Vízimalom

A vízimalom kifejezés alatt az erőforrásként vízienergiát felhasználó, elsősorban gabona őrlésére szolgáló malomépületet és a hozzá tartozó gépi berendezést értjük. A vízimalmok folyók vagy patakok mellé emelt épületek, melyeknek gépeit vízkerék (vízikerék) hajtja meg, de vannak olyan vízimalmok – a hajómalmok –, melyeket erre a célra készített hajókra építenek és nagy vízhozamú, de kis esésű folyókon horgonyoznak le. Készültek olyan vízimalmok is, melyek a tenger árapály-erőit használják fel. A 19. század végétől kezdve sok vízimalomban a vízkereket jobb hatásfokú vízturbinával váltották fel.

Története Görög–római világ bélyegkép|jobbra|Vitruvius által leírt római vízimalom modellje bélyegkép|jobbra|Római vízimalom a tunéziai Chemtouban. A függőleges tengelyű vízkerék a mai vízturbinákhoz hasonlóan működött. Ez a legkorábbról ismert ilyen típus.; ;

A vízimalom használatának első megbízható bizonyítékai az ókori görög–római világból valók. M. J. T. Lewis angol technikatörténész kimutatta, hogy bizánci Philo mechanikai értekezésének vízkereket leíró részei, melyeket korábban arab hozzászerkesztésnek tartottak, valójában eredetiek, és az i. e. 3. századból származnak.M. J. T. Lewis, Millstone and Hammer: the origins of water power (University of Hull Press 1997) Sztrabón „Geographica” című munkájában megemlít egy másik korai vízimalmot, mely VI. Mithridatész Eupator (i. e. 120–63) cabirai palotája közelében állt. Az első egyértelmű bizonyítékot a vízkerékről thesszalonikéi Antipater görög epigrammaköltő szolgáltatta az i. e. 1. század elején: dicsérte, mert megőrli a gabonát, és megkíméli az embert a nehéz munkától. Meg kell jegyezni, hogy ez a malom már egy fejlettebb függőleges tengelyű típus volt, melyet áttételen keresztül hajtottak.Lewis, p. vii.

bélyegkép|balra|A római hierapolisi fűrészmalom vázlata. Ez a legkorábbi általunk ismert gép, melybe forgattyús tengelyt és hajtórudat építettek bélyegkép|balra|A spanyolországi Rio Tinto melletti bányáknál feltárt vízkiemelő vízkerékrendszer vázlata

A vízimalmokat főként gabona őrlésére használták Plinius szerint, de alkalmazták ványolásramek.oszk.hu és márvány darabolására (fűrészelésére) is.Lewis, passim. Az i. sz. 3. századi hiaropolisi fűrészmalom az első olyan gép, melybe forgattyús mechanizmust is építettek. Hasonló 6. századi fűrészmalmokat – melyek szintén forgattyús mechanizmussal mozgatták a fűrészt – tártak fel Gerasában (ma Jerash Jordániában) és Epheszoszban. A Mosel folyó németországi területén található, vízienergiával hajtott márványfűrészeket Ausonius említi a 4. században, ez a vízienergia széles körű használatáról tanúskodik a Római Birodalomban.

A rómaiak rögzített helyzetű vízimalmokat is és hajómalmokat is építettek. Az úgynevezett „görög malmok” vízszintesen forgó vízkerekéhez függőleges tengely tartozott, ezzel szemben a római malmok vízkereke függőleges volt, a tengelye pedig vízszintes. A görög malom volt a korábbi és egyszerűbb szerkezet, de csak nagy vízhozamú vízfolyások mellett lehetett működtetni, és ott is csak kisebb méretű malomköveket volt képes meghajtani. A római malom szerkezete bonyolultabb volt, mivel a vízkerék a tengelyére merőleges malomkerék-tengelyt már fogaskerék-áttétellel hajtotta.

Különösen nagy és bonyolult volt a Franciaországban, Arles közelében feltárt 2. századbeli római kori barbegali akvadukt vízimalmok rendszere. Ez az a telep, melyet az ókor legnagyobb mechanikai teljesítmény-együtteseként emlegetnekKevin Greene, "Technological Innovation and Economic Progress in the Ancient World: M.I. Finley Re-Considered", The Economic History Review, New Series, Vol. 53, No. 1. (Feb., 2000), pp. 29-59 (39) 16 db, liszt őrlésére szolgáló vízimalomból állt, melyek mindegyikét felülcsapott vízkerék hajtotta. A malmok összteljesítményét napi 4,5 tonna lisztre becsülik, ez a mennyiség elegendő volt a mintegy 12 500 fő ellátására, mely az akkori idők Arelate (Arles) városának teljes lakosságát jelentette. Hasonló telep működött a Janiculum hegyen, mely Rómát látta el, és Aurelianus császár véleménye szerint elég fontos volt ahhoz hogy az Aurelianus-féle fal által védett területre kerüljön a 3. században. 537-ben, amikor az osztrogótok az ostrom alatt elterelték ezeknek a malmoknak a vizét, Flavius Belisarius kelet-római hadvezér ötletesen hajómalmokat építtetett a Tiberisen a helyettesítésükre.

