Vattenhjul

ungefär samtidigt visas överskottet för första gången i en dikt av Antipater of Thessalonica, som berömmer det som en arbetsbesparande enhet (IX, 418.4-6). Motivet tas också upp av Lucretius (ca. 99-55 f. Kr.) som gillar vattenhjulets rotation till stjärnornas rörelse på fästet (V 516)., Den tredje horisontella axlade typen, breastshot waterwheel, kommer till arkeologiska bevis i slutet av 2: a århundradet e. Kr. sammanhang i centrala Gallien. De flesta utgrävda romerska vattenkvarnar var utrustade med ett av dessa hjul som, även om de var mer komplexa att konstruera, var mycket effektivare än det vertikala axelns vattenhjul. I 2: a århundradet e. Kr. Barbegal watermill complex matades en serie av sexton överskottshjul av en konstgjord akvedukt, en proto-industriell kornfabrik som har kallats ”den största kända koncentrationen av mekanisk kraft i den antika världen”.,

i romerska Nordafrika hittades flera installationer från omkring 300 AD där vertikala axelvattenhjul med vinklade blad installerades längst ner på en vattenfylld cirkulär axel. Vattnet från kvarnen-loppet som kom tangentiellt gropen skapade en virvlande vattenkolonn som gjorde det helt nedsänkta hjulet fungera som sanna vattenturbiner, den tidigaste kända hittills.,

navigering

bortsett från dess användning i fräsning och vattenhöjning, gamla ingenjörer tillämpade paddlade vattenhjul för automater och navigering. Vitruvius (x 9.5–7) beskriver flerväxlade paddelhjul som fungerar som en fartygsockometer, den tidigaste i sitt slag., Det första omnämnandet av paddelhjul som ett sätt att driva kommer från 4: e-5: e århundradet militär avhandling de Rebus Bellicis (kapitel XVII), där den anonyma romerska författaren beskriver en ox-driven paddel-wheel krigsfartyg.

tidig medeltida EuropeEdit

forntida vattenhjulsteknik fortsatte oförminskad under den tidiga medeltida perioden där utseendet på nya dokumentära genrer som juridiska koder, monastiska charter, men även hagiografi åtföljdes av en kraftig ökning av hänvisningar till vattenkvarnar och hjul.,

det tidigaste vertikala hjulet i en tidvattenkvarn är från 6: e århundradet Killoteran nära Waterford, Irland, medan det första kända horisontella hjulet i en sådan typ av kvarn är från den irländska lilla ön (c. 630). När det gäller användningen i en gemensam nordisk eller grekisk Kvarn grävdes de äldsta kända horisontella hjulen i den irländska Ballykilleen, daterad till C. 636.

det tidigaste utgrävda vattenhjulet som drivs av tidvattenkraft var nendrum Monastery mill i Nordirland som har daterats till 787, även om en möjlig tidigare Kvarn dateras till 619., Tide mills blev vanligt i flodmynningar med ett bra tidvattenområde i både Europa och Amerika som vanligtvis använder underskottshjul.

Cistercienserkloster, i synnerhet, gjorde omfattande användning av vattenhjul för att driva vattenkvarnar av många slag., Ett tidigt exempel på ett mycket stort vattenhjul är det fortfarande bevarade hjulet i början av 1200-talet Real Monasterio de Nuestra Senora De Rueda, ett cistercienserkloster i Aragonien i Spanien. Grist mills (för majs) var utan tvekan den vanligaste, men det fanns också sågverk, fulling mills och mills för att uppfylla många andra arbetsintensiva uppgifter. Vattenhjulet förblev konkurrenskraftigt med ångmotorn väl in i den industriella revolutionen. Vid omkring 8: e till 10: e århundradet togs ett antal bevattningstekniker in i Spanien och introducerades därmed till Europa., En av dessa tekniker är Noria, som i grunden är ett hjul utrustat med hinkar på kringutrustning för att lyfta vatten. Det liknar det underskottsvattenhjul som nämns senare i den här artikeln. Det tillät bönderna att driva vattenkvarnar mer effektivt. Enligt Thomas Glicks bok, bevattning och samhälle i medeltida Valencia härstammar Noria förmodligen från någonstans i Persien. Den har använts i århundraden innan tekniken togs in i Spanien av araber som hade antagit den från romarna., Således fördelningen av Noria i den Iberiska halvön ”överensstämmer med området för stabiliserad islamisk bosättning”. Denna teknik har en djupgående effekt på böndernas liv. Noria är relativt billigt att bygga. Således tillät bönderna att odla mark mer effektivt i Europa. Tillsammans med spanjorerna spred sig tekniken till den nya världen i Mexiko och Sydamerika efter spansk expansion

