم باستان مورد استفاده قرار گرفت، بعداً از آنها برای تهیه آرد و سایر اهداف صنعتی استفاده شد.

داستان اختراع

چرخ آب توسط مردم در زمان های قدیم اختراع شد که به لطف آن یک فرد موتوری قابل اعتماد و ساده دریافت می کرد که استفاده از آن هر ساله در حال گسترش است. در اوایل قرن اول قبل از میلاد، دانشمند رومی ویتروویوس چنین ساختاری را در رساله خود "10 کتاب در معماری" توصیف کرد. عمل آن بر اساس چرخش چرخ از برخورد جریان آب به تیغه های آن بود. و اولین کاربرد عملی این کشف امکان آسیاب غلات بود.

تاریخ آسیاب ها به اولین سنگ آسیاب هایی برمی گردد که مردم باستان از آن برای به دست آوردن آرد استفاده می کردند. چنین وسایلی ابتدا دستی بودند، سپس شروع به استفاده از قدرت بدنی بردگان یا حیواناتی کردند که چرخ آرد را می چرخاندند.

تاریخ آسیاب آبی با استفاده از طراحی چرخی که توسط نیروی جریان رودخانه به حرکت در می آمد آغاز شد.فرآیند آسیاب کردن دانه به آرد، و اساس آن ایجاد اولین موتور بود. ماشین‌های باستانی از دستگاه‌های آبیاری به نام چادوفون تکامل یافته‌اند که برای بالا بردن آب از رودخانه برای آبیاری زمین و مزارع استفاده می‌شد. چنین وسایلی شامل چندین پیمانه بود که روی یک لبه نصب می‌شدند: در حین چرخش، آنها را در آب غوطه‌ور می‌کردند، آن را بالا می‌بردند و پس از بلند کردن آن، آن را به یک لوله واژگون می‌کردند.

آرایش آسیاب‌های بادی باستانی

با گذشت زمان، مردم شروع به ساخت آسیاب های آبی کردند و از نیروی آب برای تولید آرد استفاده کردند. علاوه بر این، در مناطق مسطح، با سرعت کم جریان رودخانه ها، سدهایی برای افزایش فشار و در نتیجه افزایش سطح آب ترتیب داده شد. برای انتقال حرکت به دستگاه آسیاب، موتورهای دنده ای اختراع شدند که از دو چرخ در تماس با رینگ ها ساخته می شدند.

با استفاده از سیستمی از چرخ‌ها با قطرهای مختلف که محورهای چرخش آنها موازی بود، مخترعان باستانی قادر به انتقال و تغییر حرکتی بودند که می‌توانست به نفع مردم باشد. علاوه بر این، چرخ بزرگتر باید به تعداد دفعاتی که قطر آن از چرخ دوم و کوچک بیشتر شود، گردش های کمتری انجام دهد. اولین سیستم های چرخ دنده 2 هزار سال پیش مورد استفاده قرار گرفتند. از آن زمان، مخترعان و مکانیک‌ها توانسته‌اند انواع مختلفی از چرخ دنده‌ها را با استفاده از نه تنها ۲، بلکه چرخ‌های بیشتر ارائه دهند.

دستگاه آسیاب آبی عهد باستان شرح داده شده استویتروویوس، شامل 3 بخش اصلی بود:

1. موتوری متشکل از یک چرخ عمودی با تیغه هایی که توسط آب می چرخند.
2. مکانیسم انتقال یک چرخ دندانه دار عمودی دوم (گیربکس) است که سومین چرخ افقی به نام پینیون را می چرخاند.
3. مکانیزم فعال سازی متشکل از دو سنگ آسیاب: قسمت بالایی توسط یک چرخ دنده هدایت می شود و روی محور عمودی آن نصب می شود. دانه آرد در یک قیف سطلی که در بالای سنگ آسیاب بالایی قرار داشت ریخته شد.

چرخ های آب در چندین موقعیت نسبت به جریان آب نصب می شدند: پایین دست - روی رودخانه هایی با سرعت جریان بالا. رایج ترین آنها سازه های "آویزان" بودند که بر روی یک جریان آزاد نصب شده بودند و توسط تیغه های پایینی در آب غوطه ور بودند. متعاقبا، آنها شروع به استفاده از انواع چرخ های آب با سوراخ متوسط و بالا کردند.

