Введение
Машины для преобразования энергии текущей или падающей воды в полезные формы энергии
water power
A water wheel is a machine for converting the energy of flowing or falling water into useful forms of power, often in a watermill. A water wheel consists of a wheel (usually constructed from wood or metal), with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving car. Water wheels were still in commercial use well into the 20th century, but they are no longer in common use today. Uses included milling flour in gristmills, grinding wood into pulp for papermaking, hammering wrought iron, machining, ore crushing and pounding fibre for use in the manufacture of cloth. Some water wheels are fed by water from a mill pond, which is formed when a flowing stream is dammed. A channel for the water flowing to or from a water wheel is called a mill race. The race bringing water from the mill pond to the water wheel is a headrace; the one carrying water after it has left the wheel is commonly referred to as a tailrace. Waterwheels were used for various purposes from things such as agriculture to metallurgy in ancient civilizations spanning the Hellenistic Greek world, Rome, China and India. Waterwheels saw continued use in the post classical age, like in medieval Europe and the Islamic Golden Age, but also elsewhere. In the mid to late 18th century John Smeaton's scientific investigation of the water wheel led to significant increases in efficiency, supplying much needed power for the Industrial Revolution. Water wheels began being displaced by the smaller, less expensive and more efficient turbine, developed by Benoît Fourneyron, beginning with his first model in 1827.
a horizontal wheel with a vertical axle; or
a vertical wheel with a horizontal axle. The latter can be subdivided according to where the water hits the wheel into backshot (pitch back), overshot, breastshot, undershot, and stream wheels. The term undershot can refer to any wheel where the water passes under the wheel but it usually implies that the water entry is low on the wheel. Overshot and backshot water wheels are typically used where the available height difference is more than a couple of meters. Breastshot wheels are more suited to large flows with a moderate head. Undershot and stream wheel use large flows at little or no head. There is often an associated millpond, a reservoir for storing water and hence energy until it is needed. Larger heads store more gravitational potential energy for the same amount of water so the reservoirs for overshot and backshot wheels tend to be smaller than for breast shot wheels. Overshot and pitchback water wheels are suitable where there is a small stream with a height difference of more than , often in association with a small reservoir. Breastshot and undershot wheels can be used on rivers or high volume flows with large reservoirs.
водяная энергия
water power
A water wheel is a machine for converting the energy of flowing or falling water into useful forms of power, often in a watermill. A water wheel consists of a wheel (usually constructed from wood or metal), with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving car. Water wheels were still in commercial use well into the 20th century, but they are no longer in common use today. Uses included milling flour in gristmills, grinding wood into pulp for papermaking, hammering wrought iron, machining, ore crushing and pounding fibre for use in the manufacture of cloth. Some water wheels are fed by water from a mill pond, which is formed when a flowing stream is dammed. A channel for the water flowing to or from a water wheel is called a mill race. The race bringing water from the mill pond to the water wheel is a headrace; the one carrying water after it has left the wheel is commonly referred to as a tailrace. Waterwheels were used for various purposes from things such as agriculture to metallurgy in ancient civilizations spanning the Hellenistic Greek world, Rome, China and India. Waterwheels saw continued use in the post classical age, like in medieval Europe and the Islamic Golden Age, but also elsewhere. In the mid to late 18th century John Smeaton's scientific investigation of the water wheel led to significant increases in efficiency, supplying much needed power for the Industrial Revolution. Water wheels began being displaced by the smaller, less expensive and more efficient turbine, developed by Benoît Fourneyron, beginning with his first model in 1827.
a horizontal wheel with a vertical axle; or
a vertical wheel with a horizontal axle. The latter can be subdivided according to where the water hits the wheel into backshot (pitch back), overshot, breastshot, undershot, and stream wheels. The term undershot can refer to any wheel where the water passes under the wheel but it usually implies that the water entry is low on the wheel. Overshot and backshot water wheels are typically used where the available height difference is more than a couple of meters. Breastshot wheels are more suited to large flows with a moderate head. Undershot and stream wheel use large flows at little or no head. There is often an associated millpond, a reservoir for storing water and hence energy until it is needed. Larger heads store more gravitational potential energy for the same amount of water so the reservoirs for overshot and backshot wheels tend to be smaller than for breast shot wheels. Overshot and pitchback water wheels are suitable where there is a small stream with a height difference of more than , often in association with a small reservoir. Breastshot and undershot wheels can be used on rivers or high volume flows with large reservoirs.
