Су диірмені: ашылу мәні, қолдану саласы, құрылғысы және жұмыс істеу принципі

2024 Автор: Henry Conors | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-02-12 09:48

Су диірменінің өнертабысы технологияның тарихы мен дамуы үшін үлкен маңызға ие болды. Алғашқы мұндай құрылымдар Ежелгі Римде суды төгу үшін қолданылған, кейін олар ұн алу үшін және басқа да өнеркәсіптік мақсаттарда қолданыла бастады.

Өнертабыс тарихы

Су дөңгелегін ежелгі уақытта адамдар ойлап тапқан, оның арқасында адам сенімді және қарапайым қозғалтқышқа ие болды, оның қолданылуы жыл сайын кеңейіп келеді. Біздің эрамызға дейінгі бірінші ғасырдың өзінде-ақ римдік ғалым Витрувий өзінің «Сәулет туралы 10 кітап» трактатында мұндай құрылымды сипаттаған. Оның әрекеті су ағынының оның қалақтарына әсерінен дөңгелектің айналуына негізделген. Ал бұл жаңалықтың бірінші практикалық қолданылуы дәнді ұнтақтау мүмкіндігі болды.

Дірмендердің тарихы ежелгі адамдар ұн алу үшін пайдаланған алғашқы диірмен тастарынан басталады. Мұндай құрылғылар алдымен қолмен болды, содан кейін олар ұн дөңгелегін айналдыратын құлдардың немесе жануарлардың физикалық күшін пайдалана бастады.

Су диірменінің тарихы өзен ағынының күшімен қозғалатын доңғалақ конструкциясын пайдаланудан басталды.астықты ұнға айналдыру процесі және оның негізі бірінші қозғалтқыштың жасалуы болды. Ежелгі машиналар чадуфон деп аталатын суару құрылғыларынан пайда болды, олар жер мен егістіктерді суару үшін өзеннен су көтеру үшін пайдаланылды. Мұндай құрылғылар жиекке орнатылған бірнеше шөміштерден тұрды: айналдыру кезінде оларды суға салып, оны көтеріп, жоғары көтергеннен кейін оны төңкеріп жіберді.

Ежелгі жел диірмендерін орналастыру

Уақыт өте келе адамдар су диірмендерін салып, судың күшін ұн өндіруге пайдалана бастады. Сонымен қатар, жазық жерлерде, өзен ағынының төмен жылдамдығында қысымды арттыру үшін бөгеттер ұйымдастырылды, осылайша су деңгейінің жоғарылауын қамтамасыз етті. Қозғалысты диірмен құрылғысына беру үшін дөңгелектермен жанасатын екі дөңгелектен жасалған редукторлы қозғалтқыштар ойлап табылды.

Айналыс осьтері параллель болатын әртүрлі диаметрлі доңғалақтар жүйесін пайдалана отырып, ежелгі өнертапқыштар адамдардың игілігіне бағытталған қозғалысты тасымалдап, түрлендіруге мүмкіндік алды. Оның үстіне, үлкенірек дөңгелек диаметрі екінші, кішігірімнен асып кетсе, сонша рет аз айналым жасауы керек. Алғашқы дөңгелекті беріліс жүйелері 2 мың жыл бұрын қолданыла бастады. Содан бері өнертапқыштар мен механиктер 2 ғана емес, одан да көп дөңгелектерді пайдаланып, берілістердің көптеген нұсқаларын ойлап тапты.

Ежелгі дәуірдегі су диірменінің құрылғысы сипатталғанВитрувий, 3 негізгі бөлімнен тұрады:

1. Сумен айналатын қалақтары бар тік дөңгелектен тұратын қозғалтқыш.
2. Трансмиссия механизмі – екінші тік тісті доңғалақ (беріліс қорабы), тісті дөңгелек деп аталатын үшінші көлденеңді айналдырады.
3. Екі диірмен тастан тұратын іске қосу механизмі: жоғарғысы тісті беріліспен қозғалады және оның тік білігіне орнатылады. Ұнға арналған астық диірменнің жоғарғы тасының үстінде орналасқан шелек-воронкаға құйылды.

