Využití energie toku řeky začalo v Rusku ve starověku. Ve velmi raných památkách ruského písma se nacházejí výrazy jako „mlyn“, „mlýn“. Vodní mlýny v Rusku byly stavěny nejprve ke zpracování zemědělských produktů, primárně k pohonu mlýnů na mouku, a pak mlýny na obilí a válcovny. Není to tak dávno, co se téměř celá úroda obilí v Rusku zpracovávala na mouku výhradně ve vodních a větrných mlýnech; byl postaven jeden mlýn pro 15-20 venkovských domů, případně i častěji.
Ale již v 01. stol. Vodní motor v Rusku se používá nejen pro zpracování zemědělských produktů, ale také v metalurgii, hornictví a zpracování kamene. Přibližný seznam technologických operací prováděných v Rusku v XNUMX. století pomocí vodních motorů je uveden v tabulce XNUMX.
Nejrozšířenějším se staly mlýny. Vzhled budovy mlýna výrazně závisel na umístění jeho stavby a na uspořádání hlavního zařízení a účelu mlýna a také na stavebních konstrukcích objektu. Severní země, Karélie, se tedy vyznačují jednoduchou dřevěnou konstrukcí bez jakýchkoliv architektonických lahůdek. Mlýny v evropské části Ruska mají odlišnou architekturu od svých severních protějšků. Budova mlýna, postavená ve městě, mohla být zděná nebo kamenná, což naznačovalo bohatství majitele.
Principiální schéma činnosti vodního mlýna s horním přívodem vody je znázorněno na obrázku 01. Voda vycházející z misky padá na velké kolo [01] sestávající ze dvou ráfků o stejném průměru, spojených přepážkami „lopatek“, tvarování kbelíků. Voda, která se dostane do horního kbelíku, tlačí kolo vlivem gravitace a při pohybu dolů se vylévá. Všimněte si, že horní způsob přívodu vody poskytuje větší výkon na hřídeli kola, ale vyžaduje konstrukci hydraulických konstrukcí (přehrada, hráz) pro akumulaci a zvednutí vody do výšky kola.
Spolu s kolem [01] je na vodorovném hřídeli upevněno ozubené kolo [02] menšího průměru, pohánějící ozubené kolo [03] na svislém hřídeli. Na spodním konci svislé hřídele byl horní, pohyblivý mlýnský kámen (běžec) pevně připevněn, zatímco spodní (lůžko) zůstal nehybný. Zrno, padající mezi kameny, bylo rozemleto na mouku a jemnost mletí byla určena mezerou mezi kameny. Mlýnské kameny se vyráběly ze speciálních druhů jemnozrnného křemenného kamene nebo pískovce, případně z umělé směsi.
rýže. 01 Schematické schéma provozu vodního mlýna s horním přívodem vody: 01 Velké vodní kolo, 02 Malé ozubené kolo, 03 Ozubené kolo na svislé hřídeli
Na styčných plochách běhounu a lože byly vytvořeny soustavy konfigurací značně složitých drážek, které zajišťovaly pohyb obilí a mouky ze středu mlýnského kamene na jeho okraj, jakož i ventilaci a chlazení mlýnského kamene. Vzdálenost mezi kameny byla regulována speciálním mechanismem. Velikost kamenů a rychlost otáčení oběžného kola byly zvoleny v závislosti na požadovaném výkonu mlýna a druhu mletého materiálu.
Práce na drcení organických a minerálních materiálů v mlýnech se provádějí pomocí drtiče – nárazového mlecího nebo loupacího stroje. Pracovním orgánem drtiče je palička, která provádí přímočarý vratný pohyb v hmoždíři nebo, častěji ve mlýnech, soustavě hmoždířů (obvykle klád), lineárně uložených na vodorovné otočné hřídeli a končících pod mírně nakloněným dřevěným tácem. .
Konstrukce paličky, která je tužší a má vyšší nárazovou rychlost, umožňuje vytvořit mechanismus pro zpracování kovu úderem. Konstrukce mechanismů s formou pohybu pracovního orgánu zajišťovanou výkonnými orgány vodního mlýna – rotačním nebo vratným – umožňuje provádění různých operací.
rýže. 02 Schéma vodní pily: 04 Mechanismus přeměny rotačního pohybu na vratný pohyb, 05 Mechanická pila
Obrázek 02 ukazuje nejjednodušší schéma převodu rotačního pohybu na vratný pohyb. Takovou proměnu vyžadovaly například pily.
Společná pro operace uvedené v tabulce 01 je přítomnost pouze mechanické energie, kterou generují vodní kola využitím stále se obnovující ekologicky šetrné energie vodních toků.
Využití vodní energie k provádění opakujících se mechanických operací dostalo nový rozvoj v Rusku během průmyslového rozmachu na Uralu na počátku XNUMX. století. Vodní stroje v hutních závodech, postavené dekretem Petra I., celkem více než dvě stě, uvedly do pohybu měchy dodávající vzduch do pece a buchary. Pro dosažení požadovaného výkonu takových motorů, který výrazně převyšuje výkon mlýnského kola, bylo potřeba vybudovat vodní stavby pro zvýšení hladiny vody, z nichž některé – rybníky, kanály, tunely, kamenné hráze – se toho dochovaly. dne a jsou v současnosti státem chráněné kulturní památky.