Водяное колесо – это машина для преобразования энергии текущей или падающей воды в полезные формы энергии, часто используемая в водяной мельнице. Водяное колесо состоит из колеса (обычно изготовленного из дерева или металла) с рядом лопастей или ковшей, расположенных на внешнем ободе, формирующих движущий элемент. Водяные колеса находились в коммерческой эксплуатации вплоть до XX века, но в настоящее время их использование не распространено. Они применялись для помола муки в мельницах, измельчения древесины в целлюлозу для производства бумаги, ковки железа, механической обработки, дробления руды и размягчения волокна для изготовления ткани. Некоторые водяные колеса питаются водой из пруда-накопителя, который образуется при перекрытии текущего ручья. Канал для воды, поступающей в или отходящей от водяного колеса, называется мельничным каналом. Канал, по которому вода поступает из пруда-накопителя к водяному колесу, называется подводящим каналом; канал, по которому вода отводится от колеса, обычно называют отводящим каналом. Водяные колеса использовались для различных целей – от сельского хозяйства до металлургии – в древних цивилизациях, включая эллинистическую Грецию, Рим, Китай и Индию. Использование водяных колес продолжалось и в постклассический период, например, в средневековой Европе и в эпоху расцвета ислама, а также в других регионах. В середине и конце XVIII века научное исследование водяного колеса, проведенное Джоном Смитоном, привело к значительному повышению его эффективности, обеспечив необходимую мощность для промышленной революции. Водяные колеса начали вытесняться более компактными, дешевыми и эффективными турбинами, разработанными Бенуа Фурнейроном, начиная с его первой модели в 1827 году.
water power
A water wheel is a machine for converting the energy of flowing or falling water into useful forms of power, often in a watermill. A water wheel consists of a wheel (usually constructed from wood or metal), with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving car. Water wheels were still in commercial use well into the 20th century, but they are no longer in common use today. Uses included milling flour in gristmills, grinding wood into pulp for papermaking, hammering wrought iron, machining, ore crushing and pounding fibre for use in the manufacture of cloth. Some water wheels are fed by water from a mill pond, which is formed when a flowing stream is dammed. A channel for the water flowing to or from a water wheel is called a mill race. The race bringing water from the mill pond to the water wheel is a headrace; the one carrying water after it has left the wheel is commonly referred to as a tailrace. Waterwheels were used for various purposes from things such as agriculture to metallurgy in ancient civilizations spanning the Hellenistic Greek world, Rome, China and India. Waterwheels saw continued use in the post classical age, like in medieval Europe and the Islamic Golden Age, but also elsewhere. In the mid to late 18th century John Smeaton's scientific investigation of the water wheel led to significant increases in efficiency, supplying much needed power for the Industrial Revolution. Water wheels began being displaced by the smaller, less expensive and more efficient turbine, developed by Benoît Fourneyron, beginning with his first model in 1827.
a horizontal wheel with a vertical axle; or
a vertical wheel with a horizontal axle. The latter can be subdivided according to where the water hits the wheel into backshot (pitch back), overshot, breastshot, undershot, and stream wheels. The term undershot can refer to any wheel where the water passes under the wheel but it usually implies that the water entry is low on the wheel. Overshot and backshot water wheels are typically used where the available height difference is more than a couple of meters. Breastshot wheels are more suited to large flows with a moderate head. Undershot and stream wheel use large flows at little or no head. There is often an associated millpond, a reservoir for storing water and hence energy until it is needed. Larger heads store more gravitational potential energy for the same amount of water so the reservoirs for overshot and backshot wheels tend to be smaller than for breast shot wheels. Overshot and pitchback water wheels are suitable where there is a small stream with a height difference of more than , often in association with a small reservoir. Breastshot and undershot wheels can be used on rivers or high volume flows with large reservoirs.
