Bánh xe nước

Bánh xe nước, còn gọi là guồng nước hay cọn nước^[1] là một cỗ máy dùng để chuyển đổi năng lượng của dòng nước chảy hoặc rơi thành các dạng năng lượng có ích, thường là trong một cối xay nước. Một bánh xe nước bao gồm một bánh xe (thường làm từ gỗ hoặc kim loại), với nhiều lưỡi hoặc xô được sắp xếp ở vành bánh xe ngoài, tạo thành bề mặt dẫn động. Phổ biến nhất là, bánh xe được đóng theo chiều dọc vào một trục bánh xe nằm ngang, nhưng cũng có thể được đóng theo chiều ngang vào một cái cán nằm dọc. Bánh xe dọc có thể truyền năng lượng hoặc là qua trục bánh xe, hoặc là qua một vòng bánh răng và làm cho dây đai hoặc bánh răng chuyển động; bánh xe ngang thường trực tiếp làm cho tải của nó chuyển động.

Bánh xe nước vẫn được sử dụng thương mại mãi đến tận thế kỷ 20 nhưng chúng giờ không còn được ưa chuộng nữa. Có thể sử dụng bánh xe nước để xay bột mì trong cối xay bột, nghiền gỗ thành bột để làm giấy, đánh búa sắt đã rèn, gia công trên máy, ép quặng và nghiền sợi để sử dụng cho sản xuất vải.

Một số bánh xe nước được duy trì bởi nước từ ao nhà máy xay, thứ được hình thành khi một dòng chảy bị xây đập ngăn lại. Kênh dẫn nước tới hoặc từ bánh xe nước thì được gọi là một kênh đào nhà máy xay. Dòng nước mang nước từ ao nhà máy xay tới bánh xe nước gọi là dòng nước đầu; dòng nước mang nước đi sau khi nó rời khỏi bánh xe thì thường được gọi là dòng nước đuôi.^[2]

Vào giữa cho tới cuối thế kỷ 18 sự nghiên cứu mang tính khoa học về bánh xe nước của John Smeaton đã dẫn tới những sự tăng quan trọng trong năng suất, cung cấp số năng lượng đủ cho Cách mạng công nghiệp.^[3]^[4]

Bánh xe nước bắt đầu bị thay thế bởi tua bin nhỏ hơn, ít đắt đỏ hơn và có hiệu quả cao hơn, được phát triển bởi Benoît Fourneyron, bắt đầu với mẫu đầu tiên của ông vào năm 1827.

Video: Hoạt động của bánh xe nước lớn trong Bảo tàng National Slate Museum tại Wales

Khó khăn chính của bánh xe nước là việc nó phụ thuộc vào nước chảy, do đó giới hạn những nơi có thể đặt nó. Các đập thủy điện có thể được xem là hậu duệ của bánh xe nước, vì chúng cũng lợi dụng chuyển động của dòng nước chảy xuống dốc.

Các loại

Bánh xe nước có hai thiết kế cơ bản:^[5]

Bánh xe nằm ngang với trục dọc; hoặc
Bánh xe nằm dọc với trục ngang.

Loại sau có thể chia nhỏ nữa dựa theo nơi nước bắt đầu tiếp xúc với bánh xe, gồm backshot (dòng nước chảy từ trên bánh xe xuống khiến bánh xe chạy ngược chiều kim đồng hồ), overshot (dòng nước chảy từ trên bánh xe xuống khiến bánh xe chạy theo chiều kim đồng hồ), breastshot (dòng nước chảy ngang bánh xe), undershot (dòng nước chảy bên dưới bánh xe), và stream-wheel.^[6]^[7]^[8] Thuật ngữ undershot có thể đề cập tới bất cứ loại bánh xe nào mà nước chảy bên dưới bánh xe^[9] nhưng nó thường ám chỉ rằng dòng nước chảy vào thì thấp trên bánh xe.

Hầu hết bánh xe nước tại Vương quốc Anh và Hoa Kỳ là (hay đã từng là) bánh xe nằm dọc chạy trên trục nằm ngang, nhưng tại các cao nguyên Scotland và nhiều vùng thuộc Nam Âu các cối xay thường có bánh xe nằm ngang (với trục dọc).^{[cần dẫn nguồn]}

Các loại bánh xe nước nằm dọc

Bánh xe nước loại stream shot
Bánh xe nước loại undershot
Bánh xe nước loại breastshot
Bánh xe nước loại backshot
Bánh xe nước loại overshot

Chú thích

^ Cọn nước - nét văn hóa độc đáo miền non nước Cao Bằng
^ Dictionary definition of "tailrace"
^ Musson; Robinson (1969). Science and Technology in the Industrial Revolution. University of Toronto Press. tr. 69.
^ Thomson, Ross (2009). Structures of Change in the Mechanical Age: Technological Invention in the United States 1790-1865. Baltimore, MD: The Johns Hopkins University Press. tr. 34. ISBN 978-0-8018-9141-0.
^ “Types of Water Wheels – The Physics of a Water Wheel”. ffden-2.phys.uaf.edu (bằng tiếng Anh). Truy cập ngày 10 tháng 7 năm 2017.
^ “Stream wheel term and specifics”. Bản gốc lưu trữ ngày 7 tháng 10 năm 2011. Truy cập ngày 3 tháng 5 năm 2018.
^ Meriam Webster
^ Power in the Landscape
^ Collins English Dictionary

