Промышленная революция – скачкообразный или эволюционный процесс? - Реферат


 

На протяжении нескольких тысячелетий основой энергетики служил водяной двигатель. Воду можно использовать как источник энергии с помощью различных приспособлений, но наиболее распространённым является устройство, представляющее собой колесо с лопастями или черпаками. Такое колесо можно устанавливать горизонтально или вертикально.

В эпоху Древнего мира использовали и горизонтальные, и вертикальные водяные колеса, но ни те, ни другие не получили широкого распространения. Например, в книге «De architectura» (I в. до н.э.) римский архитектор Марк Витрувий Поллио дал описание водяного (подливного) колеса как редко используемого технического устройства. Вообще в древних документах упоминания об использовании энергии воды приводятся очень редко. В это время инженеры использовали вращательное движение водяного колеса в двух целях – для помола зерна и в качестве черпаковых подъёмников воды – норий.

В качестве водоподъёмных устройств водяные колёса получили широкое распространение, в первую очередь – на Ближнем Востоке в эллинистическую эпоху, к которой относится самое раннее упоминание о них в техническом трактате Pneumatica греческого «инженера» Филона Византийского (около 280-220 гг. до н.э.). Речь в трактате идёт о механизме осушения доков Александрии. Римляне применяли колёса для откачки воды из шахт. Например, в испанских медных рудниках Рио Тинто вода откачивалась с горизонта – 24 м системой из 16 норий.

В нориях передаточные механизмы не применялись. В первых водяных мельницах шестерни также не использовались: небольшое горизонтальное колесо с лопастями укреплялось на нижнем конце вертикального вала, а верхний конец вала соединялся непосредственно с жерновом. В последствии в мукомольных мельницах использовалась ортогональная передача. Шестерни, установленные на оси колеса, позволяли передать вращательное движение из вертикальной плоскости в горизонтальную и сообщить вращение жерновам.

Использование коленчатого вала и шатуна для организации возвратно-поступательного движения впервые было применено римлянами на лесопилке в малоазиатском г. Иераполисе (территория современной Турции).

Водяные колёса могут вращаться либо в горизонтальной плоскости на вертикальной оси, либо в вертикальной плоскости на горизонтальной оси. Горизонтально вращающиеся колёса – предшественники гидравлических турбин, часто назывались скандинавскими мельницами. Постройка такого типа мельниц обходилась недорого, но они были маломощными (менее 1 л.с.), а коэффициент их полезного действия (КПД) составлял всего 5 – 15%, поэтому скандинавские мельницы применялись только для помола зерна.

Ранние вертикальные колёса были подливного типа, они приводились в движение потоком воды снизу. Достоинство подливных колёс – простота изготовления и установки. Подливные колёса могли работать почти в любых обильных потоках с умеренной скоростью воды, но наиболее эффективны они были в узких протоках. Эти вертикальные колёса были в 3 – 5 раз мощнее горизонтальных, а их КПД достигал 30%.

В конструкции верхнебойных колёс вода падала сверху в черпаки, приделанные к ободу колеса. В этом случае колесо приводилось в движение не столько за счет удара воды, сколько под действием силы тяжести. Внизу вода выливалась из черпаков, они поднимались вверх, вновь наполнялись водой, и процесс повторялся. Строительство верхнебойных колёс обходилось дороже, чем подливных или горизонтального типа, поскольку они требовали большого напора воды, для создания которого необходимо было сооружать плотины, запруды и поднимать уровень русла водного канала. В наиболее благоприятных условиях – на мелководье при высоте падения воды от 3 до 12 м вертикальные колеса имели коэффициент полезного действия 50 – 70%, а их мощность в зависимости от условий работы составляла от 2 до 40 л.с.

Широко применялись водяные колёса в Китае. Несмотря на то, что они, особенно на раннем этапе, были горизонтальными, их оригинальная конструкция позволяла увеличить мощность, что давало возможность использовать их во всех отраслях хозяйства. Уже в I тыс. до н.э. такие колёса широко применялись на мельницах и в металлургии. Именно при производстве металла водяные колёса сыграли важную роль, такую же, как позднее в металлургии Европы.