Bár a legújabb időkig csak néhány tucat római malmot tártak fel, az akvaduktok széles körű használata azt sugallja, hogy nagyon sok még felfedezésre vár. A római London legújabb ásatásai például arra utalnak, hogy árapály-malom és egy akvaduktra épülő vízimalmok sora lehetett a Fleet folyócska mentén.

A római időkben a mélyen fekvő bányák víztelenítéséhez általános volt a vízemelő gépek használata. Néhány ilyen gépet Vitruvius írt le, többek között a fordított felülcsapott vízkereket és az arkhimédészi csavart. Sok ilyen gépet találtak Spanyolországban a Rio Tinto rézbányáinak újkori művelése alatt, többek között 16 ilyen egymás után telepített vízemelő kerékkel mintegy 25 m mély tárnából emelték ki a vizet. Egy ilyen kerék alkatrészeit találták meg Dolaucothiban, egy római aranybányában dél-Walesben az 1930-as években, amikor a bányát újra megnyitották. Ez a berendezés hasonló lehetett a Rio Tintónál feltárttal. A C-14-es vizsgálat szerint a lelet i. sz. 80-ból való, mivel azonban a fa anyaga sokkal régibb, mint a bánya, úgy tűnik, hogy a kitermelés legalább 30-50 éven át folyt. Ebből a néhány, a bányák mélyén jól megmaradt leletből következik, hogy a vízkerekek bevált erőgépek voltak, és az ilyen függőleges állású vízkerekeket a korabeli ipar is sűrűn használta.

Az ókori Kína bélyegkép|jobbra|Magok hántolására szolgáló vízszintes kerekű vízimalom a Szung-dinasztia idejéből (960–1127)

A vízkereket Kínában a Han-dinasztia idején találták fel (i. e. 202 – i. sz. 220), ahol kölyűNeedham (1986), Volume 4, Part 2, 390–392 (magprés) és a vasgyártásban fújtatóde Crespigny (2007), 184Needham (1986), Volume 4, Part 2, 370. működtetésére alkalmazták, egy helyen pedig csillagászati megfigyelések céljából egy armilláris gömbde Crespigny (2007), 1050.Needham (1986), Volume 4, Part 2, 88–89. forgatására használták. Bár Joseph Needham feltételezi, hogy vízzel hajtott malomköveknek már az 1. századtól kezdve létezniük kellett a Han-kori Kínában, ilyen malmok működésére kielégítő írott bizonyíték csak az 5. századtól ismert.Needham (1986), Volume 4, Part 2, 396–400. Cu Csung-cse matematikus és mérnök i. sz. 488-ban egy vízimalmot épített, mely Wu (a déli Qi császára) felügyelete alá tartozott.Needham (1986), Volume 4, Part 2, 400. Yang Su mérnök a Sui dinasztia (581–618) alatt állítólag több száz vízimalmot működtetett. Az egyik, 612-ből származó forrás buddhista szerzeteseket említ, akik a vízimalmok segítségével szerzett jövedelem mellett érvelnek.Needham (1986), Volume 4, Part 2, 400–401. A Tang-dinasztia (618–907) „A víziutak minisztériumának rendelete” címmel (melyet 737-ben írtak) elrendeli, hogy a vízimalmoknak nem szabad akadályozni a hajózást a folyókon, és esetenként megtiltotta használatukat az év bizonyos időszakaiban. Más 8. századbeli Tang-kori forrásokból tudjuk, hogy ezeket a rendeleteket nagyon szigorúan betartatták, és a hatóság sok gazdag család, kereskedő és buddhista kolostor tulajdonában lévő vízimalmot lerombolt, melyek megsértették ezt a rendeletet.

Érdekesség, hogy a Tang Xuan Zong császár (uralkodott i. sz. 712–756) szolgálatában álló egyik udvari eunuchnak 748-tól tulajdonába került egy vízimalom, mely öt vízkerék segítségével mintegy 10 m³ búzát őrölt naponta. I. sz. 610-ben vagy 670-ben Japánba is eljutott a vízimalom híre a Koreai-félszigeten keresztülNeedham (1986), Volume 4, Part 2, 401. és Tibetben is ismert lett legkésőbb 641-től.

Az ókori India A vízimalom korai története Indiában az idők homályába vész.