Druhá polovina 14. století a 12. století jsou zlatými časy vodních strojů v Rusku i ve světě. Na Seině byla postavena grandiózní instalace pro zásobování vodou fontán ve Versailles, sestávající ze 3000 kol o průměru 200 metrů. Kola poháněla pístová čerpadla, která zvedla 20 tun vody denně do výšky asi 4 metrů. Ve Skotsku používala přádelna papíru kolo o průměru asi 1785 metrů a šířce XNUMX metry. V Rusku na konci XNUMX. století bylo v provozu několik tisíc vodních elektráren, především v těžebních závodech. Nejznámější z nich je stroj na čerpání vody z dolů, který sestrojil ruský mechanik Kozma Frolov v roce XNUMX na dole Zmeinogorsk na Altaji.
Přítok vody do dolů byl jedním z hlavních problémů ztěžujících práci horníků. Bez použití strojů se voda musela zvednout ručně; Průběžně to dělali nosiči vody, podávali si plná vědra nahoru k sobě a prázdná dolů. Byla to těžká a nebezpečná práce, která navíc přímo nesouvisela s těžbou rud. Neustálý proud vody navíc omezoval hloubku dolů. Potřeba stroje na čerpání vody v dole Zmeinogorsk vznikla po vyčerpání horních vrstev země, dříve bohatých na zlatou a stříbrnou rudu. Důl byl majetkem královské rodiny, takže pokles přílivu drahých kovů do státní pokladny byl státním problémem.
Frolovova vodní elektrárna je jednou z největších, jaké kdy byly na světě vytvořeny. Voda byla odčerpávána sacími čerpadly, z nichž každé nemohlo zvednout vodu více než 10 metrů – sloupec vody takové výšky vytváří tlak rovný atmosférickému tlaku. Podle toho čerpání ze dna šachty vyžadovalo celou kaskádu čerpadel – spodní čerpadlo čerpalo vodu do velkého žlabu, ze kterého ji horní zvedalo do žlabu na další úrovni. Písty čerpadla byly poháněny vodními koly, z nichž největší dosahovalo průměru 15 metrů. Aby byla zajištěna potřebná síla toku vody k otáčení kol, byla řeka Zmeevka zablokována hrází dlouhou více než 100 metrů a vysokou asi 25 metrů. Vznikl rybník o rozloze několika kilometrů čtverečních.
Spuštěním Frolovova stroje dostal důl ve Zmeinogorsku druhý život, dalších sto let tam probíhala těžba drahých kovů. Energie padající vody byla využita nejen k odvodnění dolů, ale také k vyzdvižení rudy na povrch a jejímu obohacení: Frolov postavil takový stroj v dole Preobraženskij.
V 1912. století byly vodní elektrárny postupně nahrazovány parními stroji. Jejich přednosti – nenapojení na řeky, schopnost zajistit vysokou rychlost na hřídeli motoru, skladnost, mobilita a vyšší výkon při srovnatelné hmotnosti a velikosti – se ukázaly jako rozhodující. Ještě na počátku 45449. století se však vodní energie využívala poměrně široce: dotazník Ruské technické společnosti, provedený v roce 686856, registroval 470962 XNUMX vodních elektráren o celkovém instalovaném výkonu XNUMX XNUMX k, z toho XNUMX XNUMX k. byly vyráběny vodními koly.
Vodní stroje dostaly na konci 30. století nečekaně šanci na obrodu. 1882. září 30 zahájila ve Spojených státech provoz první vodní elektrárna na světě. Vodní kolo pohánělo dynamo. Elektřina, kterou vyrobila, byla použita k osvětlení domů a výrobních zařízení v místní továrně. Postupem času byla vodní kola nahrazena turbínami, které mají vyšší účinnost a umožňují využít nejen potenciální energii vody padající z určité výšky, ale i kinetickou energii jejího pohybu. Je pozoruhodné, že hydraulické turbíny začaly vznikat dávno před prvními elektrárnami. V Rusku postavil první turbíny ve 40. a XNUMX. letech XNUMX. století uralský poddaný mistr Ignatius Safonov, používaly se v továrnách. V současné době je hydraulické turbíny, které mají velikost srovnatelnou s velikostí vodních kol, stonásobně převyšují svůj výkon.
Dnes malá vodní energie dává nový život vodním elektrárnám. Mikro a mini vodní elektrárny se postupně rozšiřují zejména v těžko dostupných oblastech, kde je centralizované zásobování energií obtížné. Energie padající vody se už samozřejmě nepoužívá k mletí obilí, ale k výrobě elektřiny. Dřevěná vodní kola byla nahrazena kovovými turbínami a vodní elektrárny se staly kompaktnějšími, spolehlivějšími a méně hlučnými. Vzhledem k tomu, že alternativní energie je v mnoha zemích podporována na státní úrovni, má malá vodní energie dobré vyhlídky.