В середине I тыс. до н.э. китайцы заменили ручные кожаные меха более совершенными ящичными мехами двойного действия. Эти меха состояли из длинной прямоугольной полости, в которой передвигался поршень, приводимый в действие рабочим. Для герметичности поршень обкладывался перьями или тряпками. С концов коробки были установлены клапаны. Воздух нагнетался при прямом и обратном движении поршня благодаря действию переключающихся клапанов. Эти мехи производили равномерное дутье и снабжались соплами с железными наконечниками, что увеличивало эффективность. В результате удалось повысить температуру процесса настолько, что основным продуктом плавки стал жидкий чугун.

Использование силы воды для приведения в действие мехов плавильной печи началось, согласно официальной хронике, в 31 г., когда Ду Ши, чиновник из Наньяна, изобрел возвратно-поступательный механизм, работающий от водяного колеса. Преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное осуществлялось эксцентриком и системой рычагов. Приводимые в действие водой мехи (шуй пай) были признаны удобными и получили повсеместное распространение. Это устройство заметно уменьшало трудоёмкость получения металла и улучшало его качество.

Рассмотрим эволюцию дутьевой техники в Европе. Следует отметить, что двухсторонние поршневые с водяным приводом появились в Европе – только в XVI в., хотя односторонние поршневые насосы были известны с II в. до н.э.

Социальные и экономические условия, сложившиеся в Европе в Раннем Средневековье, определяли потребность в поиске источников энергии и создании механизмов, способных заменить ручной труд. Один из факторов, оказавших существенное влияние на развитие техники в Западной Европе, связан с появлением монастырей, жизнь в которых регламентировалась уставом Бенедикта Нурсийского, принятым в начале VI в. Правила этого устава предписывали монахам в строго определённое время заниматься физическим трудом и духовными делами – размышлением, чтением книг и молитв. Монастырям предписывалось иметь самостоятельное хозяйство и быть изолированными от мирской жизни. Устав Бенедикта Нурсийского побудил монахов к сооружению водяных установок, потому что только при условии механизации трудоёмких ручных работ, таких, как помол зерна, монастыри могли обрести самостоятельное существование, а их обитатели – иметь время для чтения книг и молитв. Наиболее активным в строительстве таких установок был цистерцианский монашеский орден, включавший к началу XIV в. более 500 монастырей. Все они имели водяные мельницы, причём многие по пять и больше.

Распространению водяных механизмов в Европе способствовали и феодалы, видевшие в них важное средство увеличения доходов. Во многих областях Европы сеньоры заставляли крепостных привозить свое зерно для обмолота только на их мельницы. Эта монополия, первоначально ограничивающаяся помолом зерна, впоследствии распространилась и на другие виды работ (например, валку сукна), выполняемых с помощью водяных механизмов.

Расширению сферы применения энергии воды в Средние века способствовали также и другие, демографические и географические факторы. Избыток рабочей силы, характерный для Римской империи в период её расцвета к VII столетию в Европе уже не наблюдался. Последовавшая вслед за этим нехватка рабочей силы вследствие эпидемий и набегов с Востока и Сервера заставляла прибегать к механизмам, заменяющим труд человека. Этому способствовали и географические условия. В то время как центр античной цивилизации находился в средиземноморском бассейне, где уровень воды в реках из-за сухого климата был неустойчив и подвержен сезонным колебаниям, центры средневековой европейской цивилизации располагались в бассейнах рек, впадающих в Бискайский залив, Ла-Манш, Северное и Балтийское моря. В этих районах протекали сотни небольших и средних рек с практически постоянным уровнем воды, что создавало благоприятные условия для использования водяных колес.

Вследствие упомянутых социальных, экономических и географических факторов масштабы использования энергии воды в Европе в Средневековье постоянно увеличивались. К началу эпохи Возрождения водяные колеса применялись в Европе повсеместно. В некоторых регионах концентрация установок, приводимых в действие энергией воды, была сопоставима с техническим оснащением фабрик в период Промышленной революции.

