Historie využití vodní energie v Rusku

Chléb je pánem všeho, říká lidová moudrost, ale chleba neupečeš bez mouky a mouku neuděláš bez mlýnku.

Vodní mlýn byl jedním z prvních technických zařízení životně důležitých pro člověka.

Vodní mlýn je hydraulická stavba, která využívá hydraulickou energii získanou z vodního kola, jehož pohyb vykonává užitečnou práci prostřednictvím ozubeného pohonu. Vodní mlýny jsou obvykle umístěny na řekách. Pro zvýšení energie vody je řeka zablokována přehradou, ve které je ponechán otvor pro proud vody, který otáčí vodním kolem (srov. výraz „lití vody do mlýna“). vodní mlýny se objevily nejpozději ve 12. století. Energie tekoucí vody z malých řek hrála hlavní roli v energetickém sektoru středověku. Ke stavbě takových staveb přispělo množství malých řek v naší oblasti. Každý takový mlýn měl přehradu, která zvedla hladinu vody v řece asi o 1,5–2 m. K roku 1847 bylo v provincii Tver celkem 625 vodních mlýnů a v roce 1854 již 676 mlýnů. V sousedním Rževském okrese v předminulém století výrazně převládaly větrné mlýny. Pravděpodobným důvodem tohoto poměru byla krajina oblasti. Na fragmentech mapy generálporučíka Mendeho v okolí Selizharovského Posadu jsou v drtivé většině vidět vodní mlýny označené ikonou „ozubeného kola“, které téměř ulpívají na říčkách a potůčcích, které dodnes pronikají do Okovského lesa. Ale vodní mlýny byly rychle zničeny, jakmile už nebyly potřeba, a to zase vedlo k mělčení řek. Nyní je těžké říci, v jakém roce a na jakém místě se objevil náš první mlýn. Vasilij Aleksandrovič Preobraženskij pro nás v roce 1854 sestavil stručný a výstižný popis vodních mlýnů provozovaných v provincii Tver. „Vodní mlýny se vyrábí buď se zavěšenými (gravitačními – pozn. red.) koly, nebo s kapalnými, podle toho, jak vysoko se dá voda v přehradě udržet. Gravitační mlýny se staví na malých řekách a v místech, kde není možné zvednout hráze výše než 14 čtvrtin [arshin] (2,5 m – Ed.); jinak – kapalina. Struktura obou je všude stejná. V sypaných mlýnech je vodní kolo instalováno proti skluzu a ve velkoobjemových mlýnech pod skluzem. Roubovací kola jsou instalována na potocích a malých říčkách, v místech, kde není možné zvýšit hráz nad 14 čtvrtin, jinak , jsou instalována protiskluzová kola.