Az ismert, hogy a növények számára az öntözővizet vízemelő kerekekkel biztosítottak, melyek közül néhányat annak a folyónak az áramló vizével hajtottak meg, melyekből az öntözővizet nyerték.Pacey, pp. 10.

Egyes i. e. 4. századi ókori indiai szövegek használják a „cakkavattaka” (forgó kerék) kifejezést, melyet a kommentárok így magyaráznak: „arahatta-ghati-yanta”, azaz „kerékre erősített edények gépe”. Ennek alapján Joseph Needham azt feltételezte, hogy a gép egy nória (vízemelő kerék) volt. Terry S. Reynolds azonban úgy érvel, hogy az indiai szövegekben említett fogalom homályos, és nem utal világosan vízzel hajtott eszközre. Thorkild Schiøler úgy véli, hogy ezek a szövegrészek inkább egy taposókerékkel vagy kézzel hajtott vízemelő eszközre, mint vízzel hajtott vízemelő szerkezetre utalnak.Reynolds, p. 14.

I. sz. 1150 körül Bhāskara II asztronómus vízemelő kerekeket szemlélve elképzelt egy örökmozgót egy vízemelő kerék alakjában, mely annyi vizet képes felnyomni, amennyi elegendő a saját meghajtására.Pacey, pp. 36.

Arab és perzsa munkák leírják az Indiában létesített vízműveket és víztechnológiát. A középkorban az indiai és perzsa öntözéses technikák egymásra hatása fejlett öntözési rendszereket teremtett, ami a gazdaság fejlődését eredményezte.Iqtidar Husain Siddiqui, "Water Works and Irrigation System in India during Pre-Mughal Times", Journal of the Economic and Social History of the Orient, Vol. 29, No. 1 (Feb., 1986), pp. 52–77.

A középkori Európa bélyegkép|jobbra|Középkori vízimalom

Adam Lukas 2005-ben készített kutatása az alábbiak szerint adta meg a különböző ipari vízimalmok megjelenését Európában, de felhívja a figyelmet arra hogy az egyes országokban további adatkutatás szükséges. Említésre méltó Franciaország szerepe a vízienergia különböző iparágakba való bevezetésében.

Különböző malmok első megjelenése a középkori Európában 770-1443 közöttAdam Robert Lucas, 'Industrial Milling in the Ancient and Medieval Worlds. A Survey of the Evidence for an Industrial Revolution in Medieval Europe', Technology and Culture, Vol. 46, (Jan. 2005), pp. 1-30 (17).A malom típusa Dátum OrszágMaláta-malom770FranciaországKallómalom1080FranciaországCserzőmalomkb. 1134FranciaországHámorkb. 1200Anglia, FranciaországKöszörű-malom1203FranciaországKender-malom1209FranciaországFújtató1269, 1283Magyarország (jelenleg Szlovákia), FranciaországFűrészmalomkb. 1300FranciaországÉrcőrlő malom1317NémetországNagyolvasztó1384FranciaországVágó és daraboló malom1443Franciaország Figyelemre méltó, hogy Észak-Írországban jelenleg folyik egy korai árapály-malom ásatása a Nendrum Monastic Siteon. A Nendrum kolostor-malom keletkezése dendrokronológiai módszerrel i. sz. 787-re datálható.

Iszlám világ A muszlim gépészek a vízkerék alkalmazását az ókori Közel-Kelettől vették át, ahol azt már évszázadokkal a területek meghódítása előtt ismerték. Basra környékén egy csatorna ásatásakor feltárták egy, ebből a korból származó vízkerék maradványait. A szíriai Hama mellett az Orontész folyón még áll néhány nagy kerék, bár már nem működik.al-Hassani, Woodcock and Saoud (2006) Muslim Heritage in Our World, FSTC Publishing, p.115. A legnagyobb átmérője körülbelül 20 m, és koszorúját 120 darabból állították össze. Egy másik, ezekhez hasonló kerék La Nora mellett Murciában (Spanyolországban) még ma is üzemel, de a fából készült kereket már kicserélték acélszerkezetre, viszont az al-Andalus-i (mórok által épített) eredeti rendszer láthatólag érintetlen. Egyes középkori iszlám leírásokban szereplő vízkerék 30 m magasra is ki tudta emelni a vizet a folyóból.

A lendítőkereket, melynek feladata, hogy egyféle meghajtás teljesítményének ingadozását kiegyenlítse a hajtott szerkezet felé, Ibn Bassal (1038-1075) találta fel al-Andalusban, és ő is alkalmazta először a vödörláncos vízemelőkön (saqiya) és nóriákon.Ahmad Y Hassan, Flywheel Effect for a Saqiya.

Vízimalom

Źródło i licencja