حداکثر راندمان ممکن (بازده=75٪) با کار انواع سربار یا فله ای بدست آمد که به طور گسترده در ساخت آسیاب های شناور "قایقران" که بر روی رودخانه های بزرگ می چرخیدند استفاده می شد: Dnieper، Kura، غیره

اهمیت کشف آسیاب آبی این بود که اولین مکانیزم عتیقه اختراع شد که بعدها می توان از آن برای تولیدات صنعتی استفاده کرد که مرحله مهمی در تاریخ توسعه فناوری شد.

ساختارهای هیدرولیکی قرون وسطایی

نخستین آسیاب های آبی در اروپا، طبق داده های تاریخی، در زمان سلطنت شارلمانی (340 پس از میلاد) در آلمان واز رومیان به عاریت گرفته شده است. در همان زمان، چنین مکانیسم هایی بر روی رودخانه های فرانسه ساخته شد، جایی که در پایان قرن یازدهم. قبلاً حدود 20 هزار آسیاب وجود داشت. در همان زمان، بیش از 5.5 هزار نفر از آنها در انگلیس وجود داشت.

آسیاب های آبی در قرون وسطی در سراسر اروپا گسترده بودند، آنها برای فرآوری محصولات کشاورزی (آسیاب های آرد، آسیاب های روغن، فولرها)، برای برداشتن آب از معادن و در تولید متالورژی استفاده می شدند. تا پایان قرن شانزدهم قبلاً 300 هزار نفر از آنها وجود داشت و در قرن 18. - 500 هزار. همزمان بهبود فنی و افزایش قدرت آنها (از 600 به 2220 اسب بخار) صورت گرفت.

هنرمند و مخترع معروف لئوناردو داوینچی نیز در یادداشت های خود سعی کرده راه های جدیدی برای استفاده از انرژی و نیروی آب به کمک چرخ ها ارائه دهد. به عنوان مثال، او طراحی یک اره عمودی را پیشنهاد کرد که توسط جریانی از آب که به چرخ عرضه می‌شود به حرکت در می‌آید، یعنی فرآیند خودکار شد. لئوناردو همچنین طرح‌هایی از چندین گزینه برای استفاده از سازه‌های هیدرولیک انجام داد: فواره‌ها، راه‌های تخلیه باتلاق‌ها و غیره.

یک نمونه بارز نیروگاه آبی، مکانیسم تامین آب برای فواره ها و تامین آب کاخ ها در ورسای، تریانون و مارلی (فرانسه) بود که برای آن سدی مخصوص روی رودخانه ساخته شد. سن از مخزن آب تحت فشار به 14 چرخ ته شکن به ابعاد 12 متر می رسید و با کمک 221 پمپ آن را به ارتفاع 162 متری به قنات رساندند و از آنجا به کاخ ها و فواره ها سرازیر می شد.حجم آب عرضه شده روزانه 5 هزار مترمکعب بود^3.

آسیاب آبی چگونه کار می کند

طراحی چنین آسیابی برای قرن ها بدون تغییر باقی مانده است. مصالح اصلی ساخت و ساز چوب بود که از آن انبار ساخته شد، چرخ ها و شفت ها ساخته شد. فلز فقط در برخی از قسمت ها استفاده شد: محورها، اتصال دهنده ها، براکت ها. گهگاه انبار را از سنگ می ساختند.

انواع آسیاب هایی که از انرژی آب استفاده می کردند:

1. Whorled - ساخته شده بر روی رودخانه های کوهستانی با جریان سریع. از نظر طراحی، آنها شبیه به توربین های مدرن هستند: تیغه ها روی یک چرخ عمودی با زاویه ای نسبت به پایه ساخته می شدند، هنگامی که جریان آب پایین می آمد، چرخشی رخ می داد که سنگ آسیاب از آن حرکت می کرد.
2. چرخ، که خود چرخ «آب» در آن می چرخید. دو نوع ساخته شد - با نبرد پایین و بالا.

آب از سد به آسیاب بالای سر می رسید، سپس در امتداد ناودان به چرخ با خندق هایی هدایت می شد که زیر وزن آن می چرخید. هنگام استفاده از مبارزات پایین، از طرحی با تیغه هایی استفاده می شود که هنگام غوطه ور شدن در جریان آب به حرکت در می آیند. برای بهبود راندمان کار، اغلب از یک سد استفاده می‌شد که تنها بخشی از رودخانه را مسدود می‌کرد که به آن نعمت می‌گویند.