Předpokládá se, že první vodní kola byla omáčka. Spodní část takového kola s lopatkami byla ponořena do proudu a voda kolo otáčela a tlačila je ve spodní části. Účinnost takových kol byla asi 30 % energie vodního toku. Dalším typem vodních kol jsou samonivelační, u kterých proud vody stékal na vršek kola, taková kola měla účinnost asi 70 %, což se blíží účinnosti moderních turbín. Voda z přehrady padá na kolo shora. Nádrže jsou zcela naplněny a přebytečná voda přetéká, řeka dále teče. Existují dva typy kolových mlýnů: horní a spodní. Konstrukce vodních mlýnů všech typů je do značné míry stejná. Z klád byla vyřezána stodola. V polovině stodoly ve výšce ramen byl položen mohutný strop. Byly na ní umístěny mlýnské kameny: spodní bylo solárium a horní běhoun. Mlýnské kameny jsou kamenné kruhy značné tloušťky, mající uprostřed průchozí otvor, zvaný hrot, a na brusné ploše t. zv. zářez. Uprostřed je otvor (kukátko). Mlýnské kameny byly uzavřeny pláštěm. Mlýnské kameny musely mít zvláštní kvalitu. Vyžadovaly pevnost, viskozitu a poréznost. Mlýnské kameny se často musely převážet zdaleka. V závislosti na zásobách vody a síle řeky měly mlýny i několik skladů, to znamená, že jedna stodola měla dvě vodní kola a dvě mlýnky na mouku. Mlýny byly postaveny bez jakýchkoliv výkresů. Veškerá „technická dokumentace“ byla v paměti mistrů. Za vzor byly samozřejmě vzaty stávající mlýny v okolí, ale muselo se něco změnit a přidat něco nového vzhledem k charakteristice oblasti. Výkon mlýna se vyznačoval množstvím tzv. zásob. Pokud mlýn mlel obilí na mouku, pak byl na stojan instalován mlýnský kámen. U malých mlýnů na potocích a říčkách byl jen jeden, na malých řekách dva až tři a na velkých od tří do šesti mlýnů. Na řekách s nízkou vodou byl instalován malý běžec, který se otáčel s rychlostí 60 otáček za minutu. Hlubší řeka by mohla roztočit větší kámen a ten mohl udělat až 150 otáček. Hlavní prací vodního kola zůstalo mletí obilí. S mlýny na mouku byl někdy spojován blahobyt celého kraje. Nejnáročnějším a nejrizikovějším úkolem při stavbě mlýnů byla výstavba přehrad na řekách nezbytných k vytvoření požadovaného tlaku vody. Přehrada byla postavena z dřevěných pilot hnaných přes řeku nebo z hustého drnu. Některé přehrady měly bránu, která umožňovala průchod jarním povodním a ledu. Na větších řekách se stavěly rjažské přehrady (rjaž je dřevěný rám se silnou podlahou). Hřeben instalovaný na řece byl vyplněn balvany. Jelikož byl ponořen do vody, byl hřeben na vrcholu zastavěn novými korunami klád. Mezi řadami byla instalována roleta. Obvykle byl mlynář také specialistou na přehrady.

V zimě za velkých mrazů se některé mlýny dočasně zastavily. Někdy byl přes kolo vyroben přístřešek – „teplý dům“ ve formě slaměného stanu, ale to málo pomohlo. Na jaře při povodni by se hráz mohla protrhnout a byla by znovu postavena. Aby k tomu nedocházelo, byly přehrady vybaveny zvedacím štítem, kterým odtékala přebytečná voda. Jen na řece Pesochna (bez jejích přítoků) napočítáte minimálně pět vodních mlýnů. Takže Okovský les, upřímně řečeno, nemilosrdně vyhuben našimi ne tak vzdálenými předky, navzdory všemu, nadále poskytoval našim prababičkám a pradědům jejich denní chléb.