Domesday inventory of English mills C., 1086Edit

församlingen sammankallas av William av Normandie, vanligen kallad ”Domesday” eller Domedagen undersökning, tog en inventering av potentiellt beskattningsbar egendom i England, som inkluderade över sex tusen fabriker spridda över tre tusen olika platser.

LocationsEdit

den typ av vattenhjul som valts var beroende av platsen. Generellt om endast små volymer vatten och höga vattenfall var tillgängliga skulle en millwright välja att använda ett överskottshjul., Beslutet påverkades av det faktum att skoporna kunde fånga och använda även en liten mängd vatten. För stora volymer vatten med små vattenfall skulle underskottshjulet ha använts, eftersom det var mer anpassat till sådana förhållanden och billigare att konstruera. Så länge dessa vattenförsörjning var riklig frågan om effektivitet förblev irrelevant. Vid 1700-talet, med ökad efterfrågan på kraft i kombination med begränsade vattenområden, betonades effektivitetsschema.,

ekonomiskt inflytandedet

vid 1100-talet fanns det delar av Europa där utnyttjandet av vatten var vanligt. Vattenhjulet är underförstått att ha aktivt format och för alltid ändrat utsikterna för västerlänningar. Europa började transitera från mänskliga och animaliska muskelarbete mot mekaniskt arbete med tillkomsten av vattenhjulet. Medievalisten Lynn White Jr hävdade att spridningen av livliga kraftkällor var vältaligt vittnesbörd om framväxten av väster om en ny inställning till, makt, arbete, natur och framför allt teknik.,

att utnyttja vattenkraft möjliggjorde vinster i jordbruksproduktivitet, livsmedelsöverskott och storskalig urbanisering från och med 1000-talet. Nyttan av vattenkraft motiverade Europeiska experiment med andra kraftkällor, såsom vind-och tidvattenverk. Waterwheels påverkade byggandet av städer, mer specifikt kanaler. De tekniker som utvecklades under denna tidiga period, såsom strömavbrott och byggandet av kanaler, satte Europa på en hydrauliskt fokuserad väg, till exempel vattenförsörjning och bevattningsteknik kombinerades för att ändra hjulets försörjningskraft., Illustrerar i vilken utsträckning det fanns en stor grad av teknisk innovation som uppfyllde feodalstatens växande behov.

program av vatten wheelEdit

vattenkvarnen användes för slipning av spannmål, som producerar mjöl för bröd, malt för öl eller grovmjöl för gröt. Hammermills använde hjulet för att driva hammare. En typ var fulling mill, som användes för tygtillverkning., Trip hammer användes också för att göra smidesjärn och för att arbeta järn i användbara former, en aktivitet som annars var arbetsintensiv. Vattenhjulet användes också i papperstillverkning och slog material till en massa. Under 1200-talet förbättrade vattenverk som används för hamring i hela Europa produktiviteten i tidig ståltillverkning. Tillsammans med behärskning av krut, vattenkraft gav Europeiska länder över hela världen militärt ledarskap från 15-talet.,

