Водяная мельница — гидротехническое сооружение¶

Водяная мельница — гидротехническое сооружение, использующее энергию потока воды для приведения в движение механизмов, преимущественно для помола зерна. Относится к классу гидросиловых установок и является одним из древнейших видов двигателей, преобразующих возобновляемую энергию водного потока в механическую работу.

¶Устройство и принцип действия

Основными элементами водяной мельницы являются водяное колесо, передаточный механизм и рабочий орган (жернова, пилы, молоты). Вода подается на лопасти колеса, заставляя его вращаться. Вращение передается через вал и зубчатую передачу на вертикальный шпиндель, приводящий в движение верхний жернов. Для обеспечения стабильного напора воды сооружались запруды (плотины) и отводные каналы (водоводы).

По типу водяного колеса мельницы делятся на:

• Нижнебойные (подливные) — колесо вращается под действием скорости течения реки, лопасти погружены в поток. Используются на равнинных реках, обладают низким КПД.
• Среднебойные — вода подается на среднюю часть колеса.
• Верхнебойные (наливные) — вода подается сверху через лоток или желоб, использует потенциальную энергию падающей воды. Наиболее эффективны, требуют создания плотины и напорного водовода.

¶История

Первые водяные мельницы появились в античный период. Описания водяных колес встречаются у Витрувия (I век до н. э.). В Римской империи они применялись для помола зерна, а к концу античности — для привода пил и рудоподъемных машин.

На Руси водяные мельницы получили распространение с XI–XII веков. В монастырских и княжеских хозяйствах они использовались для помола зерна, валки сукна, производства бумаги. К XVII–XVIII векам водяные мельницы стали основой мануфактурного производства: на Урале и в центральной России они приводили в действие молоты, сверлильные станки и воздуходувные мехи доменных печей. Крупнейшим центром водяной энергетики являлись уральские заводы Демидовых.

В XIX веке с распространением паровых машин и электродвигателей значение водяных мельниц снизилось, однако в отдаленных районах они продолжали использоваться вплоть до середины XX века.

¶Классификация

По функциональному назначению выделяют:

• Мельницы для помола зерна — классический тип, производящий муку и крупу.
• Сукновальни — механизмы для валяния и уплотнения шерстяных тканей.
• Лесопилки — пильные мельницы для распиловки бревен на доски.
• Рудодробилки и молотовые — применялись в горном деле и металлургии.
• Бумажные мельницы — приводили в действие роллы для размола бумажной массы.

По конструктивному расположению различают мельницы с горизонтальным колесом (греческого типа) и вертикальным колесом (римского типа).

¶Распространение и значение

Водяные мельницы были широко распространены в Европе, Азии и Северной Америке. В средневековой Европе они являлись важнейшим элементом феодальной экономики: сеньоры обладали монопольным правом на строительство мельниц и взимали плату за помол. В России мельницы часто строились сельскими общинами или помещиками, а также при монастырях.

Водяные мельницы оказали значительное влияние на развитие гидроэнергетики. Принципы передачи энергии от водяного колеса легли в основу конструкции гидротурбин, используемых на современных ГЭС. Многие термины и технические решения (напор, расход воды, лопастные системы) ведут происхождение от мельничного дела.

¶Современное состояние

В настоящее время водяные мельницы сохраняются как памятники истории и техники. В России действуют музейные комплексы, например, водяная мельница в музее-заповеднике «Малые Корелы» (Архангельская область) и мельница в музее деревянного зодчества в Суздале. Некоторые энтузиасты восстанавливают мельницы для демонстрации традиционных технологий и выработки небольшой электроэнергии.

¶Интересные факты

• Водяное колесо верхнебойного типа способно развивать мощность до нескольких десятков киловатт.
• В средневековой Европе существовали плавучие мельницы, устанавливаемые на баржах для использования на реках с переменным уровнем воды.
• В России в XVIII веке на водяных мельницах работали знаменитые механики-самоучки, в том числе И. И. Ползунов, создавший первую в мире паровую машину для заводских нужд.

¶Источники

• Богданов В. В. «История водяных мельниц России».
• Савельев Н. Я. «Гидросиловые установки и водяные колеса».
• Материалы музея-заповедника «Малые Корелы» (Архангельская область).
• Энциклопедия «Техника» (раздел «Гидроэнергетика»).