Точные сведения о количестве водяных мельниц содержатся в земельной переписи проведенной по приказу Вильгельма I Завоевателя. В конце XI в. на английских землях, завоёванных нормандскими феодалами, насчитывалось 5624 водяные мельницы в более чем 3 тыс. поселений – в среднем по одной мельнице на 50 хозяйств. В некоторых районах мельницы размещались вдоль одной реки на расстоянии не более 500 м друг от друга. Спустя 600 лет, в 1694 г. французский военный инженер маркиз де Вобан отмечал, что во Франции имеется 80 тыс. мукомольных мельниц, 15 тыс. мельниц, используемых в промышленных целях, и 500 мельниц для измельчения железной руды. В общей сложности Франция располагала почти 100 тыс. мельниц (некоторые мукомольные приводились в движение ветром).

Использование водяных колёс было характерно и для России. В описи притоков средней части Днепра (от реки Сулы до реки Ворсклы) 1666 г. перечислены 50 плотин и 300 водяных колес. Только на одной реке Удай учтено 72 водяные мельницы.

В Средние века получила развитие идея использования водяного колеса с зубчатым сцеплением для передачи вращения из вертикальной плоскости в горизонтальную. Большое подливное колесо заставляло вращаться два зубчатых колеса, посредством которых вращение в вертикальной плоскости преобразовывалось во вращение в горизонтальной плоскости. Жерновые камни размещались в верхней секции мельницы; мука ссыпалась в ящик, который располагался ниже – сбоку от зубчатых колёс.

В IX в. во Франции традиционные водяные мукомольные мельницы были усовершенствованы и превратились в мельницы с катящимся жерновом. Их особенностью стало то, что верхний камень катился по нижнему, а не вращался на нем, соприкасаясь всей плоскостью. К XI в. зубчатые сцепления, передающие вращательное движение из вертикальной плоскости в горизонтальную, были усовершенствованы и использовались для сообщения движения бегунам – жерновым камням цилиндрической формы, катящимся по кругу. Такие цилиндрические бегуны предназначались для раздавливания, а не для дробления. Водяные мельницы с цилиндрическими жерновами стали использовать для раздавливания семян горчицы, перца, красящих веществ, выдавливания масла из оливок, толчения дубовой коры с целью получения дубильного вещества – таннина, измельчения сахарного тростника.

Вертикальные водяные колёса были приспособлены для выполнения различных операций в области металлообработки, металлургии и горного дела. Характерным примером могут служить станки для заточки и шлифовки металлических режущих изделий. Ранние упоминания о таких станках относятся к началу XIII столетия. В них использовались зубчатые передачи; шестерни предназначались для повышения скорости вращения и в некоторых случаях для поворота вращения точильных камней, укрепленных на валах, перпендикулярных оси водяного колеса. Другими примерами нового применения энергии воды являются токарные и сверлильные станки (XIV в.), роликовые станки для получения металлических листов из цветных металлов и ротационные резаки для их разрезания, вентиляторы для шахт, шахтные подъёмники, насосы для шахт с цепным приводом, мельницы для дробления руды (XV в.).


В книге Георгия Агриколы «De re metallica» подробно описывается несколько мельниц для дробления руды различных конструкций. Для обработки золотоносной руды создавались целые вододействующие комплексы, в которых совмещались операции измельчения породы и извлечения золота с помощью ртути.

Хотя вращательное движение водяных колес с устройствами, позволяющими повышать или понижать скорость или менять плоскость вращения, можно было приспособить для выполнения многих видов работ, были и такие процессы, механизация которых требовала не вращательного, а возвратно-поступательного движения. К их числу относились многие металлургические процессы, связанные с ударной обработкой, такие, как дробление руды перед плавкой и ковка металлов (прежде всего – железа и стали). Для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное с целью приведения в действие ударных устройств, средневековые мастера применяли кулачковый и кривошипный механизмы.

