Водяное колесо

С древнейших времен люди нуждались в силе, в двигателях, которые помогали бы выкорчевывать деревья, приводили бы в действие приспособления для подачи воды на поля, пахали землю, вращали жернова, мелющие зерно. В странах Древнего Востока, в Египте, Индии, Китае для этой цели уже в 3-м тыс. до н.э. использовались водяное колесо.

Наличие водяных мельниц на северо-востоке и юго-западе древней Руси отмечается в исторических документах, относящихся к XIII веку.

Типы водяных колес

Водяные колеса бываю горизонтальные, применявшиеся в Древнем Риме, и вертикальные.

а) - подливное (нижнебойное) водяное колесо, КПД до 35 %; б) - среднебойное, КПД до 75 %; в) - наливное (верхнебойное), КПД до 85 %.

Подливные водяные колеса могли работать почти в любых относительно обильных потоках с умеренной скоростью воды, но наиболее эффективны они были в узких протоках.

При использовании верхнебойных колес вода падала сверху на лопасти (или черпаки), приделанные к ободу колеса, что намного увеличило его мощность. Это колесо можно было устанавливать не только на реках, но и на отводных каналах, применять в разных отраслях промышленности — сукноделии, горнорудном, металлургическом и бумажном производствах.

Сначала водяные колеса изготовлялись полностью деревянными, затем начали делать отдельные части и детали, прежде всего вал, из металла, главным образом железа. Постепенно растет и мощность гидродвигателя за счет увеличения его размеров: диаметра, ширины. Совершенствование гидродвигателя позволило значительно улучшить его технические характеристики: КПД, мощность, срок службы.

Применение водяного колеса

Для помола и просеивания зерна (водяная мельница).
В ирригации — нории
Для ковки железа (c 1197, Швеция)
В сукновальном деле (с 1223, Германия).
Для изготовления бумаги (с 1238, Испания).
Для распиловки брёвен (не позже 1240)
Для мятья и трепанья льна.
Для привода генератора электрического тока (гидроэлектростанция с н.19 в).
Для обратного превращения энергии в движение.

Широкое распространение водяные мельницы получили в Средневековье, особенно при монастырях. Бенедикт Нурсийский предписывал каждому монастырю обзавестись водяной мельницей.

Конструкция пилы дОнекура основанная на использовании движущей силы воды.

Принцип использования движущей силы воды, а так же устройства водяного колеса, легли в основу ряда проектов первых двигателей.