горизонтальное колесо с вертикальной осью; или
вертикальное колесо с горизонтальной осью. Последние можно классифицировать в зависимости от точки воздействия воды на колесо: задний напор (с откидом назад), верхний напор, средний напор, нижний напор и проточные колеса. Термин «нижний напор» может относиться к любому колесу, где вода проходит под колесом, но обычно подразумевает, что вход воды расположен в нижней части колеса. Колеса с верхним и задним напором обычно используются там, где перепад высот составляет более нескольких метров. Колеса со средним напором лучше подходят для больших потоков с умеренным напором. Колеса с нижним и проточным напором используют большие потоки при небольшом или отсутствии напора. Часто водяное колесо сопровождается прудом-накопителем – резервуаром для хранения воды и, следовательно, энергии до момента ее использования. Больший напор обеспечивает больше потенциальной гравитационной энергии при одинаковом объеме воды, поэтому резервуары для колес с верхним и задним напором, как правило, меньше, чем для колес со средним напором. Колеса с верхним и задним напором подходят для небольших ручьев с перепадом высот более чем, часто в сочетании с небольшим прудом-накопителем. Колеса со средним и нижним напором могут использоваться на реках или при больших потоках с большими резервуарами.
water power
A water wheel is a machine for converting the energy of flowing or falling water into useful forms of power, often in a watermill. A water wheel consists of a wheel (usually constructed from wood or metal), with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving car. Water wheels were still in commercial use well into the 20th century, but they are no longer in common use today. Uses included milling flour in gristmills, grinding wood into pulp for papermaking, hammering wrought iron, machining, ore crushing and pounding fibre for use in the manufacture of cloth. Some water wheels are fed by water from a mill pond, which is formed when a flowing stream is dammed. A channel for the water flowing to or from a water wheel is called a mill race. The race bringing water from the mill pond to the water wheel is a headrace; the one carrying water after it has left the wheel is commonly referred to as a tailrace. Waterwheels were used for various purposes from things such as agriculture to metallurgy in ancient civilizations spanning the Hellenistic Greek world, Rome, China and India. Waterwheels saw continued use in the post classical age, like in medieval Europe and the Islamic Golden Age, but also elsewhere. In the mid to late 18th century John Smeaton's scientific investigation of the water wheel led to significant increases in efficiency, supplying much needed power for the Industrial Revolution. Water wheels began being displaced by the smaller, less expensive and more efficient turbine, developed by Benoît Fourneyron, beginning with his first model in 1827.
a horizontal wheel with a vertical axle; or
a vertical wheel with a horizontal axle. The latter can be subdivided according to where the water hits the wheel into backshot (pitch back), overshot, breastshot, undershot, and stream wheels. The term undershot can refer to any wheel where the water passes under the wheel but it usually implies that the water entry is low on the wheel. Overshot and backshot water wheels are typically used where the available height difference is more than a couple of meters. Breastshot wheels are more suited to large flows with a moderate head. Undershot and stream wheel use large flows at little or no head. There is often an associated millpond, a reservoir for storing water and hence energy until it is needed. Larger heads store more gravitational potential energy for the same amount of water so the reservoirs for overshot and backshot wheels tend to be smaller than for breast shot wheels. Overshot and pitchback water wheels are suitable where there is a small stream with a height difference of more than , often in association with a small reservoir. Breastshot and undershot wheels can be used on rivers or high volume flows with large reservoirs.
Вертикальная ось
Горизонтальное колесо с вертикальной осью. Обычно называемое вальным колесом, норвежской мельницей или греческой мельницей, горизонтальное колесо представляет собой примитивную и неэффективную форму современной турбины. Однако, если оно обеспечивает требуемую мощность, то эффективность становится второстепенной. Обычно оно монтируется внутри здания мельницы ниже рабочего пола. Струя воды направляется на лопасти водяного колеса, заставляя его вращаться. Это простая система, как правило, без редуктора, поэтому вертикальная ось водяного колеса становится ведущим шпинделем мельницы.
Поток
Более современные колёса имеют более высокую эффективность. Колёса потока практически не используют энергию напора, то есть разницы в уровне воды. Колёса потока, установленные на плавучих платформах, часто называют "колёсами с боковым приводом", а мельницу – "судовой мельницей". Иногда их устанавливали сразу за мостами, где сужение потока мостовыми опорами увеличивало скорость течения. Исторически они были очень неэффективны, но в XVIII веке были достигнуты значительные улучшения.