Кулачковый механизм, получивший свое название от входящего в его состав кулачка – небольшого выступа на оси, был изобретён в античную эпоху и поначалу использовался в простейших устройствах. В установках с водяным колесом кулачки применялись для приведения в движение молотов.

Наиболее распространенными являются две конструкции кулачкового механизма. В механизме вертикального типа вращающийся на горизонтальном валу кулачковый выступ периодически подводится под выступ на вертикальном стержне (штанге) с молотом и поднимает его вверх. По окончании зацепления выступов стержень с прикрепленным к нему молотом падает вниз и совершает удар. В другой конструкции кулачковый выступ заходит за нижний конец молота, укрепленного на горизонтальном стержне (рычаге), и поднимает его. По мере дальнейшего вращения кулачка молот соскакивает с него и производит удар.

Рычажные молоты, приводимые в движение водяным колесом, уже в IX в. часто использовались вместо жерновов в солододробилках, но самое широкое распространение они получили в Х – XI вв. для выделывания сукна и пеньки. Сотканную из шерстяной пряжи ткань нужно было отбивать в очищающих растворах. В результате ткань избавлялась от остатков жира и давала усадку до того, как её использовали для пошива одежды. Шерстяные нити при такой обработке сваливались, и ткань становилась прочнее.

К началу XIII в. механизированное производство сукна стало почти повсеместным в Западной Европе. В Англии, например, самое раннее упоминание об использовании сукновального станка с водяными колесами относится к 1185 г. К 1327 г. в стране насчитывалось 130 таких станков. Изготовление пеньки относилось к первым видам производств, механизация которых осуществлялась на основе рычажных молотов. Ранее все операции выполнялись вручную: стебли конопли сначала мяли и трепали, а затем разделяли на волокна, из которых скручивали веревки или канаты. В конце Х в. в альпийских предгорьях Франции этот тяжелый труд стали выполнять приводимые в движение водой молоты. К XII в. такие станки стали использоваться во Франции повсеместно.

Применение водяных молотов неуклонно расширялось. После того как в Азии была изобретена бумага, её исходный продукт – целлюлозу – получали вручную путем измельчения в воде пенькового или льняного тряпья. Технология изготовления бумаги в Западной Европе получила распространение в начале XII столетия. В конце XIII в. европейские производители бумаги значительно усовершенствовали технологию бумажного производства, механизировав операции получения целлюлозы с помощью рычажных молотов, которые не были известны ни китайцам, ни арабам. К началу XVII столетия таких бумагоделательных станков с приводом от водяного колеса в Англии насчитывалось 38. В 1710 г. их было уже 200, а в 1763 – 350.

Внедрение водяных колес и кулачковых механизмов видоизменило технологию производства и в деревообрабатывающей отрасли. На лесопильнях эти устройства обеспечивали прямой ход продольной пилы; её обратный ход осуществлялся за счёт действия пружинного механизма. Описание таких механизированных лесопильных установок приводится в документах, относящихся к началу XIII в. Эта технология быстро распространилась по всей Европе.

Кривошипный механизм представляет собой подвижное соединение кривошипа, шатуна и ходового вала. В Европе кривошипный механизм появился несколько позже, чем в Китае, где он был известен со II в. В позднем Средневековье кривошипный механизм стали широко использовать вместе с водяными колесами и во многих случаях заменяли ими кулачковый механизм. Важным преимуществом кривошипного механизма при его использовании в качестве привода насосов, лесопильных установок и кузнечных мехов является то обстоятельство, что он способен задавать движение в двух направлениях, в то время как кулачковый механизм обеспечивает только однонаправленное перемещение.

На основе комбинации подливных и черпаковых водяных колес, кривошипного и кулачкового механизмов были широко механизированы средневековые металлургия и горное дело. В XIV – XV вв. кривошипными механизмами снабжали мехи кузнечных горнов, ручные захваты и волоки волочильных станов, шахтные насосы. Водяные колёса с кулачковыми механизмами применялись для обслуживания кузнечных молотов, молотов для дробления руды, а также для приведения в действие мощных мехов. В 1492 г. в районе немецкого города Зиген все 38 кузниц и доменных печей были оборудованы водяными колесами.

