Устройство мельница водяная: Ветряная и водяная мельницы. Схемы, чертежи мельниц. – значение открытия, область применения, устройство и принцип работы

Ветряная и водяная мельницы. Схемы, чертежи мельниц.

Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись как семейные мельницы до начала ХХ в. и представляли собой ручные жернова из двух круглых в сечении камней из твердого кварцевого песчаника диаметром 40—60 см. Древнейшим типом мельниц считаются сооружения, где жернова вращались с помощью домашних животных. Последняя мельница такого типа прекратила свое существование в России в середине ХIХ в.

Энергию падающей на колесо с лопастями воды россияне научились использовать в начале второго тысячелетия. Водяные мельницы всегда были окружены ореолом таинственности, овеяны поэтическими легендами, сказаниями и суевериями. Мельницы-колесухи с омутом и водоворотом сами по себе небезопасные конструкции, что отражено в русской пословице: «Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет».

Письменные и графические источники свидетельствуют о широком распространении в средней полосе и на Севере ветряных мельниц. Нередко крупные села были окружены кольцом в 20—30 мельниц, стоявших на высоких, открытых ветрам местах. Ветряные мельницы за сутки размалывали на жерновах от 100 до 400 пудов зерна. В них имелись также ступы (крупорушки) для получения крупы. Для того чтобы мельницы работали, их крылья надо было поворачивать под менявший направление ветер — это обусловило сочетание в каждой мельнице неподвижной и подвижной частей.

Русскими плотниками создано много разнообразных и остроумных вариантов мельниц. Уже в наше время зафиксировано более двадцати разновидностей их конструктивных решений. Из них можно выделить два принципиальных типа мельниц: «столбовки»
     
     

   Мельницы столбовки:
   а — на столбах; б — на клети; в — на раме.
     
и «шатровки ». Первые были распространены на Севере, вторые — в средней полосе и Поволжье. Оба названия отражают также принцип их устройства.

В первом типе мельничный амбар вращался на врытом в землю столбе. Опорой служили либо дополнительные столбы, либо пирамидальная бревенчатая клеть, рубленная «в реж», либо рама.

   Принцип мельниц-шатровок был иной
     
     

Самая существенная часть мукомольной мельницы —мельничный постав или снасть — состоит из двух жерновов: верхнего, или бегуна, А и — нижнего, или нижняка, В. Жернова представляют каменные круги значительной толщины, имеющие в средине сквозное отверстие, называемое очком, а на мелющей поверхности т. н. насечку (см. ниже). Нижний жернов лежит неподвижно; его очко плотно закрыто деревянною втулкою, кружловиною g, сквозь отверстие в центре которой проходитъ веретено С; на вершине последнего насажен бегун посредством железного стержня CC, укрепленного концами в горизонтальном положении в очке бегуна и называемаго параплицею, или порхлицею. В средине параплицы (и, следовательно, в центре жернова) с нижней ее стороны проделано пирамидальное или коническое углубление, в которое и входитъ соответственно заостренный верхний конец веретена С. При таком соединении бегуна с веретеном, первый вращается при вращении последнего и, в случае надобности, легко снимается с веретена. Нижний конец веретена вставлен шипом в подшипник, укрепленный на балке D. Последнюю можно поднимать и опускать и таким образом увеличивать и уменьшать раcстояние между жерновами. Веретено С вращается помощью т. н. цевочной шестерни Е; это — два диска, надетые на веретено в небольшом расстоянии друг от друга и скрепленные между собою, по окружности, вертикальными палочками. Цевочная шестерня вращается помощью лобового колеса F, имеющего на правой стороне своего обода зубья, захватывающие за палочки цевочной шестерни и таким образом вращающие ее вместе с веретеном. На ось Z надето крыло, которое и приводится в движение ветром; или, в водяной мельнице, — водяное колесо, приводимое в движение водою. Зерно вводится через ковш

а и очко бегуна в промежуток между жерновами. Ковш состоит из воронки а и корытца b, подвешенного под очком бегуна. Размол зерна происходит в промежутке между верхнею поверхностью нижняка и нижнею бегуна. Оба жернова одеты кожухомъ N, который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающихъ зерен) от центра нижняка к окружности, падают с нижняка и идут, по наклонному желобу, в пеклевальныйрукав R—для просеивания. Рукав Е сделан из шерстяной или шелковой ситяной ткани и помещен в закрытом ящике Q, из которого выставляется его нижележащий конец. Сначала просеивается тонкая мука и падает в задней части ящика; более грубая высевается в конце рукава; отруби задерживаются на ситке S, а самая грубая мука собирается в ящик T.

Жернова

Поверхность жёрнова разделена глубокими желобами, называемыми бороздами, на отдельные плоские участки, называемые мелющими поверхностями. От борозд, расширяясь, отходят более мелкие желобки, называемые оперением. Борозды и плоские поверхности распределяются в виде повторяющегося рисунка, называемого гармошкой. У типичного мукомольного жёрнова имеется шесть, восемь или десять таких гармошек. Система желобов и желобков, во-первых, образует режущую кромку, а во-вторых, обеспечивает постепенное ссыпание готовой муки из-под жерновов. При постоянном использовании жернова́ требуют своевременного подтачивания, то есть подравнивание краев всех желобов для поддерживания остроты режущей кромки.

Жернова используются парно. Нижний жёрнов устанавливается стационарно. Верхний жёрнов, он же бегун, — подвижный, и именно он производит непосредственное перемалывание. Подвижный жернов приводится в движение крестообразным металлическим «штифтом», установленным на головке главного стержня или ведущего вала, вращающегося под действием основного механизма мельницы (использующего энергию ветра или воды). Рельефный рисунок повторяется на каждом из двух жерновов, таким образом обеспечивая эффект «ножниц» при размалывании зерен.

Жернова должны быть одинаково сбалансированными. Правильное взаимное расположение камней критически важно для обеспечения помола муки высокого качества.

Лучшим материалом для жерновов служит особенная каменная порода —  вязкий, твердый и неспособный полироваться песчаник, называемый жерновым камнем. Так как каменные породы, в которых все эти свойства развиты достаточно и при том равномерно, встречаются редко, то хорошие жернова весьма дороги.

На трущихся поверхностяхъ жернов делают насечку, т. е. пробивают ряд углубленных бороздок, и промежутки между этими бороздками приводят в грубо-шероховатое состояние. Зерно попадает во время размола между бороздками верхнего и нижнего жернов и разрывается и разрезывается острыми режущими краями бороздок насечки на более или менее крупные частицы, которые размалываются окончательно по выходе из бороздок.

Бороздки насечки служат также какъ бы путями, по которым размалываемое зерно подвигается от очка к окружности и сходить с жернова. Так как жернова, даже из лучшего материала, стираются, то насечка должна быть возобновляема время от времени.

Описание конструкций и принципа действия мельниц

Столбовками мельницы названы за то, что их амбар покоится на столбе, вкопанном в землю и обложенном снаружи срубом-ряжем. В нем заделаны балки, удерживающие столб от смещения по вертикали. Конечно, амбар покоится не только на столбе, но на срубе-ряже (от слова режь, бревна, врубленные не плотно, а с прозорами). Поверх такого ряжа делается ровное круглое кольцо из пластин или досок. На него и опирается нижняя рама собственно мельницы.

Ряжи у столбовок могут быть разной формы и высоты, но не выше 4 метров. Они с земли могут подниматься сразу в виде четырехгранной пирамиды или сначала вертикально, а с какой-то высоты переходить в усеченную пирамиду. Встречались, правда очень редко, мельницы на невысокой раме.

Основание шатровок тоже может быть по форме и конструкциям различным. Например, пирамида может начаться с уровня земли, а конструкция быть не срубной, а каркасной. Пирамида может опираться на срубный четверик, а к нему могут быть пристроены подсобные помещения, тамбур, помещение для мельника и т.д. 

Главное в мельницах их механизмы.В шатровках внутреннее пространство разделено перекрытиями на несколько ярусов. Сообщение с ними идет по крутым лестницам чердачного типа через люки, оставленные в перекрытиях. Части механизма могут располагаться на всех ярусах. А их может быть от четырех до пяти. Стержнем шатровки служит могучий вертикальный вал, пронизывающий мельницу насквозь до «шапки». Он опирается через металлический подпятник, закрепленный в балке, которая лежит на брусчатой раме. Балка с помощью клиньев может перемещаться в разные стороны. Это позволяет придать валу строго вертикальное положение. Тоже самое можно проделать и при помощи верхнего бруса, где штырь вала заделан в металлическую петлю. 

 

В нижнем ярусе на вал надета большая шестерня с кулачками-зубьями, закрепленными по наружному контуру круглой основы шестерни. При работе движение большой шестерни, умноженное в несколько раз, передается на малую шестерню или цевку другого вертикального, уже металлического обычно вала. Этот вал прошивает неподвижный нижний жернов и упирается в металлическую планку, на которой через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова одеты деревянным кожухом с боков и сверху. Жернова устанавливаются на втором ярусе мельницы. Балка в первом ярусе, на которую опирается малый вертикальный вал с малой шестерней, подвешена на металлическом нарезном штыре и с помощью нарезной же шайбы с рукоятками может быть слегка поднята или опущена. С нею поднимается или опускается верхний жернов. Так регулируется тонкость помола зерна.

От кожуха жерновов вниз наклонно пропущен глухой дощатый желоб с доской задвижкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой. 

Рядом с блоком жерновов устанавливается кран-укосина с металлическими дугами-захватами. С его помощью жернова могут сниматься со своих мест для отковки. 

Над кожухом жерновов с третьего яруса спускается жестко закрепленный к перекрытию подающий зерно бункер. Он имеет задвижку, с помощью которой можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму опрокинутой усеченной пирамиды. Снизу к нему подвешен качающийся лоток. Он для пружинистости имеет можжевеловую планку и штырь, опущенный в отверстие верхнего жернова. В отверстии эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо может быть и с двумя-тремя косыми перьями. Тогда устанавливается симметрично. Штырь с кольцом называются обечайкой. Пробегая по внутренней поверхности кольца, штырь все время меняет положение и раскачивает косо подвешенный лоток. Это движение ссыпает зерно в зевло жернова. Оттуда оно попадает в зазор между камнями, размалывается в муку, та поступает в кожух, из него в закрытый лоток и мешок. 

Зерно засыпается в бункер, врезанный в пол третьего яруса. Мешки с зерном подаются сюда с помощью во’рота и веревки с крюком. Ворот может подключаться и отключаться от шкива, насаженного на вертикальный вал. Делается это снизу с помощью веревки и рычага. В досках перекрытия прорезан люк, перекрытый наклонно поставленными двухпольными створками. Мешки, проходя через люк, открывают створки, которые потом произвольно захлопываются. Мельник отключает ворот, и мешок оказывается на крышках люка. Операция повторяется. 

В последнем ярусе, находящемся в «шапке», на вертикальном валу установлена и закреплена другая, малая шестерня со скошенными кулачками-зубьями. Она заставляет вращаться вертикальный вал и запускает весь механизм. Но ее заставляет работать большая шестерня на «горизонтальном» валу. Слово в кавычки заключено потому, что фактически вал лежит с некоторым уклоном внутреннего конца вниз. Штырем этого конца он заключен в металлическом башмаке деревянной рамы, основы шапки. Приподнятый конец вала, выходящий наружу, спокойно лежит на камне-«подшипнике», слегка скругленном сверху. На валу в этом месте врезаны металлические пластины, предохраняющие вал от быстрого стирания. 

В наружную головку вала врезаются два взаимно перпендикулярных бруса-кронштейна, к которым крепятся хомутами и болтами другие балки — основа решетчатых крыльев. Крылья могут принимать ветер и вращать вал лишь тогда, когда на них будет расправлена парусина, обычно свернутая в жгуты в покойное, не рабочее время. Поверхность крыльев будет зависеть от силы и скорости ветра. 