Колесо с задней стороны
Заднее колесо (также называемое питчбеком) – это разновидность колеса с верхним набросом, в котором вода подается непосредственно перед высшей точкой колеса. Во многих случаях это дает преимущество, поскольку нижняя часть колеса движется в том же направлении, что и вода в отводящем канале, что повышает эффективность. Оно также работает лучше, чем колесо с верхним набросом, в условиях паводка, когда уровень воды может затопить нижнюю часть колеса. Колесо будет продолжать вращаться, пока уровень воды в колесном колодце не поднимется достаточно высоко. Это делает данную конструкцию особенно подходящей для рек с существенными колебаниями расхода воды и позволяет уменьшить размер, сложность и, следовательно, стоимость отводящего канала. Направление вращения заднего колеса совпадает с направлением вращения грудного колеса, но во всех остальных аспектах оно очень похоже на колесо с верхним набросом. См. ниже.
Овершот и обратный отсчет
Некоторые колёса имеют верхний захват сверху и нижний захват снизу, что потенциально сочетает в себе лучшие качества обоих типов. На фотографии показан пример из кузницы Финч в Девоне, Великобритания. Водоприёмный жёлоб – это надколёсная деревянная конструкция, а отвод слева подаёт воду на колесо. Вода выходит из-под колеса обратно в ручей.
Возвратимый
Особый тип колеса с перекатом/поворотом – это обратимое водяное колесо. Оно имеет два комплекта лопастей или ковшей, направленных в противоположные стороны, что позволяет ему вращаться в любом направлении в зависимости от того, на какую сторону направляется вода. Обратимые колеса использовались в горнодобывающей промышленности для привода различных средств транспортировки руды. Меняя направление вращения колеса, можно было поднимать или опускать бочки или корзины с рудой по шахте или наклонной плоскости. Обычно на оси колеса располагался кабельный барабан или цепная корзина. Для возможности остановки колеса (известного как тормозное колесо) необходимо наличие тормозного оборудования. Самый старый известный рисунок обратимого водяного колеса был выполнен Георгиусом Агриколой в 1556 году.
История
Как и во всех механизмах, вращательное движение более эффективно в устройствах для подъема воды, чем возвратно-поступательное. В качестве источника энергии водяные колеса могут приводиться в движение силой человека или животных, либо самим течением воды. Водяные колеса бывают двух основных конструкций: с вертикальной и с горизонтальной осью. Последний тип, в зависимости от места попадания воды на лопасти колеса, подразделяется на колеса с верхним, боковым и нижним подводом воды. Исторически основными функциями водяных колес были подъем воды для орошения и помол, особенно зерна. В случае с водяными мельницами с горизонтальной осью требуется система зубчатых передач для передачи мощности, которая не нужна водяным мельницам с вертикальной осью.
Ранняя средневековая Европа
Технология древних водяных колес продолжала развиваться в раннем средневековье, и появление новых документальных жанров, таких как правовые кодексы, монастырские хартии и агиография, сопровождалось резким увеличением упоминаний водяных мельниц и колес. Самое раннее вертикальное колесо в приливной мельнице обнаружено в Киллотеране близ Уотерфорда (Ирландия), датируемое VI веком, а первое известное горизонтальное колесо в подобной мельнице – на ирландском острове Литл-Айленд (ок. 630 г.). Что касается использования в обычных норвежских или греческих мельницах, то самые старые известные горизонтальные колеса были раскопаны в ирландском Балликиллине, датируемые ок. 636 г. Ранним примером очень большого водяного колеса является сохранившееся до наших дней колесо в Реальном монастыре Нуэстра-Сеньора-де-Руэда (начало XIII века), цистерцианском монастыре в регионе Арагон (Испания). Зерновые мельницы (для помола зерна) были, несомненно, самыми распространенными, но существовали также пилорамы, валяльные мельницы и мельницы для выполнения многих других трудоемких задач. Водяное колесо оставалось конкурентоспособным с паровым двигателем вплоть до промышленной революции. Приблизительно в VIII–X веках ряд ирригационных технологий был завезен в Испанию и, таким образом, внедрен в Европу. Одной из этих технологий была нория – колесо, оснащенное ковшами по окружности для подъема воды. Она похожа на нижнебойное водяное колесо, упомянутое позднее в этой статье. Нория позволила крестьянам более эффективно использовать водяные мельницы. Согласно книге Томаса Глика «Ирригация и общество в средневековой Валенсии», нория, вероятно, возникла где-то в Персии. Ей пользовались на протяжении веков, прежде чем арабы, перенявшие ее у римлян, привезли эту технологию в Испанию. Таким образом, распространение норий на Пиренейском полуострове «соответствует области стабильных исламских поселений». Эта технология оказала глубокое влияние на жизнь крестьян. Нория относительно недорога в строительстве, что позволило крестьянам более эффективно обрабатывать землю в Европе. Вместе с испанцами эта технология распространилась в Новый Свет – в Мексику и Южную Америку – после испанской экспансии.