Важнейшей областью применения энергии воды в металлургии стала воздуходувная техника. В Средневековье был сделан решающий шаг в переходе от использования при плавке руд естественного движения воздуха (ветра) к применению механизированных воздуходувных агрегатов, прежде всего мехов с водяным приводом.

Меха́ (или мехи́) – устройство для нагнетания воздуха, состоящее из резервуара, клапанов и регуляторов. Оно используется для получения непрерывной воздушной струи и применяется в металлургии, стеклодувном деле и некоторых музыкальных инструментах (волынка, гармонь и орган). Технический смысл устройства состоит в том, что воздух порционно нагнетается в крупный резервуар, из которого затем выходит стабильным (непрерывным) потоком, что позволяет исключить перебои с подачей воздуха. Например, в органе меха при воспроизведении звука дают возможность трубам органа работать равномерно.

Голова – основная часть мехов. К ней прикреплены три клиновидные доски: верхняя и нижняя шарнирно, а средняя – жестко. Нижняя и средняя доски имеют клапаны для забора воздуха, это куски кожи, прибитые одной стороной к доскам, перекрывающие круглое отверстие в нижней и средней доске. Сверху над кожей прибит ремешок, ограничивающий подъём клапана. Для мехов применяли воловью или конскую кожу. Кожаная гармошка соединяет верхнюю и нижнюю подвижные доски со средней, неподвижной. Гармошка состоит из отдельных складок, каждая из которых соединяется с внутренним деревянным каркасом, по форме совпадающим с периметром досок. Кожа прибивается к каркасу через тонкие ремешки, чтобы гвоздь не прорвал кожу.

Мехи, которыми снабжались металлургические печи для плавки руды, не имели резервуара, поэтому для получения относительно стабильного потока использовалась пара мехов, работающих в противофазе. На средневековых металлургических заводах, как правило, устраивались несколько горнов, которые располагались вдоль общей стены. По другую сторону стены на специальном помосте устанавливались меха (по паре на каждый горн), которые приводились в действие от одного мощного водяного колеса.

В Средневековье разрабатывались различные конструкции воздуходувных агрегатов. В 1494 г. Леонардо да Винчи разработал оригинальную конструкцию ящичных мехов. Перевёрнутый ящик с отверстием в дне помещали в ящик, наполненный водой. По мере опускания первого ящика во второй вода вытесняла воздух, который через отверстие в дне верхнего ящика и присоединённую к нему трубу устремлялся к горну или другому устройству.

Впоследствии изобретатель снабдил эти меха кожаным клапаном, и в таком виде они применялись в XVI – XVIII вв. Разновидностью ящичных мехов были кожаные меха, состоящие из двух деревянных чаш, соединённых торцами. Снизу присоединялась отводящая воздух трубка, а к верхней части прикреплялся мех. При вдавливании меха в чашу воздух из неё вытеснялся в трубку. В конце XV в. во Франции было изобретено воздуходувное колесо, ставшее прототипом центрифуги. Разделённый перегородками барабан частично заполнялся водой. При вращении вода проникала в отсеки и вытесняла из них воздух, который отводился в нужном направлении.
Самым эффективным и технологичным устройством в этом ряду стала водотрубная воздуходувка, которая также называлась водяным барабаном или тромпой (trompe, Wassertromelgeblase). Авторство её изобретения приписывают итальянскому инженеру Джамбаттиста делла Порта (1590). Тромпа применялась в комплексе с каталонским сыродутным горном и вододействующим молотом особой конструкции. В таком виде процесс производства кричного железа оставался конкурентоспособным в сравнении с более прогрессивной технологической схемой, включавшей доменную и пудлинговую печи, вплоть до середины XIX в., когда были изобретены способы получения литой стали. Специалисты XIX в. характеризовали тромпу как «весьма остроумное и простое устройство, вполне способное производить ровное и непрерывное дутьё».