Шестерня «горизонтального» вала снабжена зубьями, врезанными в боковую сторону круга. Сверху ее обнимает тормозная деревянная колодка, которая с помощью рычага может быть освобождена или сильно затянута. Резкое торможение при сильном и порывистом ветре вызовет высокую температуру при трении дерева о дерево, и даже тление. Этого лучше избегать. 

До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами — «водило».

Вокруг мельницы вкапывали небольшие столбики количеством не менее 8 штук. К ним «водило» и крепилось цепью или толстой веревкой. Силою 4-5 человек, даже если верхнее кольцо шатра и части рамы хорошо смазаны солидолом или чем-то подобным (ранее смазывали свиным салом), провернуть «шапку» мельницы очень трудно, почти невозможно. «Лошадиная сила» тут тоже не годится. Поэтому пользовались небольшим переносным воротом, который попеременно одевали на столбики его трапециевидной рамой, служившей основанием всей конструкции. 

Блок жерновов с кожухом со всеми частями и деталями, расположенными выше и ниже его, назывался одним словом — постав. Обычно небольшой и средней величины ветряки делались «об одном поставе». Большие ветряки могли строиться с двумя поставами. Были ветряные мельницы и с «толчеями», на которых отжималось льняное или конопляное семя для получения соответственного масла. Отходы — жмых, — тоже использовали в домашнем хозяйстве. «Пильные» ветряки как будто не встречались. 

значение открытия, область применения, устройство и принцип работы

Изобретение водяной мельницы имело большое значение для истории и развития техники. Первые такие конструкции использовались для перелива воды еще в Древнем Риме, позже их стали применять для получения муки и в других промышленных целях.

История изобретения

Водяное колесо было изобретено людьми еще в древние времена, благодаря чему человек получил надежный и простой двигатель, применение которого с каждым годом все расширялось. Еще в первом столетии до нашей эры римский ученый Витрувий описал такую конструкцию в своем трактате «10 книг об архитектуре». Действие ее было основано на вращении колеса от воздействия потока воды на его лопасти. И первым практическим применением этого открытия стала возможность перемалывания зерен.

История мельниц ведет свое начало от первых жерновов, которые использовали древние люди для получения муки. Такие устройства были вначале ручными, затем стали использовать физическую силу рабов или животных, которые вращали мукомольное колесо.

История водяной мельницы началась с использования конструкции колеса, двигающегося от силы речного потока, для осуществления процесса перемалывания зерна в муку, а основанием для этого послужило создание первого двигателя. Древние машины произошли от поливальных устройств, называемых чадуфонами, которые применялись для поднятия воды из реки для орошения земли и полей. Такие устройства представляли собой несколько черпаков, насаженных на обод: при вращении они погружались в воду, зачерпывали ее, а после поднятия вверх опрокидывали в желоб.

Устройство древних мельниц

Со временем люди стали строить водяные мельницы и использовать силу воды для получения муки. Причем на равнинных территориях при низкой скорости течения рек для увеличения напора устраивали запруды, обеспечивая тем самым повышение уровня воды. Для передачи движения к устройству мельницы были изобретены двигатели с зубчатой передачей, которые делались из двух колес, соприкасающихся ободами.

Используя систему из колес различного диаметра, у которых оси вращения были параллельными, древние изобретатели смогли осуществить передачу и преобразование движения, которое можно было направить на пользу людям. Причем большее колесо должно совершить меньшее количество оборотов во столько раз, во сколько его диаметр превышает второе, малое. Первые колесные зубчатые системы стали применять еще 2 тыс. лет назад. С тех пор изобретатели и механики смогли придумать множество вариантов зубчатых передач, использующих уже не только 2, но и большее количество колес.

Устройство водяной мельницы античной эпохи, описанное Витрувием, содержало 3 основных части:

1. Двигатель, состоящий из вертикального колеса, имеющего лопатки, которые вращаются водой.
2. Передаточный механизм — второе вертикальное колесо с зубцами (трансмиссия), которое вращает третье горизонтальное, называемое шестерней.
3. Исполнительный механизм, состоящий из двух жерновов: верхний приводится в движение шестерней и насажен на ее вертикальный вал. Зерно для получения муки засыпалось в ковш-воронку, расположенную над верхним жерновом.

Водяные колеса устанавливали в нескольких положениях по отношению к потоку воды: нижнебойные — на реках с большой скоростью течения. Самыми распространенными были «висячие» конструкции, устанавливаемые на свободном течении, погруженные в воду нижними лопастями. Впоследствии стали использовать среднебойные и верхнебойные виды водяных колес.

Максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД = 75%) давала работа верхнебойных или наливных видов, что широко применялось при устройстве «байдачных» плавучих мельниц, которые курсировали на больших реках: Днепре, Куре и др.

Значение открытия водяной мельницы состояло в том, что был изобретен первый античный механизм, который в дальнейшем мог быть использован для промышленного производства, что стало важным этапом в истории развития техники.

Средневековые гидроконструкции

Первые водяные мельницы в Европе, согласно историческим данным, появились в эпоху правления Карла Великого (340 г. н. э.) в Германии и были заимствованы у римлян. Одновременно были построены такие механизмы и на реках Франции, где к концу 11 в. уже насчитывалось около 20 тыс. мельниц. В это же время в Англии уже насчитывалось их более 5,5 тыс.

Водяные мельницы в Средневековье были широко распространены на всей территории Европы, использовались они для переработки сельскохозяйственной продукции (мукомольные, маслобойные, сукновальные), для подъема воды из шахты и в металлургическом производстве. К концу 16 в. их насчитывалось уже 300 тыс., а в 18 в. — 500 тыс. Одновременно происходило их техническое усовершенствование и увеличение роста мощности (с 600 до 2220 лошадиных сил).

Знаменитый художник и изобретатель Леонардо да Винчи в своих заметках также пытался придумать новые способы использования энергии и силы воды с помощью колес. Он предложил, например, конструкцию вертикальной пилы, которую приводил в движение поток воды, подающийся на колесо, т. е. процесс становился автоматизированным. Также Леонардо сделал чертежи нескольких вариантов использования гидроконструкций: фонтаны, способы осушения болот и т. д.

Ярким примером гидросиловой установки стал механизм подачи воды для устройства фонтанов и водоснабжения дворцов в Версале, Трианоне и Марли (Франция), для чего была специально возведена плотина на р. Сене. Из устроенного водохранилища вода под напором поступала на 14 нижнебойных колес размером 12 м. Они осуществляли ее подъем с помощью 221 насоса на высоту 162 м к акведуку, из которого она поступала во дворцы и фонтаны. Ежесуточно объем подаваемой воды составлял 5 тыс. м^3.

Как работает водяная мельница

Конструкция такой мельницы оставалась неизменной на протяжении многих веков. Основным материалом для постройки служило дерево, из которого складывали амбар, делали колеса и валы. Металл использовался только в некоторых деталях: оси, крепежные части, скобы. Изредка амбар возводили из камня.

Виды мельниц, которые использовали энергию воды:

1. Мутовчатые — строились на горных реках с быстрым течением. По конструкции они похожи на современные турбины: на вертикальном колесе делали лопасти под углом к основанию, при падении потока воды происходило вращение, от которого шло движение жернова.
2. Колесные, в которых вращалось само «водяное» колесо. Строились двух типов — с нижним и верхним боем.

На мельницу с верхним боем вода поступала от запруды, далее по желобу направлялась на колесо с кюветами, которое вращалось под его тяжестью. При использовании нижнего боя используется конструкция с лопастями, которые приводятся в движение при погружении в водный поток. Для повышения эффективности работы часто использовали плотину, перегораживающую только часть реки, называемую буном.

На рисунке ниже изображено устройство типичной деревянной водяной мельницы: вращательное движение идет от нижнего привода (колеса) [6], вверху расположен ковш (бункер) [1] для зерна и желоба [2], подающие его на жернова [3]. Полученная мука попала в лоток [4], а затем высыпалась в ларь или мешок [5].

Регулировка подачи зерна осуществлялась дозатором, специальным ящиком с отверстием, который влиял на крупность помола муки. После получения ее необходимо было просеять через специальное сито, установленное над ларем, которое совершало колебание при помощи небольшого механизма.

Некоторые водяные мельницы использовались не только для перемола зерна, но и для обдирания проса, гречихи или овса, из которых делалась крупа. Такие машины называли крупорушками. Предприимчивые хозяева использовали мельничные конструкции для толчения кудели, для валяния домотканого сукна, для чесания шерсти и т. д.

Строительство мельниц на Руси

В древнерусских летописях упоминание о водяных колесах и мельницах встречается с 9 в. Вначале они использовались исключительно для размалывания зерна, за что и были прозваны «мучными» и «хлебными». В 1375 г. князь Подольский Корпатович даровал грамотой Доминиканскому монастырю право на постройку хлебной мельницы. А в 1389 г. жене князя Дмитрия Донского такое сооружение отошло по завещанию.

В Великом Новгороде упоминание в берестяной грамоте о постройке мельницы датировано 14 в. Псковские летописи 16 в. рассказывают о строительстве такой конструкции на реке Волхов, к чему привлекли все местное население. Была устроена плотина, перекрывшая часть реки, однако она разрушилась из-за сильного паводка.

На равнинной местности водяные мельницы в России строились с наливным верхнебойным колесом. В 14-15 вв. стали появляться мутовчатые устройства, в которых колесо было расположено горизонтально на вертикальном валу.

Строили такие конструкции мастера-самоучки без каких-либо чертежей и схем. Причем они не только копировали уже возведенные сооружения, но каждый раз добавляли свои нововведения в их устройство. Еще во времена Петра Первого в Россию стали приезжать мастера из европейских стран, которые показывали свои навыки и знания в этой области.

Один из соратников Петра, известный инженер Вильям Генин, построивший на Урале 12 больших заводов, смог обеспечить их работу от гидросиловых установок. В последующем энергию воды повсеместно использовали специалисты при строительстве горнорудных и металлообрабатывающих предприятий по всей России.

В начале 18 века по всей территории действовало около 3 тыс. мануфактур, которые использовали гидроустановки для функционирования производства. Это были металлургические, лесопильные, бумажные, ткацкие и другие предприятия.

Самый знаменитый и уникальный комплекс для обеспечения энергией горнометаллургического комбината был построен в 1787 г. инженером К. Д. Фроловым на Змеиногорском руднике, который не имел аналогов в мире. Он включал плотину, водозаборные сооружения, от которых вода по подземным штольням проходила в открытый канал (535 м длиной) до мельницы, где вращалось колесо лесопильной конструкции. Далее вода поступала через следующий подземный канал к гидроколесу машины по подъему руды из шахты, далее — к третьему и четвертому. В конце она вытекала через штольню длиной более 1 км обратно в реку ниже плотины, общий путь ее составлял более 2 км, диаметр самого большого колеса — 17 м. Все сооружения были построены из местных материалов: глины, дерева, камня и железа. Комплекс успешно проработал более 100 лет, но до наших дней сохранилась только плотина Змеиногорского рудника.

Исследования в области гидравлики проводил также знаменитый ученый М. В. Ломоносов, который воплотил свои научные мысли на практике, участвуя в создании предприятия цветного стекла на основе работы гидроустановки с тремя колесами. Труды еще двух российских академиков — Д. Бернулли и Л. Эйлера — приобрели мировое значение в использовании законов гидродинамики и гидротехники и заложили теоретическую основу этих наук.

Использование энергии воды на Востоке

Применение водяных колес в Китае было впервые подробно описано в книге Сунн Инсина в 1637 г. В ней рассказывается подробно об использовании их для металлургического производства. Китайские конструкции были обычно горизонтальными, однако их мощность была достаточно высокой для производства муки и металла.

Использование энергии воды было впервые начато еще в 30-е гг. н. э., после изобретения китайским чиновником возвратно-поступательного механизма на основе водяных колес.