شکل زیر دستگاه یک آسیاب آبی چوبی معمولی را نشان می دهد: حرکت چرخشی از محرک پایینی (چرخ) [6] می آید، در بالا یک سطل (پناهگاه) [1] برای دانه و یک ناودان [2]، تغذیه آن به سنگ آسیاب [3]. آرد به دست آمده داخل سینی [4] افتاد و سپس داخل سینه یا کیسه [5] ریخت.

تنظیم ذخایر دانه توسط یک تلگراف انجام شد، یک جعبه مخصوص با سوراخی که بر ظرافت آسیاب آرد تأثیر می گذاشت. پس از دریافت آن، الک مخصوص نصب شده در بالای سینه لازم بود که با مکانیزم کوچکی در نوسان بود.

برخی آسیاب های آبی نه تنها برای آسیاب غلات، بلکه برای پوست کندن ارزن، گندم سیاه یا جو دوسر که از آن غلات تهیه می شد نیز استفاده می شد. به چنین ماشین هایی کروپر می گفتند. صاحبان کارآفرین از سازه‌های آسیاب برای کوبیدن یدک‌ها، برای نمد کردن پارچه‌های نمدی، برای شانه کردن پشم و غیره استفاده می‌کردند.

آسیابهای ساختمانی در روسیه

در تواریخ باستانی روسیه، ذکر چرخ های آبی و آسیاب ها از قرن نهم رخ می دهد. در ابتدا، آنها به طور انحصاری برای آسیاب غلات مورد استفاده قرار می گرفتند، که برای آن به آنها "آرد" و "نان" نامیده می شد. در سال 1375، شاهزاده پودولسکی کورپاتوویچ با منشوری به صومعه دومینیکن حق ساخت آسیاب غلات را اعطا کرد. و در سال 1389 چنین ساختمانی با وصیت به همسر شاهزاده دیمیتری دونسکوی واگذار شد.

در ولیکی نووگورود، سندی از پوست درخت غان که ساخت یک آسیاب را ذکر کرده است به قرن چهاردهم بازمی گردد. تواریخ پسکوف قرن شانزدهم. در مورد ساخت چنین سازه ای در رودخانه ولخوف که کل جمعیت محلی درگیر آن بودند صحبت کنید. سدی ساخته شد که بخشی از رودخانه را مسدود کرد، اما به دلیل سیل شدید فرو ریخت.

در زمین های مسطح، آسیاب های آبی در روسیه با چرخ بالای سر پرکننده ساخته شدند. در قرن 14-15. دستگاه های چرخدار شروع به ظاهر شدن کردند که در آنچرخ به صورت افقی روی یک محور عمودی قرار گرفت.

این طرح ها توسط استادان خودآموخته بدون هیچ گونه نقشه و نمودار ساخته شده است. علاوه بر این، آنها نه تنها سازه های ساخته شده را کپی کردند، بلکه هر بار نوآوری های خود را به دستگاه خود اضافه کردند. حتی در زمان پتر کبیر استادانی از کشورهای اروپایی به روسیه آمدند که مهارت و دانش خود را در این زمینه نشان دادند.

یکی از همکاران پیتر، مهندس معروف ویلیام جنین، که 12 نیروگاه بزرگ در اورال ساخت، توانست از کارکرد آنها از نیروگاه های هیدرولیک اطمینان حاصل کند. متعاقباً، انرژی آب به طور گسترده توسط متخصصان در ساخت شرکت های معدن و فلزکاری در سراسر روسیه استفاده شد.

در آغاز قرن هجدهم، حدود 3 هزار کارخانه در سراسر قلمرو فعالیت می کردند که از تاسیسات هیدرولیک برای عملکرد تولید استفاده می کردند. اینها متالورژی، کارخانه چوب بری، کاغذ، بافندگی و سایر شرکتها بودند.

معروفترین و منحصر به فردترین مجموعه برای تامین انرژی معدن و کارخانه ذوب در سال 1787 توسط مهندس K. D. Frolov در معدن Zmeinogorsk ساخته شد که مشابه آن در جهان وجود نداشت. این شامل یک سد، سازه‌های آب‌خور بود که از آن‌ها آب از طریق کانال‌های زیرزمینی به کانالی باز (طول ۵۳۵ متر) به آسیاب می‌رفت، جایی که چرخ کارخانه چوب بری می‌چرخید. علاوه بر این، آب از طریق کانال زیرزمینی بعدی به چرخه هیدرولیک دستگاه برای بلند کردن سنگ معدن از معدن و سپس به سومین و چهارمین جریان یافت. در انتها از مسیری به طول بیش از 1 کیلومتر به رودخانه زیر سد سرازیر شد و کل مسیر آن بیش از 2 کیلومتر بود.قطر بزرگترین چرخ 17 متر است. تمام سازه ها از مصالح محلی ساخته شده اند: خشت، چوب، سنگ و آهن. این مجموعه بیش از 100 سال است که با موفقیت کار می کند، اما تنها سد معدن Zmeinogorsky تا به امروز باقی مانده است.