Тромпа состоит из большого деревянного бассейна объёмом около 10 м3, деревянного «духового» ящика и двух (или более) вертикальных водопроводных труб, которыми ящики соединяются. Водопроводные трубы изготавливаются из чугуна или выдолбленных стволов деревьев, их длина составляет от 3,5 до 8 м. Вверху в трубы вставлены воронки из деревянных брусков. Непосредственно под воронками в стенках труб проделаны небольшие отверстия (с наклоном около 40 – 50°). Они имеют диаметр около 7 – 8 см и служат для притока воздуха.

Деревянный духовой ящик имеет в разрезе трапецеидальную или цилиндрическую форму. В верхней крышке ящика помещается прямоугольная труба, служащая для отвода воздуха. На некотором расстоянии от крышки труба с помощью уплотняющей манжеты из бараньей кожи соединяется с соплом, сделанным из железа или из красной меди. Внизу одной из боковых стен духового ящика находится отверстие, служащее для выпуска воды. Величина этого отверстия должна быть такой, чтобы вода в духовом ящике постоянно оставалась на одном и том же уровне. Под нижними отверстиями водопроводных труб расположена доска или «скамейка», верхняя сторона которой закрыта чугунной плитой, предохраняющей от разрушения дерево, постоянно подвергаемое ударам падающей с большой высоты воды.


Для подачи дутья приподнимают с помощью рычага коническую пробку и открывают верхнее отверстие водопроводных труб. Вода устремляется из бассейна вниз, но, благодаря коническим воронкам, заполняет не всю трубу – возле стенок создаётся разреженное пространство. Под воздействием разрежения воздух поступает в трубу через отверстия и смешивается с водой, которая увлекает его в духовой ящик. В духовом ящике воздушно-водяная струя разбивается на мельчайшие капли от удара об скамейку. Вода из ящика вытекает через отверстие, а воздух по трубе поступает к фурме и далее в горн.
Объёмом вдуваемого воздуха управляют, изменяя количество воды поступающей в духовой ящик путём изменения положения пробок, которые подвешены на цепях к рычагам. На другом конце каждого рычага прикреплена длинная цепь. Благодаря этому рабочие могут управлять интенсивностью дутья непосредственно во время работы.

К XVII в. в Европе энергия воды широко использовалась, по меньшей мере, в 40 различных производствах. Примером может служить прядение шелка. В шелкопрядильных станках приводимое в движение энергией воды веретено скручивало отдельные шелковые волокна в нитку. К концу XVII в. таких шелкопрядильных станков только в северо-восточной части Италии насчитывалось не меньше сотни. Огромный шелкопрядильный цех, построенный на реке Деруэнт в городе Дерби (Англия) в начале XVIII в. Томасом Ломбе, представлял собой многоэтажное сооружение, где работали 300 человек.

В XVII в. энергия воды находит все большее применение. Водяные установки используют для сверления дул пушек и мушкетов, обмолота зерна вращающимися цепами, перемешивания смесей руды и воды, для размельчения исходного сырья при изготовлении стекла. Вращающиеся на ободе жернова находят применение в новых процессах – приготовлении нюхательного табака, цемента, гончарной глины, пороха.

Водяные молоты используются для измельчения костей в производстве удобрений и растирания мела для приготовления известковой побелки. Для шлифовки стекла применяются сложные приводные системы, действие которых основывалось на использовании водяного колеса и системы рычагов. Рычажные водяные молоты внедряются в льняной промышленности. До этого изготовление льняного холста полностью осуществлялось вручную. После уборки льна стебли растения выдерживали в воде, затем их вручную отбивали для отделения волокон. Из скрученных в нити волокон ткали ткань, которую после стирки отбивали деревянными молотками, в результате чего ткань уплотнялась и становилась более гладкой.

