4.4. Применение водяных колес в горном деле, металлургии и других отраслях

Для добычи и подъема руды, в горном деле использовали различные, сложные механизмы и устройства, приводимые в движение сначала мускульной силой животных, а затем водяных колес. Например, рудничный подъемник с конным приводом и фракционным тормозом (рис.4.4а). Для дробления породы применяли дробильную мельницу с приводом бегуна от водяного колеса (рис.4.4б). Применяли также колеса с вертикальным валом (рис.4.4в), типа конического зубчатого колеса с криволинейными зубьями. Применяли руднечный подъемник с реверсивным водяным колесом (рис.4.4г).

Рис. 4.4. Применение водяных колес: а – в рудничном подъемнике с конным приводом и фрикционным тормозом; б – в дробильной мельнице с приводом бегунка от водяного колеса; в – с вертикальным валом; г – реверсивного в рудном подъемнике

После изобретения кривошипно-шатунного механизма, позволяющего преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное, водяные колеса стали применяться в металлургии для приведения в действие воздушных мехов, для пиления дров, для валяния сукна и в некоторых других случаях.

4.5. Создание ветряных мельниц в Персии, Ираке, Европе и в России

В VIII в. в Персии и Ираке появились ветряные мельницы (рис.4.5) различной конструкции. Имеются сведения о мельницах, изобретенных в Афганистане в IV в., с ветряным колесом, лежавшим в горизонтальной плоскости; вертикальный вал вращал подвижный жернов. В этом случае отсутствовала передача, и конструкция оказывалась достаточно простой.

Рис. 4.5. Ветряная мельница

Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства. Необходимость в этих устройствах диктовалась тем, что крылья мельниц были связаны с жерновом практически напрямую, и, следовательно, скорость его вращения сильно зависела от капризов ветра. В Афганистане все мельницы и черпательные колеса приводились в движение господствующим северным ветром, и поэтому ориентированы только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы сила ветра была то больше, то меньше, поскольку при сильном ветре “мука горит и выходит черной, порой даже жернов раскаляется и разливается на куски».

До революции в России насчитывалось до 200 тыс. ветряных мельниц, которые перемалывали 40% зерна от общего урожая. Крылья первых мельниц изготавливались подобно корабельным парусам из парусины. Потом появились деревянные крылья у шатровых мельниц (рис.4.6а), которые поворачивались вместе с крышей так, чтобы крылья располагались против ветра. Энергия, поступающая на ветряные мельницы, пропорциональна кубу скорости ветра и площади, обметаемой крыльями мельницы. Ее КПД около 45%.

В сельской местности изготавливались мельницы козлового типа (рис. 4.6б) с небольшим диаметром колес 8-12м. Эти мельницы разворачивались на центральном столбе-козле и устанавливались так, чтобы крылья располагались против ветра. Ветряные мельницы к концу XII в. получили распространение во Франции, Англии и Голландии, в XIII в. в Германии, в XIV в. в Польше и на Украине.

а)

б)

Рис. 4.6. Виды ветряных мельниц: а – шатровая; б – козлового типа