تحقیق در زمینه هیدرولیک نیز توسط دانشمند مشهور M. V. Lomonosov انجام شد که افکار علمی خود را با مشارکت در ایجاد یک کارخانه شیشه رنگی بر اساس عملکرد یک تاسیسات هیدرولیک با سه چرخ به کار برد.. آثار دو آکادمیک روسی دیگر - دی. برنولی و ال. اویلر - در استفاده از قوانین هیدرودینامیک و مهندسی هیدرولیک اهمیت جهانی پیدا کرد و شالوده نظری این علوم را پی ریزی کرد.

استفاده از انرژی آب در شرق

استفاده از چرخ های آب در چین برای اولین بار در کتاب Sunn Yingxing در سال 1637 به تفصیل شرح داده شد. استفاده از آنها برای تولید متالورژی را به تفصیل شرح می دهد. سازه های چینی معمولاً افقی بودند، اما ظرفیت آنها برای تولید آرد و فلز به اندازه کافی بالا بود.

استفاده از انرژی آب برای اولین بار در دهه 30 آغاز شد. n ه.، پس از اختراع یک مقام چینی مکانیزم رفت و برگشتی مبتنی بر چرخ های آب.

در چین باستان، چند صد آسیاب در کنار رودخانه ها ساخته شد، اما در قرن دهم. دولت شروع به ممنوعیت آنها کرد زیرا مانع دریانوردی رودخانه شد. ساخت آسیاب ها به تدریج در کشورهای همسایه: ژاپن و هند، در تبت گسترش یافت.

چرخ های آب در کشورهای اسلامی

کشورهاشرق که مردم در آن به دین اسلام اعتقاد دارند، در اکثر موارد سرزمینی با آب و هوای بسیار گرم است. از زمان های قدیم، تامین آب منظم بسیار مهم بوده است. برای تامین آب شهرها قنات می ساختند و برای بالا بردن آن از رودخانه آسیاب هایی می ساختند که به آن «نوریاس» می گفتند.

به گفته مورخان، اولین چنین بناهایی ۵ هزار سال پیش در سوریه و سایر کشورها ساخته شد. در رودخانه اورونتس، یکی از عمیق‌ترین رودخانه‌های کشور، ساخت آسانسورهایی به شکل چرخ‌های عظیم آسیاب‌های آبی رواج داشت که با تیغه‌های متعدد آب را جمع‌آوری می‌کردند و آن را به قنات می‌رسانیدند.

نمونه بارز چنین سازه ای آسانسورهای شهر حما است که تا زمان ما باقی مانده است و ساخت آنها به قرن سیزدهم بازمی گردد. آنها تا به امروز به کار خود ادامه می دهند و هم زینت و هم نقطه عطف شهر هستند.

استفاده از برق آبی در صنایع مختلف

علاوه بر به دست آوردن آرد، دامنه آسیاب های آبی به انواع صنایع زیر گسترش یافت:

• برای بهبود و تأمین آب برای محصولات در مزارع؛
• کارخانه چوب بری که از نیروی آب برای پردازش چوب استفاده می کرد؛
• متالورژی و فرآوری فلز؛
• در معدن برای پردازش سنگ یا سنگ های دیگر؛
• در کارخانجات بافندگی و پشمی؛
• برای برداشتن آب از معدن و غیره.

یکی از قدیمی ترین نمونه های استفادهنیروی آب - یک کارخانه چوب بری در هیراپولیس (ترکیه)، مکانیسم های آن در طول حفاری ها کشف شد و به قرن ششم باز می گردد. n e.

در برخی از کشورهای اروپایی، باستان شناسان بقایای آسیاب های قدیمی از دوران روم باستان را کشف کردند که برای خرد کردن کوارتز حاوی طلای استخراج شده در معادن استفاده می شد.