В XVII в. были сконструированы льнотрепальные станки, работающие от водяного колеса. Они имели деревянные лопасти, с помощью которых волокна отделяли от выдержанных в воде стеблей льна. Промывные станки для льняных тканей сочетали в себе водяное колесо и кулачковый или кривошипный механизм, с помощью которых приводились в движение стиральные деревянные доски с гофрированной поверхностью, между которыми пропускалось намоченное льняное полотно. Для отбивания ткани использовались станки с деревянными молотками и валками для протяжки ткани, работающими от водяного колеса.
Точные данные о мощности водяных колес до 1700 г. не известны. Приблизительные оценки сделаны на основании многочисленных описаний в официальных документах и рукописях мастеров. Средняя мощность водяных колес на валу составляла 5 – 7 л.с., однако колёса часто объединялись в группы по 3 – 4 и более, при их совместной работе можно было получить примерно такую же мощность, какую имели английские хлопкопрядильные станки эпохи Промышленной революции.

Групповое использование водяных колес характерно для средневековой Франции. Например, уже в IX в. монастырь Корбье близ Амьена имел водяные мельницы с шестью колесами. В монастыре Ройялмол в окрестностях Парижа был сооружен тоннель диаметром 2,5 м и длиной 32 м, в котором работало несколько водяных колес для помола зерна, дубления кож, изготовления сукна и выделки железа. В 1136 г. монастырь Клерво около Труа располагал системой водяных колес, предназначавшихся для помола зерна, валяния сукна и дубления кожи. В конце XII в. мельники Тулузы построили три плотины на реке Гаронна; самая большая из них – плотина Базакл – имела длину 400 м. На этих плотинах действовали 43 мельницы с горизонтальными колесами. В XIV столетии под Гран-Поном близ Парижа работали 13 мельниц.

Грандиозный комплекс водяных установок был построен в 80-е гг. XVII в. фламандским инженером Р. Суалем в Марли-ле-Рое на реке Сене. Плотина отводила воду к 14 подливным колесам, каждое колесо имело диаметр 11 м и ширину 2,3 м. С помощью сложной системы кривошипных механизмов, коромысел и связующих штанг колеса приводили в действие 221 насос. Установленные на трех уровнях насосы перекачивали речную воду на высоту 153 м в акведук, расположенный в километре от реки. Вода доставлялась к нескольким паркам дворца Людовика XIV.

Комплекс развивал мощность на валу от 300 до 500 л.с. Передаточный механизм, однако, был настолько громоздким, что полезно использовалось лишь 150 л.с. С сооружением в Марли можно сравнить бумажный завод Гранд-Рив в районе Овернь, на котором работало семь водяных колес и 38 молотов.

В 1760 г. Британская королевская пороховая фабрика в Февершаме в графстве Кент располагала 11 водяными колесами. В то же время в Корнуолле был построен так называемый башенный двигатель; он имел 10 верхнебойных колес, установленных одно над другим и связанных посредством составных штанг с двумя большими шахтными насосами.

Бесспорными лидерами в концентрации водяных двигателей были металлургия и добыча руды. Во второй половине XVI в. в районе Гарц-Маунтэн (Германия) было начато сооружение сложного комплекса плотин, водохранилищ и каналов. Они подавали воду на водяные колёса, которые приводили в действие шахтные насосы, установки для промывки руды, рудодробильные мельницы, мехи для доменных печей и кузнечных горнов, волочильные станы. К 1800 г. система насчитывала 60 плотин и водохранилищ, и все это на территории в радиусе 4 км вокруг города Клаустхале – центра промышленного рудоносного района. Самая большая из плотин этой системы Одертайх была построена из кирпича в 1714 – 1721 гг. и имела длину 145 м, высоту 18 м и ширину в основании 47 м. Из запруженных водохранилищ вода проходила по системе каналов общей протяженностью 190 км и подавалась на 225 колес. Общая мощность всей системы превышала 1000 л.с.