В Древнем Китае было построено несколько сотен мельниц, располагавшихся вдоль рек, однако в 10 в. правительство стало запрещать их из-за препятствования речному судоходству. Строительство мельниц постепенно расширялось и в соседних странах: Японии и Индии, на Тибете.

Колеса для подачи воды в странах ислама

Страны Востока, в которых люди исповедуют исламскую религию, являются в большинстве своем территорией с очень жарким климатом. С древних времен регулярное водоснабжение имело очень важное значение. Строились акведуки для подачи воды в города, а для поднятия ее из реки строили мельницы, которые называли «нориями».

По данным историков, первые такие сооружения возводились еще 5 тыс. лет назад на территории Сирии и других стран. На реке Оронт, одной из самых полноводных в стране, строительство норий было широко распространено в виде огромных колес водяных мельниц, которые многочисленными лопастями черпали воду и подавали ее на акведук.

Ярким примером такого сооружения являются сохранившиеся до наших времен нории города Хама, строительство которых датируется 13 в. Они продолжают работать и до настоящего времени, являясь одновременно украшением и достопримечательностью города.

Использование гидроэнергии в различных производствах

Кроме получения муки, область применения водяных мельниц распространялась на такие виды производств:

• для мелиорации и обеспечения водой посевов на полях;
• лесопильное, в котором энергия воды использовалась для обработки древесины;
• металлургия и обработка металла;
• в горных производствах для обработки камней или другой породы;
• в ткацкой и шерстяной мануфактурах;
• для подъема воды из шахты и др.

Один из самых древних примеров использования силы воды — лесопильная мельница в Хиераполисе (Турция), механизмы ее были обнаружены во время раскопок и датированы 6 в. н. э.

В некоторых европейских странах археологами были обнаружены остатки старых мельниц эпохи Древнего Рима, которые использовали для дробления кварца с содержанием золота, добываемого в шахтах.

Самый большой комплекс, использующий силу воды, был построен, по историческим данным, в 1 в. на юге Франции под названием Barbegal, в котором было установлено 16 водяных колес, снабжавших энергией 16 мукомольных мельниц, обеспечивая, таким образом, хлебом близлежащий город Алерт. Ежесуточно здесь производилось 4,5 т муки.

Аналогичный мельничный комплекс на холме Яникул снабжал в 3 в. город Рим, что было оценено императором Аврелианом.

Создание водяной конструкции своими руками

Такой архитектурный элемент, как водяное колесо, приобрел популярность наравне с бассейнами, каскадами или фонтанчиками. Конечно, подобные сооружения выполняют скорее декоративную, нежели практическую функцию. Построить водяную мельницу своими руками сможет каждый хозяин, имеющий навыки работы с деревянными деталями.

Размер колеса рекомендуется выбирать минимум 1,5 м, но не более 10 м, что зависит от площади участка. Мельничный домик также выбирается по его будущему предназначению: строение для хранения инвентаря, игровая зона для детей, украшение территории.

Изготовление деталей:

• в качестве основы для водяного колеса можно взять велосипедное или сбитое из дерева, к которому крепятся лопасти; в центре его должна быть труба, вокруг которое происходит вращение;
• готовое изделие крепится на подшипники на 2 опоры, которые изготавливают их дубового бруса, металлического уголка, кирпича;
• к верхней части колеса должен подходить желоб, по которому стекает вода на лопасти; ее подводят либо от шланга с насосом, либо она поступает после дождя;
• все детали для увеличения срока работы рекомендуется обработать: деревянные – покрыть лаком, металлические — краской от коррозии;
• для отведения воды прокладывают каналы в направлении грядок или к другой емкости;
• на завершающем этапе сооружение украшают декоративными элементами.

Устройство на загородном участке декоративной водяной мельницы станет прекрасным эстетическим дополнением к ландшафту.

Знаменитые исторические мельницы

Самая большая действующая водяная мельница «Леди Изабелла» расположена около деревни Лекси на острове Мэн в Ирландском море. Это сооружение было возведено в 1854 г. инженером-самоучкой Робертом Казементом в честь жены местного генерал-губернатора, а целью его строительства было откачка грунтовых вод из местной шахты по добыче природных ископаемых (цинка, свинца и др.).

Специально были проложены каналы, по ним вода из горных рек проходила через мост и подавалась для вращения колеса диаметром 22 м, которое до сих пор считается самым огромным в мире, благодаря чему пользуется успехом у туристов уже много лет.

Одна из оригинальных достопримечательностей Франции — водяная старая мельница, расположенная около г. Вернона (Франция). Ее уникальность в том, что она опирается на 2 опоры старинного каменного моста, который соединял когда-то берега Сены. Точная дата ее сооружения неизвестна, однако, по некоторым данным, она возводилась в период противостояния Ричарду Львиное Сердце и имела стратегическое значение. В 1883 г. ее увековечил знаменитый художник Клод Моне на одном из своих полотен.

Создание водяной мельницы является важным этапом в истории развития техники, ведь она считается первой конструкцией, которую можно было использовать в различных целях для переработки сельскохозяйственной и другой продукции, что стало первым шагом к машинному производству в мире.

Вода льется—и мелет, толчет, пилит, кует и откачивает воду – Наука – Коммерсантъ

текст Владимир Алтунин, кандидат технических наук, доцент МАДИ-ГТУ

Валерий Волшаник, доктор технических наук, профессор, Московский государственный университет природообустройства

Сергей Пьявкин, руководитель сектора проектирования НКС «Волга»

Ольга Черных, кандидат технических наук, профессор, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Использование энергии речных потоков началось в России еще в глубокой древности. В весьма ранних памятниках русской письменности встречаются такие термины, как «мельник», «мельница». Водяные мельницы в России строили сначала для переработки продуктов сельского хозяйства, прежде всего для привода мукомольных поставов, а затем крупорушек и сукновален. В не столь давние времена практически весь урожай зерновых в России перерабатывался в муку исключительно на водяных и ветряных мельницах; одна мельница строилась на 15-20 сельских домов, а то и чаще.

Но уже в XVI в. водяной двигатель в России используется не только для переработки сельскохозяйственной продукции, но и в металлургии, добыче полезных ископаемых, обработке камня. Примерный перечень технологических операций, выполнявшихся в России в XVIII веке с помощью водяных двигателей, приведен в таблице 01 .

Наибольшее распространение получили именно мельницы. Внешний вид здания мельницы существенно зависел от места ее постройки и от компоновки основного оборудования и назначения мельницы, а также от строительных конструкций сооружения. Так, для северных земель, Карелии характерна простая деревянная конструкция, без каких-либо архитектурных изысков. Мельницы европейской части России имеют отличия в архитектуре от своих северных аналогов. Здание мельницы, построенное в черте города, могло быть выполнено из кирпича или камня, что свидетельствовало о состоятельности владельца.

Принципиальная схема работы водяной мельницы с верхней подачей воды показана на рисунке 01. Вода, поступающая из лотка, падает на большое колесо [01], состоящее из двух ободов одинакового диаметра, соединенных перегородками «лопатками», образующими ковши. Вода, попавшая в верхний ковш, под действием силы тяжести толкает колесо и выливается по мере движения вниз. Отметим, что верхний способ подачи воды обеспечивает большую мощность на вале колеса, но требует строительства гидротехнических сооружений (плотина, запруда) для накопления и подъема воды на высоту колеса.

Вместе с колесом [01]на горизонтальном валу закреплено зубчатое колесо [02]меньшего диаметра, приводящее в движение шестерню [03]на вертикальном валу. На нижнем конце вертикального вала жестко крепился верхний, подвижный жернов (бегун), в то время как нижний (лежняк) оставался неподвижным. Зерно, попадая между камнями, перемалывалось в муку, а тонкость помола определялась зазором между камнями. Жерновые камни изготавливались из особых пород мелкозернистого кварцевого камня или песчаника или же из искусственной смеси.

рис. 01 Принципиальная схема работы водяной мельницы с верхней подачей воды: 01 Большое водяное колесо, 02 Малое зубчатое колесо, 03 Шестерня на вертикальном валу

На соприкасающихся поверхностях бегуна и лежняка создавались достаточно сложные по конфигурации системы бороздок, обеспечивавших перемещение зерна и муки от центра жернова к его периферии, а также вентиляцию и охлаждение жернова. Расстояние между камнями регулировалось специальным механизмом. Размеры камней и частота вращения бегуна выбирались в зависимости от требуемой производительности мельницы и вида размалываемого материала.

Работы по толчению органических и минеральных материалов на мельницах выполняются с помощью толчеи — измельчающей или шелушильной машины ударного действия. Рабочий орган толчеи — пест, совершающий прямолинейное возвратно-поступательное движение в ступе или, чаще на мельницах, системе ступ (как правило, бревен), линейно укрепленных на горизонтальном поворачивающемся валу и оканчивающихся внизу над деревянным слабо наклоненным лотком.

Устройство песта более жесткого и с большей скоростью удара позволяет создавать механизм для обработки металла ударным воздействием. Конструирование механизмов с формой движения рабочего органа, обеспечиваемой исполнительными органами водяной мельницы, — вращательной или возвратно-поступательной, позволяет обеспечить выполнение разнообразных операций.

значение открытия, область применения, устройство и принцип работы

Изобретение водяной мельницы имело большое значение для истории и развития техники. Первые такие конструкции использовались для перелива воды еще в Древнем Риме, позже их стали применять для получения муки и в других промышленных целях.

История изобретения

Водяное колесо было изобретено людьми еще в древние времена, благодаря чему человек получил надежный и простой двигатель, применение которого с каждым годом все расширялось. Еще в первом столетии до нашей эры римский ученый Витрувий описал такую конструкцию в своем трактате «10 книг об архитектуре». Действие ее было основано на вращении колеса от воздействия потока воды на его лопасти. И первым практическим применением этого открытия стала возможность перемалывания зерен.

История мельниц ведет свое начало от первых жерновов, которые использовали древние люди для получения муки. Такие устройства были вначале ручными, затем стали использовать физическую силу рабов или животных, которые вращали мукомольное колесо.

История водяной мельницы началась с использования конструкции колеса, двигающегося от силы речного потока, для осуществления процесса перемалывания зерна в муку, а основанием для этого послужило создание первого двигателя. Древние машины произошли от поливальных устройств, называемых чадуфонами, которые применялись для поднятия воды из реки для орошения земли и полей. Такие устройства представляли собой несколько черпаков, насаженных на обод: при вращении они погружались в воду, зачерпывали ее, а после поднятия вверх опрокидывали в желоб.

Устройство древних мельниц

Со временем люди стали строить водяные мельницы и использовать силу воды для получения муки. Причем на равнинных территориях при низкой скорости течения рек для увеличения напора устраивали запруды, обеспечивая тем самым повышение уровня воды. Для передачи движения к устройству мельницы были изобретены двигатели с зубчатой передачей, которые делались из двух колес, соприкасающихся ободами.

Используя систему из колес различного диаметра, у которых оси вращения были параллельными, древние изобретатели смогли осуществить передачу и преобразование движения, которое можно было направить на пользу людям. Причем большее колесо должно совершить меньшее количество оборотов во столько раз, во сколько его диаметр превышает второе, малое. Первые колесные зубчатые системы стали применять еще 2 тыс. лет назад. С тех пор изобретатели и механики смогли придумать множество вариантов зубчатых передач, использующих уже не только 2, но и большее количество колес.

Устройство водяной мельницы античной эпохи, описанное Витрувием, содержало 3 основных части:

1. Двигатель, состоящий из вертикального колеса, имеющего лопатки, которые вращаются водой.
2. Передаточный механизм — второе вертикальное колесо с зубцами (трансмиссия), которое вращает третье горизонтальное, называемое шестерней.
3. Исполнительный механизм, состоящий из двух жерновов: верхний приводится в движение шестерней и насажен на ее вертикальный вал. Зерно для получения муки засыпалось в ковш-воронку, расположенную над верхним жерновом.