Су доңғалақтары су ағынына қатысты бірнеше позицияда орнатылды: ағыс бойынша - ағыны жоғары өзендерде. Ең көп таралған «ілулі» құрылымдар болды, еркін ағынға орнатылған, төменгі пышақтармен суға батырылған. Кейіннен олар су доңғалақтарының орташа және жоғарғы пирсинг түрлерін қолдана бастады.

Ең көп мүмкін болатын тиімділік (тиімділік=75%) үлкен өзендер: Днепр, Кура, т.б.

Су диірменінің ашылуының маңыздылығы бірінші антикварлық механизм ойлап табылды, кейін оны өнеркәсіптік өндірісте қолдануға болады, бұл технологияның даму тарихындағы маңызды кезең болды.

Ортағасырлық гидротехникалық құрылыстар

Еуропадағы алғашқы су диірмендері, тарихи деректер бойынша, Ұлы Карл (340 ж.) тұсында Германияда жәнеримдіктерден қарызға алынды. Сонымен қатар, мұндай механизмдер 11 ғасырдың аяғында Францияның өзендерінде салынды. қазірдің өзінде 20 мыңға жуық диірмен болды. Сонымен бірге олардың саны Англияда 5,5 мыңнан астам болды.

Су диірмендері Орта ғасырларда бүкіл Еуропада кең тараған, олар ауылшаруашылық өнімдерін өңдеуге (ұн диірмендері, май диірмендері, флюстер), шахталардан суды көтеруге және металлургия өндірісінде пайдаланылды. 16 ғасырдың аяғында олардың 300 мыңы болды, ал 18 ғасырда. - 500 мың. Бұл ретте олардың техникалық жетілдірілуі және қуаттың өсуі (600-ден 2220 ат күшіне дейін) орын алды.

Әйгілі суретші және өнертапқыш Леонардо да Винчи де өз жазбаларында доңғалақтардың көмегімен судың энергиясы мен қуатын пайдаланудың жаңа жолдарын ойлап табуға тырысты. Ол, мысалы, дөңгелекке берілетін су ағыны арқылы қозғалысқа келтірілетін тік араның дизайнын ұсынды, яғни процесс автоматтандырылды. Леонардо сонымен қатар гидротехникалық құрылыстарды пайдаланудың бірнеше нұсқаларының сызбаларын жасады: субұрқақтар, батпақтарды құрғату жолдары және т.б.

Су электр станциясының жарқын мысалы Версаль, Трианон және Марли (Франция) қалаларындағы фонтандарды сумен қамтамасыз ету және сарайларды сумен қамтамасыз ету механизмі болды, ол үшін өзенге арнайы бөгет тұрғызылды. Сена. Су қоймасынан қысыммен 12 м болатын түбін тесіп өтетін 14 дөңгелекке су жіберілді. Олар оны 221 насостың көмегімен 162 м биіктікке су құбырына көтеріп, одан сарайлар мен субұрқақтарға ағып жатты. Берілетін судың тәуліктік көлемі 5 мың м3^3.

Су диірмені қалай жұмыс істейді

Мұндай диірменнің дизайны көптеген ғасырлар бойы өзгеріссіз қалды. Құрылыстың негізгі материалы ағаш болды, одан қора тұрғызылды, дөңгелектер мен біліктер жасалды. Металл тек кейбір бөліктерде қолданылды: осьтер, бекіткіштер, кронштейндер. Кейде қора тастан салынған.

Су энергиясын пайдаланатын диірмендердің түрлері:

1. Толқынды – ағысы қатты тау өзендерінде салынған. Конструкциясы бойынша олар қазіргі заманғы турбиналарға ұқсайды: қалақшалар негізге бұрыш жасайтын тік дөңгелекте жасалған, су ағыны төмендеген кезде айналу пайда болды, одан диірмен тасы қозғалды.
2. Дөңгелегі, онда «су» дөңгелегі өзі айналады. Екі түрі салынды - төменгі және жоғарғы шайқаспен.

Плотинадан үстіңгі диірменге су келді, содан кейін ол өз салмағымен айналатын арықтары бар дөңгелегі бар шұңқырға қарай бағытталды. Төменгі шайқасты пайдаланған кезде су ағынына батырылған кезде қозғалысқа келтірілетін пышақтары бар дизайн қолданылады. Жұмыстың тиімділігін арттыру үшін өзеннің тек бір бөлігін ғана бөгеп тұратын бөгет жиі пайдаланылды.