В 20-х гг. XVIII в. русские инженеры возвели огромную дамбу на Урале, в Екатеринбурге; построенный на ней индустриальный комплекс использовал энергию воды, падающей с плотины. Он насчитывал 50 водяных колес, которые приводили в действие 22 молота, 107 мехов и 10 волочильных станков. Уникальный подземный комплекс водяных колёс был построен на Змеиногорском руднике на Алтае по проекту К.Д.Фролова. Для приведения в действие гидросиловой установки, откачки воды, подъёма из шахт руды и породы были применены огромные деревянные колеса диаметром до 17 м.

Начало Промышленной революции обычно связывают с появлением в Англии первых хлопкопрядильных фабрик. До 70-х гг. XVIII в. никакие процессы, связанные с производством хлопчатобумажных тканей, не были механизированы на основе водяных установок. В то же время энергия воды широко использовалась для механизации процессов в различных производствах (в том числе для изготовления сукна из шерсти, скручивания шелковых нитей, при получении льняного полотна) не связанных с хлопкопрядением. Мощность первых станков для производства хлопчатобумажных тканей, оборудованных паровыми машинами, не превышала 20 л.с. В 30-е гг. XIX в., средняя мощность механизированных хлопкопрядильных станков едва достигала 35 л.с.

Таким образом, механизированные хлопкопрядильные фабрики Англии конца XVIII и начала XIX в. не представляли собой нечто принципиально новое ни в смысле замены ручного труда машинами, ни в смысле концентрации больших мощностей. Замена физического труда человека техническими устройствами, использующими энергию воды, и групповое использование таких устройств началось задолго до того, как эти направления стали характерной чертой зарождающейся английской промышленности.

Формирование структуры современного промышленного производства, как правило, относят к периоду середины XVIII – середины XIX вв. В это время человек овладел энергией пара и на смену ручному труду пришли паровые машины. Этот переход к машинному производству обычно рассматривают как скачкообразный, и называют Промышленной революцией. Однако исторические факты свидетельствуют, что задолго до XVIII столетия ручной труд начали заменять механизмы, приводимые в действие силами природы, прежде всего – водяные колеса. В авангарде процесса механизации находилось горнометаллургическое производство. Результаты последних исследований показывают, что зарождение промышленности в Европе и в мире представляет собой эволюционный процесс, начавшийся, по меньшей мере, в VIII – IX в., когда европейцы стали активно использовать энергию воды при выплавке и обработке металлов. 

  • Студент: Удалом М.
  • Руководитель: Черноусов П.И.

Основой энергетики служил водяной двигатель. Воду можно использовать как источник энергии с помощью различных приспособлений, но наиболее распространённым является устройство, представляющее собой колесо с лопастями или черпаками. Такое колесо можно устанавливать горизонтально или вертикально.

  • энергетика;
  • водяной двигатель;
  • водяное колесо;
  • водяные мельницы;
  • водяные молоты;
  • кулачковый механизм;
  • кривошипный механизм;
  • меха.
  1. Vittorio Zonca. Novo teatro di machine et edificii. Padoua, appresto P. Bortelli. 1607. 137 p.
  2. John Arthur Phillips. A manual of metallurgy, or a practical treatise on the chemistry of the metals. Glasgow, R. Griffin and Co. 1854.
  3. John Percy. Iron and steel. London. J. Murray, 1864. 1006 p.
  4. Д. Перси. Руководство к металлургии. Том второй. Перевод А. Добронизского. С.-Петербург. Типография А.И. Траншеля. 1869. 566 с.
  5. Шухардин С.В. История науки и техники. Ч. I. С древних времен и до конца XVIII в. – M.: Наука, 1974.
  6. Шухардин С.В. История науки и техники. Ч. II. С конца XVIII в. до начала XX в. – M.: Наука, 1976.
  7. Терри С. Рейнолдс. Средневековые корни Промышленной революции // В мире науки (Scientific American), №9 1984 г.  

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

MetalSpace

Опубликовано MetalSpace

Адрес электронной почты: info@metalspace.ru
Предлагаем сотрудничество
  • Опубликуй свои произведения в электронной форме.
  • Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Оставь комментарий