Водяные колеса устанавливали в нескольких положениях по отношению к потоку воды: нижнебойные — на реках с большой скоростью течения. Самыми распространенными были «висячие» конструкции, устанавливаемые на свободном течении, погруженные в воду нижними лопастями. Впоследствии стали использовать среднебойные и верхнебойные виды водяных колес.

Максимально возможный коэффициент полезного действия (КПД = 75%) давала работа верхнебойных или наливных видов, что широко применялось при устройстве «байдачных» плавучих мельниц, которые курсировали на больших реках: Днепре, Куре и др.

Значение открытия водяной мельницы состояло в том, что был изобретен первый античный механизм, который в дальнейшем мог быть использован для промышленного производства, что стало важным этапом в истории развития техники.

Средневековые гидроконструкции

Первые водяные мельницы в Европе, согласно историческим данным, появились в эпоху правления Карла Великого (340 г. н. э.) в Германии и были заимствованы у римлян. Одновременно были построены такие механизмы и на реках Франции, где к концу 11 в. уже насчитывалось около 20 тыс. мельниц. В это же время в Англии уже насчитывалось их более 5,5 тыс.

Водяные мельницы в Средневековье были широко распространены на всей территории Европы, использовались они для переработки сельскохозяйственной продукции (мукомольные, маслобойные, сукновальные), для подъема воды из шахты и в металлургическом производстве. К концу 16 в. их насчитывалось уже 300 тыс., а в 18 в. — 500 тыс. Одновременно происходило их техническое усовершенствование и увеличение роста мощности (с 600 до 2220 лошадиных сил).

Знаменитый художник и изобретатель Леонардо да Винчи в своих заметках также пытался придумать новые способы использования энергии и силы воды с помощью колес. Он предложил, например, конструкцию вертикальной пилы, которую приводил в движение поток воды, подающийся на колесо, т. е. процесс становился автоматизированным. Также Леонардо сделал чертежи нескольких вариантов использования гидроконструкций: фонтаны, способы осушения болот и т. д.

Ярким примером гидросиловой установки стал механизм подачи воды для устройства фонтанов и водоснабжения дворцов в Версале, Трианоне и Марли (Франция), для чего была специально возведена плотина на р. Сене. Из устроенного водохранилища вода под напором поступала на 14 нижнебойных колес размером 12 м. Они осуществляли ее подъем с помощью 221 насоса на высоту 162 м к акведуку, из которого она поступала во дворцы и фонтаны. Ежесуточно объем подаваемой воды составлял 5 тыс. м^3.

Как работает водяная мельница

Конструкция такой мельницы оставалась неизменной на протяжении многих веков. Основным материалом для постройки служило дерево, из которого складывали амбар, делали колеса и валы. Металл использовался только в некоторых деталях: оси, крепежные части, скобы. Изредка амбар возводили из камня.

Виды мельниц, которые использовали энергию воды:

1. Мутовчатые — строились на горных реках с быстрым течением. По конструкции они похожи на современные турбины: на вертикальном колесе делали лопасти под углом к основанию, при падении потока воды происходило вращение, от которого шло движение жернова.
2. Колесные, в которых вращалось само «водяное» колесо. Строились двух типов — с нижним и верхним боем.

На мельницу с верхним боем вода поступала от запруды, далее по желобу направлялась на колесо с кюветами, которое вращалось под его тяжестью. При использовании нижнего боя используется конструкция с лопастями, которые приводятся в движение при погружении в водный поток. Для повышения эффективности работы часто использовали плотину, перегораживающую только часть реки, называемую буном.

На рисунке ниже изображено устройство типичной деревянной водяной мельницы: вращательное движение идет от нижнего привода (колеса) [6], вверху расположен ковш (бункер) [1] для зерна и желоба [2], подающие его на жернова [3]. Полученная мука попала в лоток [4], а затем высыпалась в ларь или мешок [5].

Регулировка подачи зерна осуществлялась дозатором, специальным ящиком с отверстием, который влиял на крупность помола муки. После получения ее необходимо было просеять через специальное сито, установленное над ларем, которое совершало колебание при помощи небольшого механизма.

Некоторые водяные мельницы использовались не только для перемола зерна, но и для обдирания проса, гречихи или овса, из которых делалась крупа. Такие машины называли крупорушками. Предприимчивые хозяева использовали мельничные конструкции для толчения кудели, для валяния домотканого сукна, для чесания шерсти и т. д.

Строительство мельниц на Руси

В древнерусских летописях упоминание о водяных колесах и мельницах встречается с 9 в. Вначале они использовались исключительно для размалывания зерна, за что и были прозваны «мучными» и «хлебными». В 1375 г. князь Подольский Корпатович даровал грамотой Доминиканскому монастырю право на постройку хлебной мельницы. А в 1389 г. жене князя Дмитрия Донского такое сооружение отошло по завещанию.

В Великом Новгороде упоминание в берестяной грамоте о постройке мельницы датировано 14 в. Псковские летописи 16 в. рассказывают о строительстве такой конструкции на реке Волхов, к чему привлекли все местное население. Была устроена плотина, перекрывшая часть реки, однако она разрушилась из-за сильного паводка.

На равнинной местности водяные мельницы в России строились с наливным верхнебойным колесом. В 14-15 вв. стали появляться мутовчатые устройства, в которых колесо было расположено горизонтально на вертикальном валу.

Строили такие конструкции мастера-самоучки без каких-либо чертежей и схем. Причем они не только копировали уже возведенные сооружения, но каждый раз добавляли свои нововведения в их устройство. Еще во времена Петра Первого в Россию стали приезжать мастера из европейских стран, которые показывали свои навыки и знания в этой области.

Один из соратников Петра, известный инженер Вильям Генин, построивший на Урале 12 больших заводов, смог обеспечить их работу от гидросиловых установок. В последующем энергию воды повсеместно использовали специалисты при строительстве горнорудных и металлообрабатывающих предприятий по всей России.

В начале 18 века по всей территории действовало около 3 тыс. мануфактур, которые использовали гидроустановки для функционирования производства. Это были металлургические, лесопильные, бумажные, ткацкие и другие предприятия.

Самый знаменитый и уникальный комплекс для обеспечения энергией горнометаллургического комбината был построен в 1787 г. инженером К. Д. Фроловым на Змеиногорском руднике, который не имел аналогов в мире. Он включал плотину, водозаборные сооружения, от которых вода по подземным штольням проходила в открытый канал (535 м длиной) до мельницы, где вращалось колесо лесопильной конструкции. Далее вода поступала через следующий подземный канал к гидроколесу машины по подъему руды из шахты, далее — к третьему и четвертому. В конце она вытекала через штольню длиной более 1 км обратно в реку ниже плотины, общий путь ее составлял более 2 км, диаметр самого большого колеса — 17 м. Все сооружения были построены из местных материалов: глины, дерева, камня и железа. Комплекс успешно проработал более 100 лет, но до наших дней сохранилась только плотина Змеиногорского рудника.

Исследования в области гидравлики проводил также знаменитый ученый М. В. Ломоносов, который воплотил свои научные мысли на практике, участвуя в создании предприятия цветного стекла на основе работы гидроустановки с тремя колесами. Труды еще двух российских академиков — Д. Бернулли и Л. Эйлера — приобрели мировое значение в использовании законов гидродинамики и гидротехники и заложили теоретическую основу этих наук.

Использование энергии воды на Востоке

Применение водяных колес в Китае было впервые подробно описано в книге Сунн Инсина в 1637 г. В ней рассказывается подробно об использовании их для металлургического производства. Китайские конструкции были обычно горизонтальными, однако их мощность была достаточно высокой для производства муки и металла.

Использование энергии воды было впервые начато еще в 30-е гг. н. э., после изобретения китайским чиновником возвратно-поступательного механизма на основе водяных колес.

В Древнем Китае было построено несколько сотен мельниц, располагавшихся вдоль рек, однако в 10 в. правительство стало запрещать их из-за препятствования речному судоходству. Строительство мельниц постепенно расширялось и в соседних странах: Японии и Индии, на Тибете.

Колеса для подачи воды в странах ислама

Страны Востока, в которых люди исповедуют исламскую религию, являются в большинстве своем территорией с очень жарким климатом. С древних времен регулярное водоснабжение имело очень важное значение. Строились акведуки для подачи воды в города, а для поднятия ее из реки строили мельницы, которые называли «нориями».

По данным историков, первые такие сооружения возводились еще 5 тыс. лет назад на территории Сирии и других стран. На реке Оронт, одной из самых полноводных в стране, строительство норий было широко распространено в виде огромных колес водяных мельниц, которые многочисленными лопастями черпали воду и подавали ее на акведук.

Ярким примером такого сооружения являются сохранившиеся до наших времен нории города Хама, строительство которых датируется 13 в. Они продолжают работать и до настоящего времени, являясь одновременно украшением и достопримечательностью города.

Использование гидроэнергии в различных производствах

Кроме получения муки, область применения водяных мельниц распространялась на такие виды производств:

• для мелиорации и обеспечения водой посевов на полях;
• лесопильное, в котором энергия воды использовалась для обработки древесины;
• металлургия и обработка металла;
• в горных производствах для обработки камней или другой породы;
• в ткацкой и шерстяной мануфактурах;
• для подъема воды из шахты и др.

Один из самых древних примеров использования силы воды — лесопильная мельница в Хиераполисе (Турция), механизмы ее были обнаружены во время раскопок и датированы 6 в. н. э.

В некоторых европейских странах археологами были обнаружены остатки старых мельниц эпохи Древнего Рима, которые использовали для дробления кварца с содержанием золота, добываемого в шахтах.

Самый большой комплекс, использующий силу воды, был построен, по историческим данным, в 1 в. на юге Франции под названием Barbegal, в котором было установлено 16 водяных колес, снабжавших энергией 16 мукомольных мельниц, обеспечивая, таким образом, хлебом близлежащий город Алерт. Ежесуточно здесь производилось 4,5 т муки.

Аналогичный мельничный комплекс на холме Яникул снабжал в 3 в. город Рим, что было оценено императором Аврелианом.

Создание водяной конструкции своими руками

Такой архитектурный элемент, как водяное колесо, приобрел популярность наравне с бассейнами, каскадами или фонтанчиками. Конечно, подобные сооружения выполняют скорее декоративную, нежели практическую функцию. Построить водяную мельницу своими руками сможет каждый хозяин, имеющий навыки работы с деревянными деталями.

Размер колеса рекомендуется выбирать минимум 1,5 м, но не более 10 м, что зависит от площади участка. Мельничный домик также выбирается по его будущему предназначению: строение для хранения инвентаря, игровая зона для детей, украшение территории.

Изготовление деталей:

• в качестве основы для водяного колеса можно взять велосипедное или сбитое из дерева, к которому крепятся лопасти; в центре его должна быть труба, вокруг которое происходит вращение;
• готовое изделие крепится на подшипники на 2 опоры, которые изготавливают их дубового бруса, металлического уголка, кирпича;
• к верхней части колеса должен подходить желоб, по которому стекает вода на лопасти; ее подводят либо от шланга с насосом, либо она поступает после дождя;
• все детали для увеличения срока работы рекомендуется обработать: деревянные – покрыть лаком, металлические — краской от коррозии;
• для отведения воды прокладывают каналы в направлении грядок или к другой емкости;
• на завершающем этапе сооружение украшают декоративными элементами.

Устройство на загородном участке декоративной водяной мельницы станет прекрасным эстетическим дополнением к ландшафту.

Знаменитые исторические мельницы

Самая большая действующая водяная мельница «Леди Изабелла» расположена около деревни Лекси на острове Мэн в Ирландском море. Это сооружение было возведено в 1854 г. инженером-самоучкой Робертом Казементом в честь жены местного генерал-губернатора, а целью его строительства было откачка грунтовых вод из местной шахты по добыче природных ископаемых (цинка, свинца и др.).