Инвентарь английских мельниц в 1086 году
Собрание, созванное Вильгельмом Нормандским, общеизвестное как "Книга Страшного суда" или "Домсдей", провело опись всего имущества в Англии, подлежащего налогообложению, включая более шести тысяч мельниц, разбросанных по трем тысячам различных местностей, по сравнению с менее чем сотней в предыдущем столетии. Для рек с большим объемом воды и небольшими перепадами высот применялись водяные колеса с нижним боем, поскольку они лучше соответствовали таким условиям и были дешевле в строительстве. До тех пор, пока запасы воды были достаточными, вопрос об эффективности не имел значения. К XVIII веку, с ростом спроса на энергию и ограниченностью подходящих водоемов, внимание сосредоточилось на повышении эффективности. Водяные колеса оказали влияние на строительство городов, особенно каналов. Методы, разработанные в этот ранний период, такие как перегораживание рек и строительство каналов, направили развитие Европы по гидравлическому пути; например, технологии водоснабжения и орошения объединялись для увеличения мощности водяного колеса. Это демонстрирует значительный уровень технологических инноваций, направленных на удовлетворение растущих потребностей феодального государства.
Применение водяного колеса
Водяная мельница использовалась для помола зерна, производства муки для хлеба, солода для пива или крупной муки для каши. Молотные мельницы приводили в действие молотки с помощью колеса. Одним из типов была валяльная мельница, используемая для производства ткани. Ковальный молот также применялся для изготовления кованого железа и для обработки железа в полезные изделия, что иначе требовало больших трудозатрат. Водяное колесо также использовалось в бумажном производстве для размола материала в пульпу. В XIII веке водяные мельницы, применявшиеся для ковки по всей Европе, повысили производительность раннего производства стали. Наряду с освоением пороха, энергия воды обеспечила европейским странам мировое военное превосходство с XV века.
Европа XVII и XVIII веков
Мельничные мастера различали две силы – импульс и вес – в водяных колесах задолго до XVIII века в Европе. Фицгерберт, сельскохозяйственный писатель XVI века, писал, что "колесо приводится в движение как весом воды, так и ее силой [импульсом]". Леонардо да Винчи также рассуждал о силе воды, отмечая, что "удар [воды] – это не вес, а возбуждает силу, подобную весу, почти равную собственной". Однако, даже после осознания двух сил – веса и импульса – сохранялась путаница в отношении их преимуществ и недостатков, и не было ясного понимания более высокой эффективности веса. До 1750 года не было уверенности в том, какая сила преобладала, и широко считалось, что обе силы действуют с одинаковой интенсивностью. Водяное колесо порождало вопросы о законах природы, в частности, о законах силы. В работе Евангелисты Торричелли по водяным колесам использовался анализ работ Галилея о падающих телах, согласно которому скорость воды, вытекающей из отверстия под напором, точно соответствовала скорости, которую капля воды приобрела бы при свободном падении с той же высоты.
Промышленная Европа
Водяное колесо было движущей силой на ранних стадиях индустриализации в Британии. Водные приводы использовались в кузнечных молотах и мехах доменных печей. Водная рама Ричарда Аркрайта приводилась в движение водяным колесом. Самым мощным водяным колесом, построенным в Соединенном Королевстве, было водяное колесо Quarry Bank Mill мощностью 100 л.с. недалеко от Манчестера. Колесо имело конструкцию с высоким подводом и было выведено из эксплуатации в 1904 году, заменено несколькими турбинами. В настоящее время оно восстановлено и является музеем, открытым для посещения. Самое большое действующее водяное колесо на материковой части Великобритании имеет диаметр и было построено компанией De Winton из Карнарфона. Оно находится в мастерских Национального музея сланца в Лланберисе, Северный Уэльс. Самым большим действующим водяным колесом в мире является колесо Лакси (также известное как Леди Изабелла) в деревне Лакси на острове Мэн. Его диаметр составляет 22 метра, а ширина – 2 метра, оно находится на обслуживании Manx National Heritage. Во время промышленной революции, в первой половине XIX века, инженеры начали разрабатывать более совершенные конструкции колес. В 1823 году Жан Виктор Понселе изобрел очень эффективную конструкцию колеса с нижним подводом, которая могла работать при очень малом напоре, была коммерциализирована и стала популярной к концу 1830-х годов. Другие конструкции, такие как колесо Sagebien, появились позже. В то же время Клод Бурден работал над принципиально новой машиной, которую он назвал турбиной, а его ученик Бенуа Фурнейрон спроектировал первую коммерческую турбину в 1830-х годах. Развитие водяных турбин привело к снижению популярности водяных колес. Основное преимущество турбин заключается в том, что их способность использовать напор значительно превышает диаметр турбины, в то время как водяное колесо не может эффективно использовать напор, превышающий его диаметр. Переход от водяных колес к современным турбинам занял около ста лет.