17th – och 18th-talet EuropeEdit

Millwrights skiljer mellan de två krafterna, impuls och vikt, på jobbet i vattenhjul långt före 18th-talet Europa. Fitzherbert, en 16-talet jordbruks författare, skrev ”druieth hjulet samt med vikten av vattnet som med styrka”. Leonardo Da Vinci diskuterade också vattenkraft och noterade ”slaget är inte vikt, men exciterar en viktkraft, nästan lika med sin egen kraft”., Men även förverkligandet av de två krafterna, vikt och impuls, förblev förvirring över fördelarna och nackdelarna med de två, och det fanns ingen tydlig förståelse för den överlägsna effektiviteten i vikt. Före 1750 var man osäker på vilken kraft som var dominerande och förstod allmänt att båda krafterna fungerade med lika inspiration bland varandra. Vattenhjulet utlöste frågor om naturens lagar, särskilt kraftlagarna., Evangelista Torricellis arbete med vattenhjul använde en analys av Galileos arbete med fallande kroppar, att hastigheten hos ett vattenspirande från en öppning under huvudet var exakt likvärdig med hastigheten en droppe vatten som förvärvades för att falla fritt från samma höjd.

industriell EuropeEdit

vattenhjulet var en drivkraft bakom de tidigaste industrialiseringsstadierna i Storbritannien., Vattendrivna fram-och återgående anordningar användes i tripphammare och masugnsbågar. Richard Arkwrights vattenram drevs av ett vattenhjul.

det mest kraftfulla vattenhjulet som byggdes i Storbritannien var 100 hp Quarry Bank Mill water wheel nära Manchester. En hög breastshot design, den gick i pension 1904 och ersattes med flera turbiner. Det har nu återställts och är ett museum öppet för allmänheten.

det största fungerande vattenhjulet på fastlandet Storbritannien har en diameter på 15,4 m (51 ft) och byggdes av De Winton company of Caernarfon., Det ligger inom Dinorwic workshops i de Nationella Skiffer Museum i Llanberis, Norra Wales.

det största fungerande vattenhjulet i världen är Laxey Wheel (även känt som Lady Isabella) i byn Laxey, Isle of Man. Det är 72 fot 6 inches (22.10 m) i diameter och 6 fot (1.83 m) bred och underhålls av Manx National Heritage.

utveckling av vattenturbiner under den industriella revolutionen ledde till minskad popularitet hos vattenhjul., Den största fördelen med turbiner är att dess förmåga att utnyttja huvudet är mycket större än turbinens diameter, medan ett vattenhjul inte effektivt kan utnyttja huvudet större än dess diameter. Övergången från vattenhjul till moderna turbiner tog ungefär hundra år.

North AmericaEdit

vattenhjul användes till sågverk, kvarnar och för andra ändamål under utvecklingen av USA., Den 40 fot (12 m) diameter vatten hjul på McCoy, Colorado, byggd 1922, är en överlevande av många som lyfte vatten för bevattning ut ur Coloradofloden.

två tidiga förbättringar var upphängningshjul och fälgväxel. Upphängningshjul är konstruerade på samma sätt som ett cykelhjul, fälgen stöds under spänning från Navet – detta ledde till större lättare hjul än den tidigare designen där de tunga ekrarna var under kompression. Rim-gearing innebar att lägga till ett hakat hjul till fälgen eller höljet på hjulet., Ett stubbväxel kopplade fälgväxeln och tog kraften i kvarnen med en oberoende linjeaxel. Detta tog bort den rotativa stressen från axeln som därmed kunde vara lättare och tillät också mer flexibilitet i kraftstågets läge. Axelrotationen var inriktad upp från hjulet som ledde till mindre kraftförlust. Ett exempel på denna konstruktion uppfunnen av Thomas Hewes och förfinats av William Fairburn kan ses på 1849 återställd hjulet på Portland Bassängen Canal Lager.,

något relaterat var fiskhjul som användes i den amerikanska nordväst och Alaska, som lyfte-lax ur flödet av floder.

ChinaEdit

Kinesiska vattenhjul har nästan säkert ett separat ursprung, så tidigt fanns det alltid horisontella vattenhjul., Vid åtminstone 1: a århundradet e. Kr. använde kineserna i Östra Handynastin vattenhjul för att krossa korn i kvarnar och för att driva kolvskenorna i smide järnmalm i gjutjärn.

i texten som kallas Xin Lun skriven av Huan Tan ca 20 AD (under usurpation av Wang Mang), det står att den legendariska mytologiska kungen kallas Fu Xi var den som ansvarar för mortelstöt och murbruk, som utvecklats till tilt-hammer och sedan trip hammer enhet (se trip hammer)., Även om författaren talar om den mytologiska Fu Xi, ger en passage av hans skrivande antydan om att vattenhjulet var i utbredd användning av 1: a århundradet e. Kr. i Kina (Wade-Giles stavning):