Специально были проложены каналы, по ним вода из горных рек проходила через мост и подавалась для вращения колеса диаметром 22 м, которое до сих пор считается самым огромным в мире, благодаря чему пользуется успехом у туристов уже много лет.

Одна из оригинальных достопримечательностей Франции — водяная старая мельница, расположенная около г. Вернона (Франция). Ее уникальность в том, что она опирается на 2 опоры старинного каменного моста, который соединял когда-то берега Сены. Точная дата ее сооружения неизвестна, однако, по некоторым данным, она возводилась в период противостояния Ричарду Львиное Сердце и имела стратегическое значение. В 1883 г. ее увековечил знаменитый художник Клод Моне на одном из своих полотен.

Создание водяной мельницы является важным этапом в истории развития техники, ведь она считается первой конструкцией, которую можно было использовать в различных целях для переработки сельскохозяйственной и другой продукции, что стало первым шагом к машинному производству в мире.

Ветряная и водяная мельницы. Схемы, чертежи мельниц. — Альтернативная энергия — Каталог статей

Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись как семейные мельницы до начала ХХ в. и представляли собой ручные жернова из двух круглых в сечении камней из твердого кварцевого песчаника диаметром 40—60 см. Древнейшим типом мельниц считаются сооружения, где жернова вращались с помощью домашних животных. Последняя мельница такого типа прекратила свое существование в России в середине ХIХ в.

Энергию падающей на колесо с лопастями воды россияне научились использовать в начале второго тысячелетия. Водяные мельницы всегда были окружены ореолом таинственности, овеяны поэтическими легендами, сказаниями и суевериями. Мельницы-колесухи с омутом и водоворотом сами по себе небезопасные конструкции, что отражено в русской пословице: «Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет».

Письменные и графические источники свидетельствуют о широком распространении в средней полосе и на Севере ветряных мельниц. Нередко крупные села были окружены кольцом в 20—30 мельниц, стоявших на высоких, открытых ветрам местах. Ветряные мельницы за сутки размалывали на жерновах от 100 до 400 пудов зерна. В них имелись также ступы (крупорушки) для получения крупы. Для того чтобы мельницы работали, их крылья надо было поворачивать под менявший направление ветер — это обусловило сочетание в каждой мельнице неподвижной и подвижной частей.

Русскими плотниками создано много разнообразных и остроумных вариантов мельниц. Уже в наше время зафиксировано более двадцати разновидностей их конструктивных решений. Из них можно выделить два принципиальных типа мельниц: «столбовки»
     
     

     Мельницы столбовки:
     а — на столбах; б — на клети; в — на раме.
     
      и «шатровки ». Первые были распространены на Севере, вторые — в средней полосе и Поволжье. Оба названия отражают также принцип их устройства.
     В первом типе мельничный амбар вращался на врытом в землю столбе. Опорой служили либо дополнительные столбы, либо пирамидальная бревенчатая клеть, рубленная «в реж», либо рама.
     Принцип мельниц-шатровок был иной
     
     

     Мельницы шатровки:
     а — на усечённом восьмирике; б — на прямом восьмерике; в — восьмерик на амбаре.
     
      — нижняя их часть в виде усеченного восьмигранного сруба была неподвижной, а меньшая по размеру верхняя часть вращалась под ветер. И этот тип в разных районах имел немало вариантов, в том числе мельницы-башни — четвериковые, шестериковые и восьмериковые.

     Все типы и варианты мельниц поражают точным конструктивным расчетом и логикой врубок, выдерживавших ветры большой силы. Народные зодчие уделяли также внимание внешнему облику этих единственных вертикальных хозяйственных сооружений, силуэт которых играл немалую роль в ансамбле селений. Это выражалось и в совершенстве пропорций, и в изяществе плотницких работ, и в резьбе на столбах и балконах.

Водяные мельницы

       

Схема ветряной мельницы
 

Мельница на ослиной тяге

Мельничный постав

 

Самая существенная часть мукомольной мельницы —мельничный постав или снасть — состоит из двух жерновов: верхнего, или бегуна, А и — нижнего, или нижняка, В. Жернова представляют каменные круги значительной толщины, имеющие в средине сквозное отверстие, называемое очком, а на мелющей поверхности т. н. насечку (см. ниже). Нижний жернов лежит неподвижно; его очко плотно закрыто деревянною втулкою, кружловиною g, сквозь отверстие в центре которой проходитъ веретено С; на вершине последнего насажен бегун посредством железного стержня CC, укрепленного концами в горизонтальном положении в очке бегуна и называемаго параплицею, или порхлицею. В средине параплицы (и, следовательно, в центре жернова) с нижней ее стороны проделано пирамидальное или коническое углубление, в которое и входитъ соответственно заостренный верхний конец веретена С. При таком соединении бегуна с веретеном, первый вращается при вращении последнего и, в случае надобности, легко снимается с веретена. Нижний конец веретена вставлен шипом в подшипник, укрепленный на балке D. Последнюю можно поднимать и опускать и таким образом увеличивать и уменьшать раcстояние между жерновами. Веретено С вращается помощью т. н. цевочной шестерни Е; это — два диска, надетые на веретено в небольшом расстоянии друг от друга и скрепленные между собою, по окружности, вертикальными палочками. Цевочная шестерня вращается помощью лобового колеса F, имеющего на правой стороне своего обода зубья, захватывающие за палочки цевочной шестерни и таким образом вращающие ее вместе с веретеном. На ось Z надето крыло, которое и приводится в движение ветром; или, в водяной мельнице, — водяное колесо, приводимое в движение водою. Зерно вводится через ковш а и очко бегуна в промежуток между жерновами. Ковш состоит из воронки а и корытца b, подвешенного под очком бегуна. Размол зерна происходит в промежутке между верхнею поверхностью нижняка и нижнею бегуна. Оба жернова одеты кожухомъ N, который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающихъ зерен) от центра нижняка к окружности, падают с нижняка и идут, по наклонному желобу, в пеклевальныйрукав R—для просеивания. Рукав Е сделан из шерстяной или шелковой ситяной ткани и помещен в закрытом ящике Q, из которого выставляется его нижележащий конец. Сначала просеивается тонкая мука и падает в задней части ящика; более грубая высевается в конце рукава; отруби задерживаются на ситке S, а самая грубая мука собирается в ящик T.

Жернова

 

 

Поверхность жёрнова разделена глубокими желобами, называемыми бороздами, на отдельные плоские участки, называемые мелющими поверхностями. От борозд, расширяясь, отходят более мелкие желобки, называемые оперением. Борозды и плоские поверхности распределяются в виде повторяющегося рисунка, называемого гармошкой. У типичного мукомольного жёрнова имеется шесть, восемь или десять таких гармошек. Система желобов и желобков, во-первых, образует режущую кромку, а во-вторых, обеспечивает постепенное ссыпание готовой муки из-под жерновов. При постоянном использовании жернова́ требуют своевременного подтачивания, то есть подравнивание краев всех желобов для поддерживания остроты режущей кромки.

 

Жернова используются парно. Нижний жёрнов устанавливается стационарно. Верхний жёрнов, он же бегун, — подвижный, и именно он производит непосредственное перемалывание. Подвижный жернов приводится в движение крестообразным металлическим «штифтом», установленным на головке главного стержня или ведущего вала, вращающегося под действием основного механизма мельницы (использующего энергию ветра или воды). Рельефный рисунок повторяется на каждом из двух жерновов, таким образом обеспечивая эффект «ножниц» при размалывании зерен.

Жернова должны быть одинаково сбалансированными. Правильное взаимное расположение камней критически важно для обеспечения помола муки высокого качества.

Лучшим материалом для жерновов служит особенная каменная порода —  вязкий, твердый и неспособный полироваться песчаник, называемый жерновым камнем. Так как каменные породы, в которых все эти свойства развиты достаточно и при том равномерно, встречаются редко, то хорошие жернова весьма дороги.

На трущихся поверхностяхъ жернов делают насечку, т. е. пробивают ряд углубленных бороздок, и промежутки между этими бороздками приводят в грубо-шероховатое состояние. Зерно попадает во время размола между бороздками верхнего и нижнего жернов и разрывается и разрезывается острыми режущими краями бороздок насечки на более или менее крупные частицы, которые размалываются окончательно по выходе из бороздок.

Бороздки насечки служат также какъ бы путями, по которым размалываемое зерно подвигается от очка к окружности и сходить с жернова. Так как жернова, даже из лучшего материала, стираются, то насечка должна быть возобновляема время от времени.

 

 

Описание конструкций и принципа действия мельниц

 

 

Столбовками мельницы названы за то, что их амбар покоится на столбе, вкопанном в землю и обложенном снаружи срубом-ряжем. В нем заделаны балки, удерживающие столб от смещения по вертикали. Конечно, амбар покоится не только на столбе, но на срубе-ряже (от слова режь, бревна, врубленные не плотно, а с прозорами). Поверх такого ряжа делается ровное круглое кольцо из пластин или досок. На него и опирается нижняя рама собственно мельницы.

Ряжи у столбовок могут быть разной формы и высоты, но не выше 4 метров. Они с земли могут подниматься сразу в виде четырехгранной пирамиды или сначала вертикально, а с какой-то высоты переходить в усеченную пирамиду. Встречались, правда очень редко, мельницы на невысокой раме.

Основание шатровок тоже может быть по форме и конструкциям различным. Например, пирамида может начаться с уровня земли, а конструкция быть не срубной, а каркасной. Пирамида может опираться на срубный четверик, а к нему могут быть пристроены подсобные помещения, тамбур, помещение для мельника и т.д.

Главное в мельницах их механизмы. В шатровках внутреннее пространство разделено перекрытиями на несколько ярусов. Сообщение с ними идет по крутым лестницам чердачного типа через люки, оставленные в перекрытиях. Части механизма могут располагаться на всех ярусах. А их может быть от четырех до пяти. Стержнем шатровки служит могучий вертикальный вал, пронизывающий мельницу насквозь до «шапки». Он опирается через металлический подпятник, закрепленный в балке, которая лежит на брусчатой раме. Балка с помощью клиньев может перемещаться в разные стороны. Это позволяет придать валу строго вертикальное положение. Тоже самое можно проделать и при помощи верхнего бруса, где штырь вала заделан в металлическую петлю.

 

В нижнем ярусе на вал надета большая шестерня с кулачками-зубьями, закрепленными по наружному контуру круглой основы шестерни. При работе движение большой шестерни, умноженное в несколько раз, передается на малую шестерню или цевку другого вертикального, уже металлического обычно вала. Этот вал прошивает неподвижный нижний жернов и упирается в металлическую планку, на которой через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова одеты деревянным кожухом с боков и сверху. Жернова устанавливаются на втором ярусе мельницы. Балка в первом ярусе, на которую опирается малый вертикальный вал с малой шестерней, подвешена на металлическом нарезном штыре и с помощью нарезной же шайбы с рукоятками может быть слегка поднята или опущена. С нею поднимается или опускается верхний жернов. Так регулируется тонкость помола зерна.

От кожуха жерновов вниз наклонно пропущен глухой дощатый желоб с доской задвижкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой.

Рядом с блоком жерновов устанавливается кран-укосина с металлическими дугами-захватами. С его помощью жернова могут сниматься со своих мест для отковки.

Над кожухом жерновов с третьего яруса спускается жестко закрепленный к перекрытию подающий зерно бункер. Он имеет задвижку, с помощью которой можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму опрокинутой усеченной пирамиды. Снизу к нему подвешен качающийся лоток. Он для пружинистости имеет можжевеловую планку и штырь, опущенный в отверстие верхнего жернова. В отверстии эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо может быть и с двумя-тремя косыми перьями. Тогда устанавливается симметрично. Штырь с кольцом называются обечайкой. Пробегая по внутренней поверхности кольца, штырь все время меняет положение и раскачивает косо подвешенный лоток. Это движение ссыпает зерно в зевло жернова. Оттуда оно попадает в зазор между камнями, размалывается в муку, та поступает в кожух, из него в закрытый лоток и мешок.