Төмендегі суретте кәдімгі ағаш су диірменінің құрылғысы көрсетілген: айналмалы қозғалыс төменгі жетектен (дөңгелекте) [6] келеді, жоғарғы жағында астық үшін шелек (бункер) [1] және шұңқыр [2], оны диірмен тастарына беру [3]. Алынған ұн науаға [4] түсіп, содан кейін кеудеге немесе қапқа [5] төгілді.

Астық жеткізілімін реттеу диспенсер, тесігі бар арнайы қорап арқылы жүзеге асырылды, бұл ұн тартудың ұсақтығына әсер етті. Оны алғаннан кейін кеуденің үстіне орнатылған арнайы електен сүзу қажет болды, ол шағын механизм арқылы тербеледі.

Кейбір су диірмендері дәнді ұнтақтау үшін ғана емес, сонымен қатар дәнді дақылдар жасалатын тары, қарақұмық немесе сұлы қабығын аршу үшін де пайдаланылды. Мұндай машиналар круперлер деп аталды. Кәсіпкерлер диірмен конструкцияларын сүйреуіштерді қағуға, үй матасын киіз басуға, жүн тарауға және т.б. үшін пайдаланды.

Ресейдегі құрылыс диірмендері

Ежелгі орыс жылнамаларында су дөңгелектері мен диірмендері туралы 9 ғасырдан бастап айтылады. Бастапқыда олар тек астықты ұнтақтау үшін пайдаланылды, олар үшін «ұн» және «нан» деген лақап ат берілді. 1375 жылы князь Подольский Корпатович Доминикандық монастырьге жарғы бойынша астық диірменін салу құқығын берді. Ал 1389 жылы мұндай ғимарат өсиет бойынша князь Дмитрий Донскойдың әйеліне қалдырылды.

Велиний Новгородта диірмен құрылысы туралы айтылған қайың қабығынан жасалған құжат 14 ғасырға жатады. 16 ғасырдағы Псков жылнамалары. Волхов өзенінде мұндай құрылыстың салынуы туралы айтыңыз, оған бүкіл жергілікті халық қатысты. Өзеннің бір бөлігін жауып тастаған бөгет салынды, бірақ қатты су тасқынынан ол құлады.

Тегіс жерлерде Ресейдегі су диірмендері толтыру үстіңгі дөңгелегі бар салынған. 14-15 ғасырларда. ішінде бұралған құрылғылар пайда бола бастадыдөңгелек тік білікке көлденең орналастырылған.

Бұл конструкцияларды өз бетінше үйренген шеберлер ешбір сызбасыз және диаграммасыз салған. Оның үстіне, олар қазірдің өзінде тұрғызылған құрылымдарды көшіріп қана қоймай, әр жолы құрылғыларына өздерінің жаңалықтарын енгізді. Ұлы Петр кезінде де Ресейге Еуропа елдерінен шеберлер келе бастады, олар осы салада өз өнерлері мен білімдерін көрсетті.

Петрдің серіктестерінің бірі, Оралда 12 ірі зауыт салған атақты инженер Уильям Генин олардың жұмысын гидроэлектрстанциялардан қамтамасыз ете алды. Кейіннен су энергиясын бүкіл Ресейде тау-кен және металл өңдеу кәсіпорындарының құрылысында мамандар кеңінен пайдаланды.

18 ғасырдың басында бүкіл территорияда өндірістің жұмыс істеуі үшін гидравликалық қондырғыларды пайдаланатын 3 мыңға жуық мануфактура жұмыс істеді. Бұл металлургия, ағаш кесу, қағаз, тоқыма және басқа да кәсіпорындар болды.

Тау-кен металлургия комбинатын энергиямен қамтамасыз ететін ең атақты және бірегей кешен 1787 жылы әлемде теңдесі жоқ Змеиногорск кенішінде инженер К. Д. Фролов салған. Оның құрамына бөгет, су алатын құрылыстар кірді, олардан су жер асты каналдары арқылы ашық арнаға (ұзындығы 535 м) диірменге өтіп, онда ағаш диірмені айналады. Әрі қарай су келесі жер асты арнасы арқылы шахтадан кенді көтеруге арналған машинаның гидродөңгелегіне, одан кейін үшінші және төртіншіге ағып жатты. Соңында ол ұзындығы 1 км-ден астам ағыс арқылы бөгет астындағы өзенге қайта құйылды, оның жалпы жолы 2 км-ден астам,ең үлкен дөңгелектің диаметрі 17 м. Барлық құрылымдар жергілікті материалдардан: саз, ағаш, тастан және темірден салынған. Кешен 100 жылдан астам табысты жұмыс істеп келеді, бірақ бүгінгі күнге дейін тек Змейногорский кенішінің бөгеті ғана сақталған.