Северная Америка
Водяные колеса использовались для привода пилорам, мукомольных мельниц и в других целях в период развития Соединенных Штатов. Водяное колесо диаметром 12 метров в Маккое, штат Колорадо, построенное в 1922 году, является одним из немногих сохранившихся, которые использовались для подъема воды из реки Колорадо для орошения. Два ранних усовершенствования – подвесные колеса и ободные передачи. Подвесные колеса конструктивно схожи с велосипедными, где обод поддерживается под натяжением от ступицы, что позволило создавать более крупные и легкие колеса по сравнению с предыдущей конструкцией, в которой тяжелые спицы работали на сжатие. Ободные передачи заключались в добавлении зубчатого колеса к ободу или кожуху колеса. Небольшая шестерня входила в зацепление с зубчатым колесом обода и передавала мощность на мельницу через независимый вал. Это снимало крутильное напряжение с оси, что позволяло сделать ее легче, а также обеспечивало большую гибкость в размещении силовой установки. Скорость вращения вала увеличивалась по сравнению со скоростью вращения колеса, что снижало потери мощности. Пример этой конструкции, разработанной Томасом Хьюзом и усовершенствованной Уильямом Армстронгом Фейрберном, можно увидеть на восстановленном колесе 1849 года в складском помещении канала Портлендского бассейна. Схожие конструкции использовались в виде рыбных колес на северо-западе Америки и на Аляске, которые поднимали лосося из речного потока.
Австралия
В Австралии относительно сухой климат, однако, где были доступны подходящие водные ресурсы, в Австралии в XIX веке строились водяные колеса. Они использовались для привода лесопилок, мукомолен и дробильных установок для измельчения золотоносной руды. Заметными примерами водяных колес, использовавшихся при добыче золота, были большое водяное колесо Гарфилда возле Чьютона — одно из по меньшей мере семи водяных колес в окрестностях — и два водяных колеса у водопадов Аделонг; на обоих участках сохранились некоторые остатки. В горнодобывающем районе Уолхалла когда-то было по крайней мере два водяных колеса, одно из которых было доставлено на место из Порт-Альберта, перекатывая его по ободу с помощью оригинальной тележечной системы, что заняло почти 90 дней. Водяное колесо в Джиндабайне, построенное в 1847 году, стало первой машиной, использовавшейся для извлечения энергии из реки Снежная для помола муки. Компактные водяные колеса, известные как колеса Детриджа, использовались не в качестве источника энергии, а для измерения расхода воды на орошаемых землях.
Новая Зеландия
В Новой Зеландии водяные колеса использовались очень широко. Хорошо сохранившиеся остатки верхнебойного водяного колеса шахты "Молодой Австралиец" существуют недалеко от заброшенного города Карриктаун, а остатки водяного колеса мукомольной мельницы "Феникс" – недалеко от Оамару.