Зерно засыпается в бункер, врезанный в пол третьего яруса. Мешки с зерном подаются сюда с помощью во’рота и веревки с крюком. Ворот может подключаться и отключаться от шкива, насаженного на вертикальный вал. Делается это снизу с помощью веревки и рычага. В досках перекрытия прорезан люк, перекрытый наклонно поставленными двухпольными створками. Мешки, проходя через люк, открывают створки, которые потом произвольно захлопываются. Мельник отключает ворот, и мешок оказывается на крышках люка. Операция повторяется.

В последнем ярусе, находящемся в «шапке», на вертикальном валу установлена и закреплена другая, малая шестерня со скошенными кулачками-зубьями. Она заставляет вращаться вертикальный вал и запускает весь механизм. Но ее заставляет работать большая шестерня на «горизонтальном» валу. Слово в кавычки заключено потому, что фактически вал лежит с некоторым уклоном внутреннего конца вниз. Штырем этого конца он заключен в металлическом башмаке деревянной рамы, основы шапки. Приподнятый конец вала, выходящий наружу, спокойно лежит на камне-«подшипнике», слегка скругленном сверху. На валу в этом месте врезаны металлические пластины, предохраняющие вал от быстрого стирания.

В наружную головку вала врезаются два взаимно перпендикулярных бруса-кронштейна, к которым крепятся хомутами и болтами другие балки — основа решетчатых крыльев. Крылья могут принимать ветер и вращать вал лишь тогда, когда на них будет расправлена парусина, обычно свернутая в жгуты в покойное, не рабочее время. Поверхность крыльев будет зависеть от силы и скорости ветра.

Шестерня «горизонтального» вала снабжена зубьями, врезанными в боковую сторону круга. Сверху ее обнимает тормозная деревянная колодка, которая с помощью рычага может быть освобождена или сильно затянута. Резкое торможение при сильном и порывистом ветре вызовет высокую температуру при трении дерева о дерево, и даже тление. Этого лучше избегать.

До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами — «водило».

Вокруг мельницы вкапывали небольшие столбики количеством не менее 8 штук. К ним «водило» и крепилось цепью или толстой веревкой. Силою 4-5 человек, даже если верхнее кольцо шатра и части рамы хорошо смазаны солидолом или чем-то подобным (ранее смазывали свиным салом), провернуть «шапку» мельницы очень трудно, почти невозможно. «Лошадиная сила» тут тоже не годится. Поэтому пользовались небольшим переносным воротом, который попеременно одевали на столбики его трапециевидной рамой, служившей основанием всей конструкции.

Блок жерновов с кожухом со всеми частями и деталями, расположенными выше и ниже его, назывался одним словом — постав. Обычно небольшой и средней величины ветряки делались «об одном поставе». Большие ветряки могли строиться с двумя поставами. Были ветряные мельницы и с «толчеями», на которых отжималось льняное или конопляное семя для получения соответственного масла. Отходы — жмых, — тоже использовали в домашнем хозяйстве. «Пильные» ветряки как будто не встречались.

 

Ссылки по теме:
Мукомольное производство
Чертеж мельницы
Windmill
Как устроена мельница

 

Водяная мельница не забыта

Из пруда по дощатому желобу стремительно несется поток воды. Срываясь и с шумом падая па колесо, вода приводит его в движение. А за стеной, в бревенчатом амбаре, неустанно трудится проворный жернов, растирая зерна в белую, теплую, душистую муку.

Это работает водяная мельница. За века русские мастера создали их тысячи и тысячи. Строителей водяных мельниц в старину у нас называли «водязые люди». Это были даровитые мастера-самоучки. Многие из них не знали грамоты, но обладали тонким инженерным чутьем, талантом механиков-изобретателей.

По мере развития промышленности водяное колесо стали применять не только для переработки зерна, но и в других сооружениях, которые также назывались мельницами. Так именовались железоделательные, лесопильные, бумагоделательные, текстильные и ряд других предприятий. Они появились позже мукомольной мельницы, которая была, безусловно, одним из первых технических устройств, жизненно необходимых для человека.

В России промышленные предприятия с водяным колесом распространялись довольно бурно. В XVI веке в районе реки Вычегды (на реке Лахоме) действовала железоплавильня с водяным колесом. Оно приводило в движенне молот для ковки железа — «самоков».

В 60-х годах XVI века в Ивантеевке под Москвой водяное колесо приводило в действие машины для выделки бумаги. В 1665 году на Яузе стояли мельницы, которые толкли порох. Фабрика у села Преображенского вырабатывала полотно. В царском имении Измайлово, кроме других разных мельниц, появилась стекольная. В петровское время и позже, с развитием металлургии, машиностроения и других производств, множество водяных мельниц возникало по обеим сторонам Уральского «каменного пояса» и в Сибири.

Порой мельницы стояли так близко, что мешали друг другу работать, из-за этого у хозяев возникали даже споры и тяжбы. На старых географических картах мельницы показывали поперечными черточками и многие реки были сплошь испещрены значками. Вот, например, речушка Мияка в Башкирии. На ней в начале нашего века трудилось двенадцать мельниц, а длина этой водяной ленточки — 25 километров. Получается, каждая сидела через два километра. Мияка впадала в реку Дему, где при устье шумела большая мукомольня, оснащенная многими вспомогательными машинами. Как было не считать водяные мельницы тысячами, когда человек осваивал так энергично любую малую речку.

Мы вкратце познакомились с историей водяных мельниц. Чтобы получить о них более полное представление, небезынтересно узнать об их устройстве. Конструкция за многие века особенно не изменилась, ее основные механические элементы остались незыблемы. Мы будем рассматривать деревенские мельницы позапрошлого, XIX века.

Основным материалом для постройки служила древесина. Из нее строили и амбар, и колеса, и валы, и всю прочую снасть. Следует оговориться, что амбары встречались и каменные, но очень редко. Металлическими были лишь некоторые части: оси, скобы и крепежные детали.

По устройству водяные мельницы разделяются на мутовчатые (мутовки) и колесные. Мутовчатые мельницы представляли собой прообраз современной турбины. В них на вертикальной оси имелись лопасти, расположенные под углом. Поток воды, падая на лопасти, заставлял ось с насаженным на нее жерновом вращаться. Такие мельницы обычно ставили на горных реках с сильным потоком воды. Строили их и с плотинами. Это были одни из первых примитивных мельниц.

В колесных мельницах вращается колесо, названное мастерами «водяным». Колесные мельницы бывают двух основных типов: верхнего и нижнего боя. При верхнем бое река запруживается. Поток воды направляется по желобу из пруда, падает на колесо, имеющее по окружности корытца-кюветы, и своей тяжестью вращает его. На реке с высокими перепадами, а также в горах обходятся без плотины.

Водяная мельница. 1 — желоб; 2 — водяное колесо; 3 — сухое колесо; 4 — цевочное колесо; 5 — полок; 6 — кожух жерновов; 7 — жернова; 8 — желоб для муки; 9 — трясун-дозатор.

При нижнем бое реку не запруживают. Водяному колесу вместо кювет даны лопасти. Они погружены в воду и приводятся в движение течением реки. Ставить такие мельницы старались на реках с быстрым течением. Для того чтобы мельницы работали более эффективно, иногда сооружали особую плотину, так называемый бун. Им перегораживали только часть реки. В сужении поток приобретал большую скорость, и колеса крутились быстрее. Бун сооружали на больших реках, где полную плотину сделать трудно, да и она не требовалась. Так строили мельницы на Волхове, Двине и других широких реках. Мельницы нижнего боя бывали и плавучими. Их буксировали по реке, меняя место работы. Ходили они по большим рекам — Двине, Днепру и их притокам.

Устройство колесных мельниц всех типов во многом одинаково. Из бревен рубили амбар, крытый соломенной или тесовой крышей. Жестью крыли редко: от нее летом жарко, а зимой холодно. Ведь потолка-то у помещения нет, здание без отопления, холодное.

В половине амбара, примерно на высоте плеч, настелен массивный полок. На нем помещаются жернова. Их два. Нижний — лежак и верхний над ним вращающийся — бегун. В середине его есть отверстие (глазок). Жернова огорожены кожухом.

Над жерновами установлен ковш-бункер, куда засыпают зерно. Для регулирования подачи зерна на жернова бункер снабжен трясуном-дозатором. Это неглубокий качающийся ящичек, подвешенный к бункеру снизу. В лицевой стенке ящичка сделано отверстие для прохода зерна.

Зерна из бункера сыплются в трясун, он, покачиваясь, бросает порции в глазок жернова. Зерна попадают между жерновов в размалываются. Крупность помола зависит от подачи зерен на жернова. Много подавать — мука выйдет крупной, мало — ее можно перемолоть, «сжечь». Мука выбрасывается через проем обечайки в желоб и по нему стекает в ларь.

Крупность размола регулируется не только наклоном дозатора, но и подъемом жернова-бегуна. Ведь верхний жернов к нижнему не примыкает вплотную. Если бы он давил своим весом на нижний, то мог сдвинуться только величайшей силой. Бегун над лежаком находится в подвешенном положении. Между ними имеется зазор. Он регулируется подъемом и опусканием вертикальной оси, на которой сидит бегун. Мельник, прощупывая муку, устанавливает зазор между камнями.

Как видим, дозатор служит важным элементом регулирования размола. Вероятно, в древних мельницах он не применялся. До него додумались и пристроили позже. Но когда — установить трудно.

Если трясун-дозатор из наклонного положения установить в горизонтальное, то зерна из него сыпаться не будут. Он окажется запертым. Запирают дозатор при разграничении помолов. Первый хозяин домалывает. Бегун выдает остатки его муки. Следующий помолец уже засыпает в бункер свое зерно. Но оно на жернов не идет. Как только выгреб из ларя свою муку Иван, можно наклонять дозатор и пускать помол Петра. А пока жернова работают вхолостую.

Крутится жернов от водяного колеса посредством деревянной зубчатой (цевочной) передачи. Ее колеса размещены внизу, под настилом жерновов. Водяное колесо с желобом вынесено наружу амбара. Так устроена мельница верхнего боя. При нижнем бое водяное колесо может находиться и внутри амбара. Но, как уже говорилось, мукомольное устройство у тех и других мельниц в основном одинаково.

В зависимости от водных запасов и силы реки мельницы бывают и двух поставов, то есть при одном амбаре имеется два водяных колеса и два мукомольных агрегата.

Рабочие поверхности обоих жерновов имеют бороздки. Они идут от центра к краям в виде радиальных кривых. Благодаря бороздкам и их краям — рифам зерно растирается в муку, и под действием центробежной силы она уходит в проем обечайки.

«Ковать» камень — насекать на нем канавкн — большое искусство. При помощи специального подъемника мельник поднимал бегун и перевертывал. Равномерными ударами лопатчатого молотка внимательно, не торопясь, делал ответственную работу. По мере сглаживания рифов ковку камня повторяли.

Жерновые камни должны быть особого свойства. От них требуется прочность, вязкость и пористость. Редко нужные каменоломни находились поблизости, и жернова приходилось везти за многие версты.

Как известно, в муке, которую только что смололи жернова, содержатся отруби. Это разорванная оболочка зерна. Для отделения отрубей муку просеивают. Чтобы освободить хозяйку от этих хлопот, на некоторых водяных мельницах мука тут же и просеивалась. Над мучным ларем пристраивали натянутое на раму наклонное сито. При помощи несложного механизма сито получало колебательные движения от главного вала. Мука из-под жерновов стекала на сито, просеивалась в шла в мучной ларь. Отруби сползали в отдельный ящик. Сита на мельницах были разные — редкие и частые. На редком сите отрубей выходило меньше, на частом — больше.