Гидравлика саласындағы зерттеулерді үш дөңгелекті гидравликалық қондырғыны пайдалану негізінде түрлі-түсті шыны кәсіпорнын құруға атсалысып, өзінің ғылыми ой-пікірлерін іс жүзінде жүзеге асырған белгілі ғалым М. В. Ломоносов та жүргізді.. Ресейдің тағы екі академигі - Д. Бернулли мен Л. Эйлердің еңбектері гидродинамика және гидротехника заңдарын қолдануда әлемдік мәнге ие болды және бұл ғылымдардың теориялық негізін қалады.

Шығыстағы су энергиясын пайдалану

Қытайда су доңғалақтарының қолданылуы алғаш рет 1637 жылы Сунн Инсин кітабында егжей-тегжейлі сипатталған. Онда олардың металлургиялық өндірісте қолданылуы егжей-тегжейлі сипатталған. Қытай құрылымдары әдетте көлденең болды, бірақ олардың сыйымдылығы ұн мен металл өндіруге жеткілікті болды.

Су энергиясын пайдалану алғаш рет 30-жылдары басталды. n. д., қытайлық шенеунік су дөңгелектеріне негізделген поршеньді механизмді ойлап тапқаннан кейін.

Ежелгі Қытайда өзендердің бойында орналасқан бірнеше жүздеген диірмендер салынды, бірақ 10 ғ. үкімет өзендегі кеме қатынасына кедергі келтіргендіктен оларға тыйым сала бастады. Диірмендердің құрылысы көрші елдерде: Жапония мен Үндістанда, Тибетте біртіндеп кеңейді.

Ислам елдеріндегі су дөңгелектері

ЕлдерАдамдары ислам дінін ұстанатын Шығыс, негізінен, өте ыстық климаты бар аумақ. Ежелгі заманнан бері тұрақты сумен қамтамасыз ету өте маңызды болды. Қалаларды сумен қамтамасыз ету және оны өзеннен көтеру үшін су құбырлары салынды, диірмендер салынды, олар оны «нория» деп атады.

Тарихшылардың айтуынша, мұндай құрылыстар 5 мың жыл бұрын Сирияда және басқа елдерде салынған. Елдегі ең терең өзендердің бірі болып табылатын Оронтес өзенінде лифттердің құрылысы су диірмендерінің үлкен дөңгелектері түрінде кең таралған, олар көптеген қалақтары бар суды сорып алып, оны су құбырына жеткізеді.

Мұндай құрылымның жарқын мысалы ретінде құрылысы 13 ғасырдан бастау алатын Хама қаласының лифттері болып табылады, олар біздің заманымызға дейін сақталған. Олар қаланың көркіне де, көрнекіге де айналып, күні бүгінге дейін жұмысын жалғастыруда.

Өнеркәсіптің әртүрлі салаларында гидроэнергетиканы пайдалану

Ұн алудан басқа, су диірмендерінің қолдану аясы өнеркәсіптің келесі түрлеріне тарады:

• мелиорация және егіс алқаптарындағы егінді сумен қамтамасыз ету үшін;
• ағашты өңдеу үшін су қуатын пайдаланатын ағаш кескіш;
• металлургия және металл өңдеу;
• тастарды немесе басқа жыныстарды өңдеуге арналған тау-кен өндірісінде;
• тоқыма және жүн фабрикаларында;
• шахтадан суды көтеру үшін, т.б.

Қолданудың ең көне мысалдарының бірісу қуаты - Иераполистегі (Түркия) ағаш диірмені, оның механизмдері қазба жұмыстары кезінде табылған және 6 ғасырға жатады. n. e.

Кейбір Еуропа елдерінде археологтар кеніштерде өндірілген алтыны бар кварцты ұсақтау үшін пайдаланылған Ежелгі Рим дәуіріндегі ескі диірмендердің қалдықтарын тапты.