Индия
Ранняя история водяных мельниц в Индии малоизвестна. Древнеиндийские тексты, датируемые IV веком до н.э., упоминают термин "чаккаваттака" (вращающееся колесо), который в комментариях объясняется как "арахатта гати янта" (машина с прикреплёнными колёсными горшками). На основании этого Джозеф Нидхэм предположил, что эта машина была норией. Однако Терри С. Рейнольдс утверждает, что "термин, используемый в индийских текстах, неоднозначен и не указывает однозначно на устройство, приводимое в движение водой". Торкильд Шийлер полагал, что "более вероятно, что эти отрывки относятся к какому-то типу педального или ручного устройства для подъёма воды, а не к водному подъёмному колесу". Согласно греческой исторической традиции, Индия получила водяные мельницы от Римской империи в начале IV века н.э., когда некий Метродор внедрил "водяные мельницы и бани, до того времени незнакомые [брахманам]". Для орошения сельскохозяйственных культур использовались подъёмные колёса, некоторые из которых приводились в движение силой течения реки, из которой вода поднималась. Этот тип устройства для подъёма воды использовался в древней Индии, что, по мнению Пейси, предшествовало его использованию в более поздней Римской империи или Китае, хотя первые литературные, археологические и изобразительные свидетельства водяного колеса появились в эллинистическом мире. Около 1150 года астроном Бхаскара Ачарья наблюдал подъёмные колёса и представил себе колесо, поднимающее достаточно воды для восполнения потока, приводящего его в движение, фактически, машину вечного движения. Строительство гидротехнических сооружений и аспекты водоснабжения в Индии описаны в арабских и персидских трудах. В средние века распространение индийских и персидских ирригационных технологий привело к созданию развитой ирригационной системы, способствовавшей экономическому росту и развитию материальной культуры.
Исламский мир
После распространения ислама инженеры исламского мира продолжили развивать водные технологии древнего Ближнего Востока, что подтверждается раскопками канала в районе Басры с остатками водяного колеса, датируемого VII веком. В Хаме, Сирия, до сих пор сохранились некоторые из крупных колёс на реке Оронт, хотя они больше не используются. Диаметр одного из самых больших составлял около [укажите величину], а его обод был разделён на 120 отсеков. Другое действующее колесо находится в Мурсии, Испания, в Ла-Норе; хотя оригинальное колесо было заменено стальным, мавританская система времён Аль-Андалуса практически не изменилась. Некоторые средневековые исламские отсечные водяные колёса могли поднимать воду на высоту до того, как в X веке Мухаммад ибн Закария ар-Рази в «Китабе аль-Хави» описал норию в Ираке, способную поднимать до 100 кубических метров воды, или [укажите эквивалент в литрах]. Это сопоставимо с производительностью современных норий в Восточной Азии, которые могут поднимать до 1000 кубических метров воды, или [укажите эквивалент в литрах].
The industrial uses of watermills in the Islamic world date back to the 7th century, while horizontal wheeled and vertical wheeled water mills were both in widespread use by the 9th century. A variety of industrial watermills were used in the Islamic world, including gristmills, hullers, sawmills, shipmills, stamp mills, steel mills, sugar mills, and tide mills. By the 11th century, every province throughout the Islamic world had these industrial watermills in operation, from al Andalus and North Africa to the Middle East and Central Asia. Muslim and Christian engineers also used crankshafts and water turbines, gears in watermills and water raising machines, and dams as a source of water, used to provide additional power to watermills and water raising machines. Fulling mills and steel mills may have spread from Islamic Spain to Christian Spain in the 12th century. Industrial water mills were also employed in large factory complexes built in al Andalus between the 11th and 13th centuries. The engineers of the Islamic world developed several solutions to achieve the maximum output from a water wheel. One solution was to mount them to piers of bridges to take advantage of the increased flow. Another solution was the shipmill, a type of water mill powered by water wheels mounted on the sides of ships moored in midstream. This technique was employed along the Tigris and Euphrates rivers in 10th century Iraq, where large shipmills made of teak and iron could produce 10 tons of flour from corn every day for the granary in Baghdad. The flywheel mechanism, which is used to smooth out the delivery of power from a driving device to a driven machine, was invented by Ibn Bassal (fl. 1038–1075) of Al Andalus; he pioneered the use of the flywheel in the saqiya (chain pump) and noria. The engineers Al Jazari in the 13th century and Taqi al Din in the 16th century described many inventive water raising machines in their technological treatises. They also employed water wheels to power a variety of devices, including various water clocks and automata.