Схематическое устройство мельницы

Мельницы с механическим решетом-ситом появились давно. Еще в 1561 году в Соловецком монастыре была сооружена мельница, которая молола, просеивала муку и отделяла отруби. Позже этот опыт, может, и распространился, но водяные мельницы с просевным устройством встречались все-таки редко даже и в начале XX века.

Сорта муки, в зависимости от размола, назывались сеянка, крупчатка, вальцовка и другие. На водяных мельницах, где были сита, получали сеянку. Муку всех сортов вырабатывали только на совершенных паровых механических мельницах. Зерно там мололи не только жерновами, но пропускали и между рифлеными металлическими вальцами. Отсюда и пошло название муки — вальцовка. (Заметим, что на современных мукомольных комбинатах жернова не применяются. Их заменили разного рода мукомольные агрегаты.)

На некоторых водяных мельницах не только мололи зерно. Здесь работали и крупорушки. Их еще называли «рушалки». Эти машины обдирали просо, гречиху, овес и делали из них крупу. Снимали рушалки и лузгу с подсолнечных зерен, подготовляя их к выжимке масла.

В зернах, предназначенных для размола, попадались такие, на которых после обмолота оставалась рубашка. Для очистки от нее всю партию зерен пропускали через рушалку или другую машину — «обойку». Пленка с зерен сбивалась и уносилась вентилятором. Зерно при этой операции очищали и от других примесей: крупинок земли, налипшей грязи и прочего сора.

В начале XX века на больших водяных мельницах стали появляться новейшие машины для повышения кондиции зерна перед размолом. Кукольотборник, например, удалял из пшеницы зерна куколя, овсюготборннк — зерна дикого овса — овсюга.

Кроме пшеницы, ржи, ячменя, полбы, мололи и другие зерновые культуры: горох, рис, кукурузу, просо, крупу гречневую, овсяную, пшено, рожь на солод. Изобретательный хозяин приспосабливал в мельничном амбаре и толчею для толчения кудели, в сукновальню для валяния домотканого сукна, и чесальный барабан для шерсти.

Как останавливают мельницу? Прекращают подачу воды на водяное колесо. Это делается двумя способами. Первый — воду выпускают в люк, устроенный в дне желоба, идущего от пруда. Если крышку открыть, вода хлынет в пройму. Второй способ, когда хотят сохранить уровень пруда, желоб перекрывают задвижкой — как бы его запруживают.

К зданию мельницы пристроен просторный крытый сарай. В нем размещались возы и лошади помольцев. Небольшой мельничный двор окаймлен широким прудом и густой кущей деревьев — ивняка, ольхи, черемухи. А вблизи амбара, как часовые, стоят две-три высокие ветлы.

На дворе дом, кузница, плотницкая, баня, сарай для скотины, огород. Дом разделен на две половины. В одной проживает мельник с семьей, в другой помольная. Встречалась помольная и как отдельная изба. Крыльцо, наличники и карниз дома часто украшали замысловатой резьбой. Не обходили подобными нарядами и мельничный амбар.

Зимой в сильные морозы некоторые мельницы временно останавливались. Иногда над колесом делали укрытие-«тепляк» в виде соломенного шатра. Но это помогало мало. Оттого, что одни мельницы простаивали, на других бывало завозно. Приходилось ожидать не одни сутки, нужен был приют. В помольной избе во всю стену тянулись нары, застланные дерюгой или кошмой. На них отдыхали. Тут же стол, скамейки. Угол занимала объемистая русская печь с вмазанным в подтопок котлом. Помольцы могли приготовить нехитрую еду из муки, затируху, салму, картошку. При желании из пруда удавалось выудить и рыбешку на уху. К услугам почти всегда под парами ведерный самовар. На доброй печи можно обсушить валенки, портянки и другую одежду.

В помольной нередко скапливалось по пять — восемь человек. Это убежище служило местом общения крестьян, вроде маленького клуба. Люди делились новостями, беседовали о хозяйственных делах. А порой в долгие зимние вечера кто сказку или веселую небылицу расскажет. Бывает, вполголоса попоют вместе песню.

Строили мельницу без каких-либо чертежей. Вся техническая документация: расчеты, детали — содержалась у мастера в памяти. Конечно, он брал за образец уже имеющиеся мельницы, но приходилось порой кое-что менять или добавлять новое. Умение и мастерство, безусловно, требовалось огромное. Хотя и с образца, но не так просто сработать водяное колесо, распределить равномерно по окружности на шестернях места под зубья. И все это из дерева, основными инструментами служили топор, пила, долото, бурав, тесло, аршин. Циркулем — шнур или рейка, на конце с угольником. Так окружность и намечали. Мельнику помогал кузнец. Он ковал вспомогательные детали. Следует заметить, что промышленные водяные мельницы часто строили по чертежам и проектам («прожектам», как тогда называли). Об этом свидетельствует техническая литература XVII— XVIII и ХIХ веков.

Небольшую мукомольную мельницу три-четыре человека нередко ставили за один сезон. Запруду делали простейшими подручными средствами всей деревней. Вспахивали участок целины а из дерна выкладывали плотину. Пласт был плотный, как ремень, тянулся, не разрываясь, на несколько сажен. Укладывали его ровно, прочно. Для крепления применяли жерди, колья, связки из хвороста. Начав дружную работу с раннего утра, к вечеру реку останавливали. Благодарность за такую великую услугу полагалась только в виде обильного угощения, которое мельник выставлял крестьянам.

Некоторые плотины снабжали подъемным щитом-затвором. Он спасал от весеннего половодья. Без такого предохранительного устройства запруду весной прорывало, и ее приходилось возводить снова.

На больших реках плотину строили при помощи ряжей. Из дубовых бревен рубили срубы с крепким полом. Такие бревенчатые коробки — ряжи — заполняли камнями, бутом, валунами, и они опускались на дно реки. По мере погружения на сруб наращивали новые венцы и так вели до возвышения над водой. Угол ряжа ставили против течения реки. Об него раскалывались льдины во время ледохода.

Что касается производительности мельниц, то она зависела от размера камня и скорости его вращения. Жернова брали диаметром от 50 до 120 сантиметров. На маловодных речках ставился небольшой бегун, и вращался он в пределах 60 оборотов в минуту. Река помноговоднее могла крутить камень побольше, и совершал он до 150 оборотов. В зависимости от этого один постав размалывал от одного пуда (16 кг) до четырех пудов (64 кг) в час. Одна мельница обслуживала две-три деревни с общим населением тысяча человек. Заметим, что мука шла не только для людей, но и скоту.

В заключение хочется сказать вот о чем. Водяная мельница представляет собой один из ранних памятников человеческого знания. Она несет в себе и элементы техники и архитектуры, вписанные в живописное полотно природы. Добрая кормилица не загрязняла землю. Хрустальная водица, выйдя из пруда и покружив колесо, уходила дальше такой же прозрачной.

В настоящее время эти достопримечательности материальной культуры почти исчезли. Их в нашей стране остались единицы. Как рентабельные предприятия они свое время отжили. Водяные мельницы уходили из жизни трагично. Весной половодье прорывало плотину. Нередко ломало и мельницу. Пруд высыхал. Предприятие пустело. Восстанавливать его для помола не было смысла. Реставрировать и беречь как памятник? За это тоже никто не брался. Так подобные редкости и исчезали. Думается, что если целые мельницы где-то еще имеются, их надо сохранить, восстановить. Сейчас есть еще люди, знающие об их устройстве. Но не станет старожилов, очевидцев — некому будет и рассказать о водяных мельницах. Пусть их будет хотя бы по одной, по две в каждом регионе. Они стали бы интересными достопримечательностями, очагами знаний о технике и культуре прошлого.

Водяная мельница не забыта — Свое хозяйство * — Сборник — Познавательный Интернет-журнал «Умеха

Из пруда по дощатому желобу стремительно несется поток воды. Срываясь и с шумом падая па колесо, вода приводит его в движение. А за стеной, в бревенчатом амбаре, неустанно трудится проворный жернов, растирая зерна в белую, теплую, душистую муку.

Это работает водяная мельница. За века русские мастера создали их тысячи и тысячи. Строителей водяных мельниц в старину у нас называли «водязые люди». Это были даровитые мастера-самоучки. Многие из них не знали грамоты, но обладали тонким инженерным чутьем, талантом механиков-изобретателей.

По мере развития промышленности водяное колесо стали применять не только для переработки зерна, но и в других сооружениях, которые также назывались мельницами. Так именовались железоделательные, лесопильные, бумагоделательные, текстильные и ряд других предприятий. Они появились позже мукомольной мельницы, которая была, безусловно, одним из первых технических устройств, жизненно необходимых для человека.

В России промышленные предприятия с водяным колесом распространялись довольно бурно. В XVI веке в районе реки Вычегды (на реке Лахоме) действовала железоплавильня с водяным колесом. Оно приводило в движенне молот для ковки железа — «самоков».

В 60-х годах XVI века в Ивантеевке под Москвой водяное колесо приводило в действие машины для выделки бумаги. В 1665 году на Яузе стояли мельницы, которые толкли порох. Фабрика у села Преображенского вырабатывала полотно. В царском имении Измайлово, кроме других разных мельниц, появилась стекольная. В петровское время и позже, с развитием металлургии, машиностроения и других производств, множество водяных мельниц возникало по обеим сторонам Уральского «каменного пояса» и в Сибири.

Порой мельницы стояли так близко, что мешали друг другу работать, из-за этого у хозяев возникали даже споры и тяжбы. На старых географических картах мельницы показывали поперечными черточками и многие реки были сплошь испещрены значками. Вот, например, речушка Мияка в Башкирии. На ней в начале нашего века трудилось двенадцать мельниц, а длина этой водяной ленточки — 25 километров. Получается, каждая сидела через два километра. Мияка впадала в реку Дему, где при устье шумела большая мукомольня, оснащенная многими вспомогательными машинами. Как было не считать водяные мельницы тысячами, когда человек осваивал так энергично любую малую речку.

Мы вкратце познакомились с историей водяных мельниц. Чтобы получить о них более полное представление, небезынтересно узнать об их устройстве. Конструкция за многие века особенно не изменилась, ее основные механические элементы остались незыблемы. Мы будем рассматривать деревенские мельницы позапрошлого, XIX века.

Основным материалом для постройки служила древесина. Из нее строили и амбар, и колеса, и валы, и всю прочую снасть. Следует оговориться, что амбары встречались и каменные, но очень редко. Металлическими были лишь некоторые части: оси, скобы и крепежные детали.

По устройству водяные мельницы разделяются на мутовчатые (мутовки) и колесные. Мутовчатые мельницы представляли собой прообраз современной турбины. В них на вертикальной оси имелись лопасти, расположенные под углом. Поток воды, падая на лопасти, заставлял ось с насаженным на нее жерновом вращаться. Такие мельницы обычно ставили на горных реках с сильным потоком воды. Строили их и с плотинами. Это были одни из первых примитивных мельниц.

В колесных мельницах вращается колесо, названное мастерами «водяным». Колесные мельницы бывают двух основных типов: верхнего и нижнего боя. При верхнем бое река запруживается. Поток воды направляется по желобу из пруда, падает на колесо, имеющее по окружности корытца-кюветы, и своей тяжестью вращает его. На реке с высокими перепадами, а также в горах обходятся без плотины.

Водяная мельница. 1 — желоб; 2 — водяное колесо; 3 — сухое колесо; 4 — цевочное колесо; 5 — полок; 6 — кожух жерновов; 7 — жернова; 8 — желоб для муки; 9 — трясун-дозатор.

При нижнем бое реку не запруживают. Водяному колесу вместо кювет даны лопасти. Они погружены в воду и приводятся в движение течением реки. Ставить такие мельницы старались на реках с быстрым течением. Для того чтобы мельницы работали более эффективно, иногда сооружали особую плотину, так называемый бун. Им перегораживали только часть реки. В сужении поток приобретал большую скорость, и колеса крутились быстрее. Бун сооружали на больших реках, где полную плотину сделать трудно, да и она не требовалась. Так строили мельницы на Волхове, Двине и других широких реках. Мельницы нижнего боя бывали и плавучими. Их буксировали по реке, меняя место работы. Ходили они по большим рекам — Двине, Днепру и их притокам.