Су қуатын пайдаланатын ең үлкен кешен, тарихи деректер бойынша, 1 ғасырда салынған. Францияның оңтүстігінде Barbegal атауымен 16 су дөңгелегі бар, олар 16 ұн зауытын қуатпен қамтамасыз етіп, жақын маңдағы Алерт қаласын нанмен қамтамасыз етті. Мұнда күн сайын 4,5 тонна ұн өндірілетін.

Жаникулум төбесіндегі ұқсас диірмен кешені 3-ші ғасырда керек-жарақпен қамтамасыз етті. император Аурелиан бағалаған Рим қаласы.

Өз қолыңызбен су құрылымын жасау

Су дөңгелегі сияқты архитектуралық элемент бассейндер, каскадтар немесе субұрқақтармен бірге танымал болды. Әрине, мұндай құрылымдар практикалық функцияны емес, сәндік функцияны орындайды. Ағаш бөлшектермен жұмыс істеу дағдысы бар әрбір иесі өз қолымен су диірменін сала алады.

Дөңгелектің өлшемін алаңның аумағына байланысты кемінде 1,5 м, бірақ 10 м артық емес таңдау ұсынылады. Диірмен үйі де болашақ мақсатына қарай таңдалады: тауарлық-материалдық қорларды сақтауға арналған ғимарат, балаларға арналған ойын алаңы және аумақты безендіру.

Бөлшектерді өндіру:

• су дөңгелегі үшін негіз ретінде сіз велосипедті немесе пышақтары бекітілген құлаған ағашты ала аласыз; ортадаоның айналасында айналатын құбыр болуы керек;
• дайын өнім емен арқалықтардан, металл бұрыштардан, кірпіштерден жасалған 2 тірекке мойынтіректерге орнатылады;
• доңғалақтың жоғарғы жағына су пышақтарға ағып өтетін шұңқыр сәйкес келуі керек; ол не сорғысы бар шлангтан әкелінеді, не жаңбырдан кейін келеді;
• Қызмет мерзімін ұзарту үшін барлық бөлшектерді өңдеу ұсынылады: ағаш - лакпен қапталған, металл - коррозияға қарсы боялған;
• суды ағызу үшін арналарды төсек бағытына немесе басқа контейнерге төсеу;
• соңғы кезеңде ғимарат сәндік элементтермен безендірілген.

Ауылда сәндік су диірменін орнату пейзажға тамаша эстетикалық қосымша болады.

Әйгілі тарихи жел диірмендері

Ең ірі жұмыс істеп тұрған су диірмені "Леди Изабелла" Ирландия теңізіндегі Мэн аралындағы Лекси ауылының жанында орналасқан. Бұл құрылысты 1854 жылы жергілікті генерал-губернатордың әйелінің құрметіне өзін-өзі үйреткен инженер Роберт Кэсемент тұрғызған және оны салу мақсаты табиғи ресурстарды (мырыш, қорғасын және т.б.) өндіру үшін жергілікті шахтадан жер асты суларын сору болған.).

Арналар арнайы төселді, олар арқылы тау өзендерінің суы көпір арқылы өтіп, диаметрі 22 м дөңгелекті айналдыру үшін қоректенді, ол әлі күнге дейін әлемдегі ең үлкен болып саналады, соның арқасында көптеген туристер табысқа жеттіжыл.

Францияның ерекше көрікті жерлерінің бірі - Вернон (Франция) қаласына жақын жерде орналасқан ескі су диірмені. Оның бірегейлігі оның бір кездері Сена жағалауын жалғаған ескі тас көпірдің 2 бағанасына тірелуінде. Оның нақты салынған күні белгісіз, бірақ кейбір деректерге сәйкес, ол Ричард Арыстан жүрекке қарсылық кезеңінде тұрғызылған және стратегиялық маңызды болды. 1883 жылы атақты суретші Клод Моне оны кенептерінің бірінде мәңгілікке қалдырды.

Су диірменін құру технологияның даму тарихындағы маңызды қадам болып табылады, өйткені ол ауылшаруашылық және басқа да өнімдерді өңдеу үшін әртүрлі мақсаттарда қолдануға болатын алғашқы дизайн болып саналады, бұл машина жасаудың алғашқы қадамы болды. дүние жүзіндегі өндіріс.