Промышленное использование водяных мельниц в исламском мире восходит к VII веку, а к IX веку получили широкое распространение как горизонтальные, так и вертикальные водяные мельницы. В исламском мире использовались различные промышленные водяные мельницы, включая зерновые мельницы, шелушильные мельницы, пилорамы, судовые мельницы, дробильные мельницы, сталелитейные мельницы, сахарные мельницы и приливные мельницы. К XI веку эти промышленные водяные мельницы действовали во всех провинциях исламского мира – от Аль-Андалуса и Северной Африки до Ближнего Востока и Центральной Азии. Мусульманские и христианские инженеры также использовали коленчатые валы и водяные турбины, зубчатые передачи в водяных мельницах и машинах для подъёма воды, а также плотины как источник воды для обеспечения дополнительной мощности водяных мельниц и машин для подъёма воды. Валяльные мельницы и сталелитейные мельницы могли распространиться из исламской Испании в христианскую Испанию в XII веке. Промышленные водяные мельницы также использовались в крупных фабричных комплексах, построенных в Аль-Андалусе между XI и XIII веками. Инженеры исламского мира разработали несколько решений для достижения максимальной производительности водяного колеса. Одно из решений заключалось в установке их на опоры мостов для использования увеличенного потока. Другим решением стала судовая мельница – тип водяной мельницы, приводимой в движение водяными колёсами, установленными на бортах кораблей, пришвартованных посреди реки. Эта техника применялась вдоль рек Тигр и Евфрат в Ираке в X веке, где большие судовые мельницы из тика и железа могли производить 10 тонн муки из кукурузы в день для амбаров в Багдаде. Механизм маховика, который используется для сглаживания передачи энергии от приводного устройства к приводимой машине, был изобретён Ибн Бассалом (жил ок. 1038–1075 гг.) из Аль-Андалуса; он первым применил маховик в сакии (цепном насосе) и нории. Инженеры Аль-Джазари в XIII веке и Таки ад-Дин в XVI веке описали множество изобретательных машин для подъёма воды в своих технических трактатах. Они также использовали водяные колёса для привода различных устройств, включая различные водяные часы и автоматы.
The industrial uses of watermills in the Islamic world date back to the 7th century, while horizontal wheeled and vertical wheeled water mills were both in widespread use by the 9th century. A variety of industrial watermills were used in the Islamic world, including gristmills, hullers, sawmills, shipmills, stamp mills, steel mills, sugar mills, and tide mills. By the 11th century, every province throughout the Islamic world had these industrial watermills in operation, from al Andalus and North Africa to the Middle East and Central Asia. Muslim and Christian engineers also used crankshafts and water turbines, gears in watermills and water raising machines, and dams as a source of water, used to provide additional power to watermills and water raising machines. Fulling mills and steel mills may have spread from Islamic Spain to Christian Spain in the 12th century. Industrial water mills were also employed in large factory complexes built in al Andalus between the 11th and 13th centuries. The engineers of the Islamic world developed several solutions to achieve the maximum output from a water wheel. One solution was to mount them to piers of bridges to take advantage of the increased flow. Another solution was the shipmill, a type of water mill powered by water wheels mounted on the sides of ships moored in midstream. This technique was employed along the Tigris and Euphrates rivers in 10th century Iraq, where large shipmills made of teak and iron could produce 10 tons of flour from corn every day for the granary in Baghdad. The flywheel mechanism, which is used to smooth out the delivery of power from a driving device to a driven machine, was invented by Ibn Bassal (fl. 1038–1075) of Al Andalus; he pioneered the use of the flywheel in the saqiya (chain pump) and noria. The engineers Al Jazari in the 13th century and Taqi al Din in the 16th century described many inventive water raising machines in their technological treatises. They also employed water wheels to power a variety of devices, including various water clocks and automata.
Гидравлическое колесо
Недавняя разработка колеса с ковшовым захватом – это гидравлическое колесо, эффективно включающее в себя системы автоматического регулирования. Aqualienne – один из примеров. Оно вырабатывает от 37 кВт до 200 кВт электроэнергии при напоре воды в 100 м. Оно предназначено для выработки электроэнергии на месте бывших водяных мельниц.
Эффективность
Колеса с подхватом (и особенно с обратным подхватом) являются наиболее эффективным типом; стальное колесо с обратным подхватом может быть более эффективным (около 60%), чем все, кроме самых передовых и качественно изготовленных турбин. В некоторых ситуациях колесо с подхватом предпочтительнее турбины. Разработка гидравлических турбин с улучшенной эффективностью (>67%) открыла альтернативный способ установки водяных колес на существующих мельницах или восстановления заброшенных мельниц.