Watermill
En vattenkvarn är en motor som använder ett vattenhjul eller en turbin för att driva en mekanisk process, t.ex. mjöl- eller timmerproduktion eller metallbearbetning (valsning, slipning eller tråddragning). En vattenkvarn som endast genererar elektricitet kallas vanligare för ett vattenkraftverk.
Vattenkvarn i Braine-le-Château, Belgien (1100-talet)
Historia
Kina
År 31 e.Kr. uppfann en kinesisk ingenjör vid namn Du Shi (Wade-Giles: Tu Shih) "den första vattendrivna bälgen". Det var en komplicerad maskin med kugghjul, axlar och spakar som drevs av ett vattenhjul". Denna uppfinning hjälpte till att smida gjutjärn som smälts i masugnen. Mer omfattande beskrivningar finns i litteraturen från 500-talet.
Grekland och Rom
De gamla grekerna och romarna använde tekniken. På 1000-talet f.Kr. var den grekiske epigrammatikern Antipater av Thessaloniki den förste som nämnde vattenhjulet. Han berömde det för att det användes för att mala spannmål och för att det minskade det mänskliga arbetet.
Romarna använde både fasta och flytande vattenhjul och införde vattenkraft i andra länder i Romarriket. Så kallade grekiska kvarnar använde vattenhjul med en vertikalt monterad axel. En "romersk kvarn" har en horisontellt monterad axel. Kvarnar i grekisk stil är den äldre och enklare av de två konstruktionerna, men fungerar bara bra med höga vattenhastigheter och med kvarnstenar med liten diameter. Kvarnar i romersk stil är mer komplicerade eftersom de kräver kugghjul för att överföra kraften från en axel med horisontell axel till en axel med vertikal axel. Ett exempel på en vattenkvarn från den romerska eran är Barbegal i södra Frankrike i början av 400-talet, där 16 överskottsvattenhjul användes för att driva en enorm mjölkvarn.
Cisterciensorden byggde enorma kvarnkomplex över hela Västeuropa under medeltiden.
Medeltida Europa
I en undersökning från 2005 identifierade forskaren Adam Lucas följande första förekomster av olika typer av industriella kvarnar i Västeuropa. Det är anmärkningsvärt att Frankrike spelar en framträdande roll när det gäller införandet av nya innovativa användningsområden för vattenkraft.
| Första gången olika industriella kvarnar uppträdde i det medeltida Europa, 770-1443 e.Kr. | |||||||||||
| Typ av kvarn | Maltkvarn | Fulling mill | Garveri | Smidesverk | Verktygsslipning | Hampa kvarn | Bälg | Sågverk | Kvarn för malmkrossning av malm | Masugn | Skär- och skärverk |
| Datum | 770 | 1080 | ca. 1134 | ca. 1200 | 1203 | 1209 | 1269, 1283 | ca. 1300 | 1317 | 1384 | 1443 |
| Land | Frankrike | Frankrike | Frankrike | England, Frankrike | Frankrike | Frankrike | Slovakien, Frankrike | Frankrike | Tyskland | Frankrike | Frankrike |
Drift av en vattenkvarn
Vanligtvis avleds vatten från en flod, en damm eller en kvarndamm till en turbin eller ett vattenhjul längs en kanal eller ett rör (som på olika sätt kallas flume, head race, mill race, leat, leet, lade (skotska) eller penstock). Kraften från vattnets rörelse driver blad i ett hjul eller en turbin, som i sin tur roterar en axel som driver kvarnens övriga maskineri. Det vatten som lämnar hjulet eller turbinen avleds genom en svanskanal, men denna kanal kan också vara en huvudkanal till ett annat hjul, en annan turbin eller en annan kvarn. Vattenpassagen styrs av slussar som möjliggör underhåll och ett visst mått av översvämningskontroll. Stora kvarnkomplex kan ha dussintals slussar som styr komplicerade sammankopplade lopp som matar flera byggnader och industriella processer.
Vattenkvarnar kan delas in i två typer, en med ett horisontellt vattenhjul på en vertikal axel och en med ett vertikalt hjul på en horisontell axel. De äldsta av dessa var horisontella kvarnar där vattnets kraft, som slog mot ett enkelt skovelhjul som var placerat horisontellt i linje med flödet, vände en sten som balanserade på rynken, som är ovanpå en axel som leder direkt upp från hjulet. Löpstenen vänder sig inte. Problemet med denna typ av kvarn uppstod på grund av avsaknaden av växelverkan; vattnets hastighet bestämde direkt den maximala hastigheten för löparstenen, som i sin tur bestämde fräsningshastigheten.
Vattenkvarnar i Bosnien
Typer av vattenkvarnar
- Kvarnar maler korn till mjöl. Dessa var utan tvekan den vanligaste typen av kvarn.
- Fullingkvarnar eller Walkmills användes för att avsluta tyg (se även fulling).
- Bladkvarnar användes för att slipa nytillverkade blad.
- Sågverk som skär timmer till virke
- Barkfabrikerna avskalade barken från träden för användning i garverier.
- I ekvarnarna förvandlades timmer till ekrar för vagnshjul.
- I början av den industriella revolutionen drevs bomullsfabrikerna vanligtvis av ett vattenhjul.
- Mattkvarnar för tillverkning av mattor var ibland vattendrivna.
- Textilfabriker för vävning av tyg var ibland vattendrivna.
- Krutkvarnar för tillverkning av svartkrut eller rökfritt krut var ibland vattendrivna.
- Masugnar, smedjor för finare produkter, skärverk och plåtfabriker var fram till ångmaskinens införande alltid vattendrivna och kallades ibland för järnbruk.
- Innan kupolugnen (en reverberatorisk ugn) infördes smältes bly vanligtvis i smältverk.
- Pappersbruken använde vatten inte bara som drivkraft utan också i stora mängder i tillverkningsprocessen.