Mezi historicky cenné stavby patří zbytky vodního mlýna z 19. století v obci Okovtsy. Vzácný záběr, ne-li jedinečný! Vodní kolo není z tohoto úhlu vidět, jelikož se nachází na straně hráze, za hlavní budovou. V časopise „Tver Antiquity“ za rok 1991 v článku A.A. Galaševič „Od Selizharova do Starice“ podrobně popisuje vodní mlýn. Jihovýchodně od kostela pod strmým útesem na břehu řeky stál vodní mlýn. Pyroshni Malá dřevěná stavba, tradičně řezaná do klády a připomínající stodolu, postavená krátce před první světovou válkou. V polovině stodoly ve výšce ramen byl položen mohutný strop. Byly na ní umístěny mlýnské kameny: spodní bylo solárium a horní běhoun. Uprostřed je otvor (kukátko). Z hráze do mlýna tekla voda skluzem širokým asi 2,5 metru. Skluz byl od mlýna oddělen dřevěnými panely, které se otevíraly pro regulaci průtoku vody. Samotný mlýnský mechanismus měl dvě sady – 4 mlýnské kameny. Kolo roztáčela voda, jejíž zásoby vytvořila malá přehrada blokující Pyroshnya. Přehrada byla zpevněna býky z klád a vyplněnými balvany. Mlýn byl umístěn na vysoké základně, kde se obilí skladovalo a kam se vykládalo přímo ze zásobování Poklopem se navijovaly pytle s obilím do místnosti, kde se mlelo kamennými mlýnskými kameny. Pohonné mechanismy, které otáčely mlýnské kameny, vyrobené ze dřeva, a jejich přesně osazená ozubená kola připomínají velký hodinový stroj. Mleté obilí se nasypalo na tác do vedlejší místnosti, odkud se pak mouka spouštěla ​​do pytlů na vozíky. Celý proces broušení byl jasně nastaven, cyklus byl precizně propracován a byl redukován na minimum vynaložených pohybů a svalové síly. Po revoluci byla jedna z budov přestavěna na pilu a smrk se nařezal na šindele na střechy. Když přehrada fungovala, v Pyrošně bylo hodně vody, tlak byl až do Borovitsy. Kromě toho byl ve mlýně také šlehárna, která sloužila k vytlačování lněného oleje U mlýna se scházeli rolníci z různých vesnic a čekali na mletí. Došlo k výměně zpráv, rozhořely se ekonomické diskuse. Za německé okupace byl mlýn poškozen, ale zničen nebyl. Bomba, která spadla vedle mlýna, vyrazila dveře a okno, ale zdi stály. Za německé okupace byl mlýn poškozen, ale zničen nebyl. Bomba, která spadla vedle mlýna, vyrazila dveře a okno, ale zdi stály. V posledních letech byl poháněn elektřinou a pracoval velmi aktivně, a to nejen mletím mouky. Mlýn fungoval do roku 1972. Vodní mlýn v Okovtsích je památkou regionálního významu. Vaše srdce bije a zrychluje se při pohledu na zbytky mlýna Okovets. Představivost si představuje řady seřazených vozíků, vrzání vodního kola pod tlakem rychlého Pyroshnya a drcení mlýnských kamenů. Některé vodní mlýny dělaly víc než jen mletí obilí. Pracovali zde i řezači obilí. Tyto stroje loupaly proso, pohanku a oves a vyráběly z nich obiloviny. Daly by se také použít k odstranění slupek ze slunečnicových zrn a připravit je na lisování oleje. Byla to zábava pracovat ve mlýně, ale bylo to těžké! Povolání mlynáře bylo v podstatě vždy vysoce ceněno. V Okovtsy byli dědiční mlynáři Evgrafievové a Lebedevové měli před revolucí také svůj mlýn ve vesnici Sutoki. Ve vesnici Grishkino, na řece Solodovna, byly vidět zbytky dalšího mlýna na řece. Pyroshne, proti proudu od kopce Družnaja. S největší pravděpodobností se jedná o mlýn, který zůstal v lesní dači Friedricha Schudibiela. Podle dochovaných kůlových podpěr si lze představit místo, kde se nacházela samotná pila, v moderní řeči – pila Tyto pozemky a lesy patřily L.L. Shudibilovi (poslednímu majiteli panství) byla celková velikost lesní dachy až 400 hektarů. A všechny mlýny, které jsem vyjmenoval, skutečně fungovaly až do začátku druhé poloviny 20. století. Statistika a popis mlýnů seř. XIX století podrobně zobrazen v dílech V. A. Pokrovského. Seznam mlýnských osad v oblastech regionu Tver (Kalinin) v roce 1959. (sestaveno na základě údajů ze sčítání lidu): Seližarovský okres celkem – 11; Sutokskaya mlýn (5), mlýny: Losevskaya (3), Smolkovskaya (5), Paramonovskaya (2), Kashinskaya (5), Grishkinskaya (3), Benskaya (5), Borisovskaya (4), Vileyskaya (2), Sokolovskaya ( 1), farma Burdovskaya Mill (4). Klášter Selizharovskij Trojice vlastnil dva mlýny na mouku na vodní pohon na řece Pesochnya, nazývaly se Horní mlýn a Dolní mlýn. Jeden z nich, ten nejbližší, půl míle od kláštera, se nacházel na samém soutoku řeky Pesochnya s Volhou. Podle vzpomínek staromilců se mu říkalo dolní mlýn. Zmiňuje se o něm v inventáři kláštera v roce 1705. Druhý se nacházel dvě míle od kláštera a byl postaven v roce 1752. Říkalo se tomu horní mlýn. Oba jsou zhruba na čtyřech pozicích. Příjmy z nich klášteru v letech 1760 a 1761 vzrostly na 193 rublů ročně. V roce 1863 dostal klášter od mlýnů 128 rublů. Po roce 1764, kdy byl klášter v podstatě zbaven statků, zůstal mlýn s budovami ve vlastnictví obchodníka M.V. Olišová. S rolníkem M. byla uzavřena dohoda o údržbě tohoto mlýna. V. Olisov, který se roku 1830 stal obchodníkem 3. cechu. Příjem z nich do kláštera v letech 1760-1761 činil až 193 rublů ročně. Během první vlny kolektivizace zemědělství byly soukromé mlýny vyvlastněny a staly se součástí drobného průmyslu JZD a rodiny „mlynářů“ byly potlačovány a přesídleny do odlehlých oblastí země. Takže v roce 1918 (během nastolení sovětské moci) byl vybrán mlýn na řece. Pískoviště. Během Velké vlastenecké války byl zničen. Na tomto místě vyráběla v roce 1946 elektřinu vodní elektrárna, nově postavená na řece Pesochnya. Na řece Pesochnya byl také jeden mlýn, toto místo se nazývalo Horní mlýn, nyní je to Bykovského ulice. Nyní je tam přehrada. Zůstala tam kamenná bariéra blokující řeku. Také podle Preobrazhegského popisu měst má Torzhok největší počet mlýnů (12 mlýnů s 20 stanicemi); Vyshny Volochek (11 mlýnů s 22 stanicemi), Staritsa (7 mlýnů se 14 stanicemi), Kashin (3 mlýny se 7 stanicemi), Selizharovo (3 mlýny s 8 stanicemi), Bezhetsk (2 mlýny se 4 stanicemi). S rozvojem průmyslu se vodní kolo začalo používat nejen ke zpracování obilí, ale i v dalších stavbách, kterým se také říkalo mlýny. Tak se nazývalo železářství, pily, papírny, textilky a řada dalších podniků. Škoda, že se nedochoval jediný skutečný mlýn.