Устройство колесных мельниц всех типов во многом одинаково. Из бревен рубили амбар, крытый соломенной или тесовой крышей. Жестью крыли редко: от нее летом жарко, а зимой холодно. Ведь потолка-то у помещения нет, здание без отопления, холодное.

В половине амбара, примерно на высоте плеч, настелен массивный полок. На нем помещаются жернова. Их два. Нижний — лежак и верхний над ним вращающийся — бегун. В середине его есть отверстие (глазок). Жернова огорожены кожухом.

Над жерновами установлен ковш-бункер, куда засыпают зерно. Для регулирования подачи зерна на жернова бункер снабжен трясуном-дозатором. Это неглубокий качающийся ящичек, подвешенный к бункеру снизу. В лицевой стенке ящичка сделано отверстие для прохода зерна.

Зерна из бункера сыплются в трясун, он, покачиваясь, бросает порции в глазок жернова. Зерна попадают между жерновов в размалываются. Крупность помола зависит от подачи зерен на жернова. Много подавать — мука выйдет крупной, мало — ее можно перемолоть, «сжечь». Мука выбрасывается через проем обечайки в желоб и по нему стекает в ларь.

Крупность размола регулируется не только наклоном дозатора, но и подъемом жернова-бегуна. Ведь верхний жернов к нижнему не примыкает вплотную. Если бы он давил своим весом на нижний, то мог сдвинуться только величайшей силой. Бегун над лежаком находится в подвешенном положении. Между ними имеется зазор. Он регулируется подъемом и опусканием вертикальной оси, на которой сидит бегун. Мельник, прощупывая муку, устанавливает зазор между камнями.

Как видим, дозатор служит важным элементом регулирования размола. Вероятно, в древних мельницах он не применялся. До него додумались и пристроили позже. Но когда — установить трудно.

Если трясун-дозатор из наклонного положения установить в горизонтальное, то зерна из него сыпаться не будут. Он окажется запертым. Запирают дозатор при разграничении помолов. Первый хозяин домалывает. Бегун выдает остатки его муки. Следующий помолец уже засыпает в бункер свое зерно. Но оно на жернов не идет. Как только выгреб из ларя свою муку Иван, можно наклонять дозатор и пускать помол Петра. А пока жернова работают вхолостую.

Крутится жернов от водяного колеса посредством деревянной зубчатой (цевочной) передачи. Ее колеса размещены внизу, под настилом жерновов. Водяное колесо с желобом вынесено наружу амбара. Так устроена мельница верхнего боя. При нижнем бое водяное колесо может находиться и внутри амбара. Но, как уже говорилось, мукомольное устройство у тех и других мельниц в основном одинаково.

В зависимости от водных запасов и силы реки мельницы бывают и двух поставов, то есть при одном амбаре имеется два водяных колеса и два мукомольных агрегата.

Рабочие поверхности обоих жерновов имеют бороздки. Они идут от центра к краям в виде радиальных кривых. Благодаря бороздкам и их краям — рифам зерно растирается в муку, и под действием центробежной силы она уходит в проем обечайки.

«Ковать» камень — насекать на нем канавкн — большое искусство. При помощи специального подъемника мельник поднимал бегун и перевертывал. Равномерными ударами лопатчатого молотка внимательно, не торопясь, делал ответственную работу. По мере сглаживания рифов ковку камня повторяли.

Жерновые камни должны быть особого свойства. От них требуется прочность, вязкость и пористость. Редко нужные каменоломни находились поблизости, и жернова приходилось везти за многие версты.

Как известно, в муке, которую только что смололи жернова, содержатся отруби. Это разорванная оболочка зерна. Для отделения отрубей муку просеивают. Чтобы освободить хозяйку от этих хлопот, на некоторых водяных мельницах мука тут же и просеивалась. Над мучным ларем пристраивали натянутое на раму наклонное сито. При помощи несложного механизма сито получало колебательные движения от главного вала. Мука из-под жерновов стекала на сито, просеивалась в шла в мучной ларь. Отруби сползали в отдельный ящик. Сита на мельницах были разные — редкие и частые. На редком сите отрубей выходило меньше, на частом — больше.

Схематическое устройство мельницы

Мельницы с механическим решетом-ситом появились давно. Еще в 1561 году в Соловецком монастыре была сооружена мельница, которая молола, просеивала муку и отделяла отруби. Позже этот опыт, может, и распространился, но водяные мельницы с просевным устройством встречались все-таки редко даже и в начале XX века.

Сорта муки, в зависимости от размола, назывались сеянка, крупчатка, вальцовка и другие. На водяных мельницах, где были сита, получали сеянку. Муку всех сортов вырабатывали только на совершенных паровых механических мельницах. Зерно там мололи не только жерновами, но пропускали и между рифлеными металлическими вальцами. Отсюда и пошло название муки — вальцовка. (Заметим, что на современных мукомольных комбинатах жернова не применяются. Их заменили разного рода мукомольные агрегаты.)

На некоторых водяных мельницах не только мололи зерно. Здесь работали и крупорушки. Их еще называли «рушалки». Эти машины обдирали просо, гречиху, овес и делали из них крупу. Снимали рушалки и лузгу с подсолнечных зерен, подготовляя их к выжимке масла.

В зернах, предназначенных для размола, попадались такие, на которых после обмолота оставалась рубашка. Для очистки от нее всю партию зерен пропускали через рушалку или другую машину — «обойку». Пленка с зерен сбивалась и уносилась вентилятором. Зерно при этой операции очищали и от других примесей: крупинок земли, налипшей грязи и прочего сора.

В начале XX века на больших водяных мельницах стали появляться новейшие машины для повышения кондиции зерна перед размолом. Кукольотборник, например, удалял из пшеницы зерна куколя, овсюготборннк — зерна дикого овса — овсюга.

Кроме пшеницы, ржи, ячменя, полбы, мололи и другие зерновые культуры: горох, рис, кукурузу, просо, крупу гречневую, овсяную, пшено, рожь на солод. Изобретательный хозяин приспосабливал в мельничном амбаре и толчею для толчения кудели, в сукновальню для валяния домотканого сукна, и чесальный барабан для шерсти.

Как останавливают мельницу? Прекращают подачу воды на водяное колесо. Это делается двумя способами. Первый — воду выпускают в люк, устроенный в дне желоба, идущего от пруда. Если крышку открыть, вода хлынет в пройму. Второй способ, когда хотят сохранить уровень пруда, желоб перекрывают задвижкой — как бы его запруживают.

К зданию мельницы пристроен просторный крытый сарай. В нем размещались возы и лошади помольцев. Небольшой мельничный двор окаймлен широким прудом и густой кущей деревьев — ивняка, ольхи, черемухи. А вблизи амбара, как часовые, стоят две-три высокие ветлы.

На дворе дом, кузница, плотницкая, баня, сарай для скотины, огород. Дом разделен на две половины. В одной проживает мельник с семьей, в другой помольная. Встречалась помольная и как отдельная изба. Крыльцо, наличники и карниз дома часто украшали замысловатой резьбой. Не обходили подобными нарядами и мельничный амбар.

Зимой в сильные морозы некоторые мельницы временно останавливались. Иногда над колесом делали укрытие-«тепляк» в виде соломенного шатра. Но это помогало мало. Оттого, что одни мельницы простаивали, на других бывало завозно. Приходилось ожидать не одни сутки, нужен был приют. В помольной избе во всю стену тянулись нары, застланные дерюгой или кошмой. На них отдыхали. Тут же стол, скамейки. Угол занимала объемистая русская печь с вмазанным в подтопок котлом. Помольцы могли приготовить нехитрую еду из муки, затируху, салму, картошку. При желании из пруда удавалось выудить и рыбешку на уху. К услугам почти всегда под парами ведерный самовар. На доброй печи можно обсушить валенки, портянки и другую одежду.

В помольной нередко скапливалось по пять — восемь человек. Это убежище служило местом общения крестьян, вроде маленького клуба. Люди делились новостями, беседовали о хозяйственных делах. А порой в долгие зимние вечера кто сказку или веселую небылицу расскажет. Бывает, вполголоса попоют вместе песню.

Строили мельницу без каких-либо чертежей. Вся техническая документация: расчеты, детали — содержалась у мастера в памяти. Конечно, он брал за образец уже имеющиеся мельницы, но приходилось порой кое-что менять или добавлять новое. Умение и мастерство, безусловно, требовалось огромное. Хотя и с образца, но не так просто сработать водяное колесо, распределить равномерно по окружности на шестернях места под зубья. И все это из дерева, основными инструментами служили топор, пила, долото, бурав, тесло, аршин. Циркулем — шнур или рейка, на конце с угольником. Так окружность и намечали. Мельнику помогал кузнец. Он ковал вспомогательные детали. Следует заметить, что промышленные водяные мельницы часто строили по чертежам и проектам («прожектам», как тогда называли). Об этом свидетельствует техническая литература XVII— XVIII и ХIХ веков.

Небольшую мукомольную мельницу три-четыре человека нередко ставили за один сезон. Запруду делали простейшими подручными средствами всей деревней. Вспахивали участок целины а из дерна выкладывали плотину. Пласт был плотный, как ремень, тянулся, не разрываясь, на несколько сажен. Укладывали его ровно, прочно. Для крепления применяли жерди, колья, связки из хвороста. Начав дружную работу с раннего утра, к вечеру реку останавливали. Благодарность за такую великую услугу полагалась только в виде обильного угощения, которое мельник выставлял крестьянам.

Некоторые плотины снабжали подъемным щитом-затвором. Он спасал от весеннего половодья. Без такого предохранительного устройства запруду весной прорывало, и ее приходилось возводить снова.

На больших реках плотину строили при помощи ряжей. Из дубовых бревен рубили срубы с крепким полом. Такие бревенчатые коробки — ряжи — заполняли камнями, бутом, валунами, и они опускались на дно реки. По мере погружения на сруб наращивали новые венцы и так вели до возвышения над водой. Угол ряжа ставили против течения реки. Об него раскалывались льдины во время ледохода.

Что касается производительности мельниц, то она зависела от размера камня и скорости его вращения. Жернова брали диаметром от 50 до 120 сантиметров. На маловодных речках ставился небольшой бегун, и вращался он в пределах 60 оборотов в минуту. Река помноговоднее могла крутить камень побольше, и совершал он до 150 оборотов. В зависимости от этого один постав размалывал от одного пуда (16 кг) до четырех пудов (64 кг) в час. Одна мельница обслуживала две-три деревни с общим населением тысяча человек. Заметим, что мука шла не только для людей, но и скоту.

В заключение хочется сказать вот о чем. Водяная мельница представляет собой один из ранних памятников человеческого знания. Она несет в себе и элементы техники и архитектуры, вписанные в живописное полотно природы. Добрая кормилица не загрязняла землю. Хрустальная водица, выйдя из пруда и покружив колесо, уходила дальше такой же прозрачной.

В настоящее время эти достопримечательности материальной культуры почти исчезли. Их в нашей стране остались единицы. Как рентабельные предприятия они свое время отжили. Водяные мельницы уходили из жизни трагично. Весной половодье прорывало плотину. Нередко ломало и мельницу. Пруд высыхал. Предприятие пустело. Восстанавливать его для помола не было смысла. Реставрировать и беречь как памятник? За это тоже никто не брался. Так подобные редкости и исчезали. Думается, что если целые мельницы где-то еще имеются, их надо сохранить, восстановить. Сейчас есть еще люди, знающие об их устройстве. Но не станет старожилов, очевидцев — некому будет и рассказать о водяных мельницах. Пусть их будет хотя бы по одной, по две в каждом регионе. Они стали бы интересными достопримечательностями, очагами знаний о технике и культуре прошлого.