Fu Hsi uppfann pestelet och morteln, vilket är så användbart, och senare förbättrades det skickligt på ett sådant sätt att hela kroppens vikt kunde användas för att trampa på tilt-hammaren (tui), vilket ökar effektiviteten tio gånger., Därefter applicerades kraften hos djur-åsnor, mulor, oxar och hästar—med hjälp av maskiner och vattenkraft som också användes för pounding, så att nyttan ökade hundra gånger.

år 31 AD, ingenjör och prefekt av Nanyang, du Shi (d. 38), tillämpat en komplex användning av vattenhjulet och maskiner för att driva bälgen i masugnen för att skapa gjutjärn., Du Shi nämns kortfattat i boken senare Han (Hou han Shu) enligt följande (i Wade-Giles stavning):

under det sjunde året av Chien-Wu-regeringsperioden (31 AD) tu Shih publicerades för att vara prefekt för Nanyang. Han var en generös man och hans politik var fredlig; han förstörde onda doers och etablerade värdigheten (av hans kontor). Bra på planering älskade han det vanliga folket och ville rädda sitt arbete. Han uppfann en vattenkraft reciprocator (shui phai) för gjutning av (järn) jordbruksredskap., De som smälte och kastade hade redan push-bellows att spränga sina kolbränder, och nu fick de instruktioner att använda rusningen av vattnet (chi shui) för att driva det … Således fick folket stor nytta för lite arbete. De fann ”vatten (drivna) bälgar” bekvämt och antog det allmänt.

vattenhjul i Kina hittade praktiska användningsområden som detta, liksom extraordinär användning., Den kinesiska uppfinnaren Zhang Heng (78-139) var den första i historien att tillämpa motivkraft vid rotation av det astronomiska instrumentet i en armillär sfär, genom användning av ett vattenhjul. Maskiningenjören Ma Jun (ca 200-265) från Cao Wei använde en gång ett vattenhjul för att driva och driva en stor mekanisk dockteater för kejsaren Ming av Wei (r. 226-239).

IndiaEdit

vattenmillens tidiga historia i Indien är Obskyr., Forntida indiska texter som går tillbaka till 4: e århundradet f. Kr. hänvisar till termen cakkavattaka (vridhjul), som kommentarer förklara som arahatta-ghati-yanta (maskin med hjul-krukor bifogade). På grundval av detta föreslog Joseph Needham att maskinen var en Noria. Terry S. Reynolds hävdar dock att ” termen som används i indiska texter är tvetydig och indikerar inte tydligt en vattendriven enhet.”Thorkild Schiøler hävdade att det är ”mer sannolikt att dessa passager hänvisar till någon typ av slitbana – eller handdriven vattenlyftanordning, istället för ett vattendrivet vattenlyfthjul.,”

enligt grekisk historisk tradition fick Indien vattenkvarnar från det romerska riket i början av 4: e århundradet e.Kr. när en viss Metrodoros introducerade”vattenfabriker och bad, okända bland dem till dess”. Bevattningsvatten för grödor tillhandahölls genom att använda vattenhöjningshjul, vissa drivs av strömmen i strömmen i floden från vilken vattnet höjdes., Denna typ av vattenupphöjningsanordning användes i forntida Indien, föregår, enligt Pacey, dess användning i det senare romerska riket eller Kina, även om det första litterära, arkeologiska och bildvisa beviset på vattenhjulet uppträdde i den hellenistiska världen.