Neocenitelnou pomoc při hledání dochovaných dokumentárních materiálů o vodních mlýnech v naší oblasti poskytl amatérský místní historik, domácí turista a blogger Andrej Sergejevič Obrazcov.

Sestavila vlastivědná knihovnice M.N. Sokolova.

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.

Schematický diagram činnosti vodního mlýna s horním plněním je znázorněn na obrázku 01. Voda vycházející z misky padá na velké kolo [01] sestávající ze dvou ráfků o stejném průměru, spojených přepážkami „lopatek“, které tvoří kbelíky. 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.

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.

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, která je vytvářena vodními koly 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 18. 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; Neustále to dělali nosiči vody, podávali si plná vědra nahoru 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 mohlo zvednout vodu nejvýše 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 vodního toku 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 získal důl ve Zmeinogorsku druhý život; těžba drahých kovů se zde prováděla dalších sto let. 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 byly první turbíny postaveny ve 40. a XNUMX. letech XNUMX. století uralským poddaným mistrem Ignatiem Safonovem, byly používány 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.

Přibližný seznam typů technologických operací prováděných v 18. století v Rusku mechanickými jednotkami v důsledku působení vodních motorů

Tabulka 01

Velké kolo malého ostrova

Největší funkční vodní kolo na světě se nachází na jednom z ostrovů v Irském moři ve vesnici Laxey. Jeho průměr je 22 metrů a jeho výška je 18 metrů. Kolo bylo postaveno v polovině XNUMX. století k čerpání podzemní vody z dolů, kde se těžilo olovo, zinek a další kovy. V té době již vodní stroje nahradily parní stroje, ale na ostrově nebylo uhlí a jeho dodávka byla poměrně drahá. Potřebnou energii pro provoz čerpadel odčerpávajících vodu by mohly poskytnout četné horské řeky ostrova. Nápad postavit vodní motor provedl místní inženýr Robert Casement. Velká velikost kola je dána tím, že z hloubky jednoho a půl kilometru bylo nutné za minutu zvednout z dolů asi tunu vody. Výkon vyvíjený kolem musel být řádově megawatt, tedy o něco více než tisíc koní.

V současné době se kolo již nepoužívá k čerpání vody, čas od času je spuštěno pouze pro turisty.

• Časopis „Kommersant Science“ č. 3 ze dne 21.04.2015. října 44, strana XNUMX