Вододействующие мехи
Важнейшей областью применения энергии воды в металлургии стала воздуходувная техника. В средневековье был сделан решающий шаг от использования при плавке руд естественного движения воздуха (ветра) к применению механизированных воздуходувных агрегатов, прежде всего мехов с водяным приводом.
Кузнечные мехи: 1 – голова; 2 – сопло; 3 – рукоятка; 4 – коромысло;
5 – стенка горна; 6 – стойка; 7 – тяга; 8, 12 – грузы;
9, 11, 15 – доски; 10 – кожаная гармошка; 13, 14 – клапаны
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 мехи при воспроизведении звука дают возможность трубам органа работать равномерно. Конструкция кузнечных мехов приведена на следующем рисунке.
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, расположенные с задней стороны заводской стены, и их конструкция. Гравюра из труда Георгия Агриколы «12 книг о металлах»
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, устраивалось несколько горнов, которые располагались вдоль общей стены. По другую сторону стены на специальном помосте устанавливались мехи (по паре на каждый горн), которые приводились в действие от одного мощного водяного колеса.
Приводной вал от водяного колеса к мехам: А – вал; В – водяное колесо; С – цевочная шестерня; D – второй вал; Е – зубчатое колесо; F – спицы; G – колесный обод; H – зубцы; I – кулаки на валу. Гравюра из труда Георгия Агриколы «12 книг о металлах»
В средневековье разрабатывались различные конструкции воздуходувных агрегатов. В 1494 г. Леонардо да Винчи предложил 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 мехи 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 другие отсеки и вытесняла из них воздух, который отводился в нужном направлении.