بزرگترین مجموعه با استفاده از نیروی آب، طبق داده های تاریخی، در قرن اول ساخته شد. در جنوب فرانسه به نام باربیگال که دارای 16 چرخ آب بود که انرژی 16 آسیاب آرد را تامین می کرد و به این ترتیب نان شهر نزدیک آلرت را تامین می کرد. هر روز 4.5 تن آرد در اینجا تولید می شد.

مجموعه آسیاب مشابه در تپه جانیکولوم در قرن سوم منابع را تامین می کرد. شهر رم که توسط امپراتور اورلیان قدردانی شد.

ایجاد ساختار آب با دستان خود

یک عنصر معماری مانند چرخ آب همراه با استخرها، آبشارها یا فواره ها محبوبیت پیدا کرده است. البته چنین سازه هایی به جای اینکه عملی باشند، عملکردی تزئینی دارند. هر مالکی که مهارت کار با قطعات چوبی را داشته باشد می تواند با دستان خود آسیاب آبی بسازد.

توصیه می شود بسته به مساحت سایت، اندازه چرخ حداقل 1.5 متر، اما نه بیشتر از 10 متر انتخاب شود. خانه آسیاب نیز با توجه به هدف آینده خود انتخاب می شود: یک ساختمان برای ذخیره موجودی، یک منطقه بازی برای کودکان، و تزئین قلمرو.

تولید قطعات:

• به عنوان پایه ای برای چرخ آب، می توانید یک دوچرخه یا یک درخت کوبیده را که تیغه ها به آن وصل شده اند بردارید. در مرکزباید لوله ای داشته باشد که دور آن بچرخد؛
• محصول نهایی بر روی یاتاقان ها روی 2 تکیه گاه نصب می شود که از تیرهای بلوط، گوشه های فلزی، آجر ساخته شده است؛
• تا بالای چرخ باید با لوله ای که آب از طریق آن بر روی تیغه ها جریان می یابد، قرار گیرد. یا از شلنگ با پمپ آورده می شود یا بعد از باران می آید؛
• توصیه می شود تمام قطعات برای افزایش عمر مفید پردازش شوند: چوبی - لاک زده، فلزی - رنگ شده در برابر خوردگی؛
• برای تخلیه آب، کانال ها را در جهت تخت ها یا ظرف دیگری قرار دهید؛
• در مرحله پایانی، ساختمان با عناصر تزئینی تزئین شده است.

راه اندازی یک آسیاب آبی تزئینی در حومه شهر یک افزوده زیبایی شناختی عالی به منظره خواهد بود.

آسیاب‌های بادی مشهور تاریخی

بزرگترین آسیاب آبی فعال "لیدی ایزابلا" در نزدیکی روستای Lexie در جزیره من در دریای ایرلند واقع شده است. این سازه در سال 1854 توسط مهندس خودآموخته رابرت کیزمنت به افتخار همسر فرماندار کل محلی ساخته شد و هدف از ساخت آن پمپاژ آب زیرزمینی از یک معدن محلی برای استخراج منابع طبیعی (روی، سرب و غیره) بود..).

کانال های مخصوصی گذاشته شده بود که از طریق آن آب رودخانه های کوهستانی از روی پل عبور می کرد و برای چرخاندن چرخی به قطر 22 متر تغذیه می شد که هنوز هم بزرگترین در جهان محسوب می شود که به لطف آن بسیاری از گردشگران از آن استفاده می کنند. قبلاً از موفقیت لذت می بردسال.

یکی از دیدنی های اصلی فرانسه یک آسیاب آبی قدیمی است که در نزدیکی شهر ورنون (فرانسه) قرار دارد. منحصر به فرد بودن آن در این است که بر روی 2 ستون از یک پل سنگی قدیمی قرار دارد که زمانی سواحل رود سن را به هم متصل می کرد. تاریخ دقیق ساخت آن مشخص نیست، با این حال، طبق برخی منابع، در دوره مخالفت با ریچارد شیردل ساخته شد و از اهمیت استراتژیک برخوردار بود. در سال 1883، هنرمند مشهور کلود مونه او را بر روی یکی از بوم های نقاشی خود جاودانه کرد.

ایجاد آسیاب آبی گامی مهم در تاریخ توسعه فناوری است، زیرا اولین طرحی است که می تواند برای مصارف مختلف برای فرآوری محصولات کشاورزی و سایر محصولات مورد استفاده قرار گیرد که اولین گام به سمت ماشین بود. تولید در جهان.