omkring 1150 observerade astronomen Bhaskara Achārya vattenhöjande hjul och föreställde sig ett sådant hjul som lyfte tillräckligt med vatten för att fylla på strömmen som körde det, effektivt, en evig rörelsemaskin. Byggandet av vattenverk och aspekter av vattenteknik i Indien beskrivs i arabiska och persiska verk., Under medeltiden gav spridningen av indisk och persisk bevattningsteknik upphov till ett avancerat bevattningssystem som köpte om ekonomisk tillväxt och hjälpte också till med tillväxten av materialkultur.,

islamisk worldEdit

Arabiska ingenjörer tog över vattentekniken i de hydrauliska samhällena i det gamla Near East; de antog vattenhjulet så tidigt som på 7-talet, utgrävning av en kanal i Basra-regionen upptäckte att det fanns en rester av ett vattenhjul från denna period. Hama i Syrien bevarar fortfarande några av sina stora hjul, på floden Orontes, även om de inte längre används., En av de största hade en diameter på ca 20 meter (66 ft) och dess kant delades in i 120 fack. Ett annat hjul som fortfarande är i drift finns i Murcia i Spanien, La Nora, och även om det ursprungliga hjulet har ersatts av ett stål, är det moriska systemet under al-Andalus annars praktiskt taget oförändrat. Några medeltida islamiska kompartmenterade vattenhjul kunde lyfta vatten så högt som 30 meter., Muhammad ibn Zakariya al-Razi är Kitab al-Hawi på 10-talet beskrev en noria i Irak som kan lyfta så mycket som 153.000 av liter per timme (34,000 imp gal/h), eller 2,550 liter per minut (560 imp gal/min). Detta är jämförbart med produktionen av moderna norias i Östasien, som kan lyfta upp till 288,000 liter per timme (63,000 imp gal / h), eller 4,800 liter per minut (1,100 imp gal/min).

den industriella användningen av vattenkvarnar i den islamiska världen går tillbaka till 7th century, medan horisontella och vertikala hjul vattenkvarnar var både i utbredd användning av 9th century. En mängd olika industriella vattenkvarnar användes i den Islamiska världen, bland annat gristmills, hullers, sågverk, shipmills, stämpel pappersbruk, stålverk, sockerbruk, och tidvattnet bruk. Vid 1000-talet hade varje provins i hela den islamiska världen dessa industriella vattenkvarnar i drift, från Al-Andalus och Nordafrika till Mellanöstern och Centralasien., Muslimska och kristna ingenjörer använde också vevaxlar och vattenturbiner, växlar i vattenkvarnar och vattenhöjningsmaskiner och dammar som vattenkälla, som används för att ge ytterligare kraft till vattenkvarnar och vattenhöjningsmaskiner. Fulling mills och stålverk kan ha spridit sig från islamiska Spanien till kristna Spanien på 12-talet. Industriella vattenverk användes också i stora fabrikskomplex byggda i Al-Andalus mellan 11 och 13-talen.

ingenjörerna i den islamiska världen utvecklade flera lösningar för att uppnå maximal effekt från ett vattenhjul., En lösning var att montera dem till bryggor för att dra nytta av det ökade flödet. En annan lösning var shipmill, en typ av vattenkvarn som drivs av vattenhjul monterade på sidorna av fartyg förtöjda i midstream. Denna teknik användes längs floderna Tigris och Eufrat i 10: e-talet Irak, där stora shipmills gjorda av teak och järn kunde producera 10 ton mjöl från majs varje dag för spannmålsmagasin i Bagdad. Svänghjulsmekanismen, som används för att jämna ut leveransen av kraft från en drivanordning till en driven maskin, uppfanns av Ibn Bassal (fl., 1038-1075) av Al-Andalus; han banade väg för användningen av svänghjulet i saqiya (kedjepump) och noria. Ingenjörerna Al-Jazari på 1200 – talet och Taqi al-Din på 1500-talet beskrev många uppfinningsrika vattenhöjningsmaskiner i sina tekniska avhandlingar. De använde också vattenhjul för att driva en mängd olika enheter, inklusive olika vattenklockor och automater.

Modern utvecklingsedit

hydraulisk wheelEdit

en ny utveckling av breastshot wheel är ett hydrauliskt hjul som effektivt innehåller automatiska regleringssystem., Aqualienne är ett exempel. Det genererar mellan 37 kW och 200 kW el från ett 20 m3 (710 cu ft) vattenflöde med ett huvud på 1 till 3,5 m (3 till 11 ft). Den är utformad för att producera el på platserna för tidigare vattenkvarnar.