Tham khảo

Soto Gary, Water Wheel. vol. 163. No. 4. (Jan., 1994), p. 197
al-Hassani, S.T.S., Woodcock, E. and Saoud, R. (2006) 1001 inventions: Muslim heritage in our world, Manchester: Foundation for Science Technology and Civilisation, ISBN 0-9552426-0-6
Allan. ngày 18 tháng 4 năm 2008. Undershot Water Wheel. Truy cập from http://www.builditsolar.com/Projects/Hydro/UnderShot/WaterWheel.htm
Donners, K.; Waelkens, M.; Deckers, J. (2002), “Water Mills in the Area of Sagalassos: A Disappearing Ancient Technology”, Anatolian Studies, Anatolian Studies, Vol. 52, 52, tr. 1–17, doi:10.2307/3643076, JSTOR 3643076
Glick, T.F. (1970) Irrigation and society in medieval Valencia, Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press, ISBN 0-674-46675-6
Greene, Kevin (2000), “Technological Innovation and Economic Progress in the Ancient World: M.I. Finley Re-Considered”, The Economic History Review, 53 (1), tr. 29–59, doi:10.1111/1468-0289.00151
Hill, D.R. (1991) "Mechanical Engineering in the Medieval Near East", Scientific American, 264 (5:May), p. 100-105
Lucas, A.R. (2005). “Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds: A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe”. Technology and Culture. 46 (1): 1–30. doi:10.1353/tech.2005.0026.
Lewis, M.J.T. (1997) Millstone and Hammer: the origins of water power, University of Hull Press, ISBN 0-85958-657-X
Morton, W.S. and Lewis, C.M. (2005) China: Its History and Culture, 4th Ed., New York: McGraw-Hill, ISBN 0-07-141279-4
Murphy, Donald (2005), Excavations of a Mill at Killoteran, Co. Waterford as Part of the N-25 Waterford By-Pass Project (PDF), Estuarine/ Alluvial Archaeology in Ireland. Towards Best Practice, University College Dublin and National Roads Authority, Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 18 tháng 11 năm 2007, truy cập ngày 3 tháng 5 năm 2018
Needham, J. (1965) Science and Civilization in China – Vol. 4: Physics and physical technology – Part 2: Mechanical engineering, Cambridge University Press, ISBN 0-521-05803-1
Nuernbergk, D.M. (2005) Wasserräder mit Kropfgerinne: Berechnungsgrundlagen und neue Erkenntnisse, Detmold: Schäfer, ISBN 3-87696-121-1
Nuernbergk, D.M. (2007) Wasserräder mit Freihang: Entwurfs- und Berechnungsgrundlagen, Detmold: Schäfer, ISBN 3-87696-122-X
Pacey, A. (1991) Technology in World Civilization: A Thousand-year History, 1st MIT Press ed., Cambridge, Massachusetts: MIT, ISBN 0-262-66072-5
Oleson, John Peter (1984), Greek and Roman Mechanical Water-Lifting Devices: The History of a Technology, University of Toronto Press, ISBN 90-277-1693-5
Quaranta Emanuele, Revelli Roberto (2015), Performance characteristics, power losses and mechanical power estimation for a breastshot water wheel, Energy, Elsevier, doi:10.1016/j.energy.2015.04.079
Oleson, John Peter (2000), “Water-Lifting”, trong Wikander, Örjan (biên tập), Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden: Brill, tr. 217–302, ISBN 90-04-11123-9
Reynolds, T.S. (1983) Stronger Than a Hundred Men: A History of the Vertical Water Wheel, Johns Hopkins studies in the history of technology: New Series 7, Baltimore: Johns Hopkins University Press, ISBN 0-8018-2554-7
Schioler, Thorkild (1973), Roman and Islamic Water-Lifting Wheels, Odense University Press, ISBN 87-7492-090-1
Shannon, R. 1997. Water Wheel Engineering. Truy cập from http://permaculturewest.org.au/ipc6/ch08/shannon/index.html Lưu trữ 2017-09-20 tại Wayback Machine.
Siddiqui, Iqtidar Husain (1986). “Water Works and Irrigation System in India during Pre-Mughal Times”. Journal of the Economic and Social History of the Orient. 29 (1): 52–77. doi:10.1163/156852086X00036.
Syson, l. (1965) British Water-mills, London: Batsford, 176 p.
Wikander, Örjan (1985), “Archaeological Evidence for Early Water-Mills. An Interim Report”, History of Technology, 10, tr. 151–179
Wikander, Örjan (2000), “The Water-Mill”, trong Wikander, Örjan (biên tập), Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, 2, Leiden: Brill, tr. 371–400, ISBN 90-04-11123-9
Wilson, Andrew (1995), “Water-Power in North Africa and the Development of the Horizontal Water-Wheel”, Journal of Roman Archaeology, 8, tr. 499–510
Wilson, Andrew (2002), “Machines, Power and the Ancient Economy”, The Journal of Roman Studies, 92, tr. 1–32, doi:10.2307/3184857, JSTOR 3184857