دولاب مائي

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 53 صور
الموسوعة الحرة
دولاب مائي في إرلانجن ، ألمانيا
عجلة المياه العكسية التي تشغل رافعة منجم في كتاب De re metallica ( جورجيوس أغريكولا ، 1566)
صوت دولاب أوتلي المائي، في متحف مانشستر للعلوم والصناعة

العجلة المائية هي آلة لتحويل الطاقة الحركية للمياه المتدفقة أو المتساقطة إلى أشكال مفيدة من الطاقة، وغالبًا ما تُستخدم في طواحين المياه . تتكون العجلة المائية من عجلة كبيرة (مصنوعة عادةً من الخشب أو المعدن)، مع العديد من الشفرات أو الدلاء المثبتة على حافتها الخارجية لتشكيل آلية الدفع. استمر استخدام العجلات المائية تجاريًا حتى القرن العشرين، على الرغم من أنها لم تعد شائعة الاستخدام اليوم. تُستخدم العجلات المائية في طحن الدقيق في مطاحن الحبوب ، وطحن الخشب إلى لب لصناعة الورق ، وتشكيل الحديد المطاوع ، والتشغيل الآلي، وسحق الخامات، ودق الألياف لاستخدامها في صناعة الأقمشة .

تُغذّى بعض الدواليب المائية بمياه بركة الطاحونة ، التي تتشكل عند سدّ مجرى مائي . يُطلق على القناة التي تتدفق منها المياه إلى أو من دولاب الماء اسم قناة الطاحونة . القناة التي تنقل المياه من بركة الطاحونة إلى دولاب الماء تُسمى قناة التغذية ؛ أما القناة التي تحمل المياه بعد خروجها من الدولاب فتُسمى قناة التصريف . [ 1 ]

استُخدمت الدواليب المائية لأغراضٍ متنوعة، من الزراعة إلى صناعة المعادن الحديدية، في حضاراتٍ قديمةٍ امتدت عبر الشرق الأدنى ، والعالم الهلنستي ، والصين ، والإمبراطورية الرومانية ، والهند . واستمر استخدامها في العصر ما بعد الكلاسيكي ، كما في أوروبا في العصور الوسطى والعصر الذهبي الإسلامي ، وفي أماكن أخرى أيضًا. في منتصف القرن الثامن عشر، أدى بحث جون سميتون العلمي في الدواليب المائية إلى زياداتٍ كبيرةٍ في كفاءتها، مما وفّر الطاقة اللازمة للثورة الصناعية . [ 2 ] [ 3 ] بدأت التوربينات ، التي طوّرها بينوا فورنييرون ، تحل محل الدواليب المائية، وهي أصغر حجمًا وأقل تكلفةً وأكثر كفاءةً ، بدءًا من نموذجه الأول عام 1827. [ 3 ] تتميز التوربينات بقدرتها على التعامل مع ارتفاعاتٍ عاليةٍ تتجاوز قدرة الدواليب المائية ذات الأحجام العملية.

تكمن الصعوبة الرئيسية في دواليب المياه في اعتمادها على المياه الجارية، مما يحد من أماكن إنشائها. ويمكن اعتبار السدود الكهرومائية الحديثة امتداداً لدواليب المياه، إذ تستفيد هي الأخرى من حركة المياه المتدفقة إلى أسفل المنحدر.

الأنواع

عجلة مائية عمودية

تأتي دواليب المياه بتصميمين أساسيين: [ 4 ]

  • عجلة أفقية ذات محور رأسي؛ أو
  • عجلة عمودية ذات محور أفقي.

يمكن تقسيم هذه الأخيرة وفقًا لمكان اصطدام الماء بالعجلة إلى عجلات خلفية (مائلة للخلف [ 5 ] )، وعجلات علوية، وعجلات صدرية، وعجلات سفلية، وعجلات تيارية. [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] يشير مصطلح العجلة السفلية إلى أي عجلة يمر الماء أسفلها [ 9 ]، ولكنه عادةً ما يعني أن دخول الماء يكون منخفضًا على العجلة.

تُستخدم عجلات المياه العلوية والخلفية عادةً عندما يكون فرق الارتفاع المتاح أكثر من مترين. أما عجلات المياه الأمامية فهي أنسب للتدفقات الكبيرة ذات الارتفاع المتوسط . بينما تُستخدم عجلات المياه السفلية وعجلات المياه النهرية للتدفقات الكبيرة ذات الارتفاع المنخفض أو المعدوم.

غالباً ما توجد بركة مياه ملحقة بالطاحونة ، وهي خزان لتخزين المياه وبالتالي الطاقة لحين الحاجة إليها. تخزن الرؤوس الأكبر طاقة وضع جاذبية أكبر لنفس كمية الماء، لذا تميل خزانات دواليب الدفع العلوي والخلفي إلى أن تكون أصغر من خزانات دواليب الدفع الأمامي.

تُعدّ دواليب المياه العلوية والخلفية مناسبةً للجداول الصغيرة التي يزيد فرق الارتفاع فيها عن مترين (6.5 قدم) ، وغالبًا ما تكون مرتبطة بخزانات صغيرة. أما دواليب المياه السفلية والجانبية، فيمكن استخدامها في الأنهار أو في التدفقات الكبيرة مع الخزانات الضخمة. 

ملخص الأنواع

المحور الرأسي المعروف أيضًا باسم المطاحن الأنبوبية أو المطاحن النوردية.
  • عجلة أفقية ذات محور رأسي
  • تصطدم نفثة من الماء بشفرات مثبتة على المحور
  • أسطح القيادة – الشفرات
  • الماء – حجم منخفض، ضغط مرتفع
  • الكفاءة - ضعيفة
رسم تخطيطي لطاحونة مائية ذات محور رأسي
التيار (المعروف أيضًا بالسطح الحر ). عجلات السفن هي نوع من عجلات التيار.
  • عجلة عمودية ذات محور أفقي
  • يتم وضع الجزء السفلي من العجلة في الماء الجاري
  • أسطح القيادة – الشفرات – كانت مسطحة قبل القرن الثامن عشر، ومنحنية بعد ذلك
  • الماء – حجم كبير جدًا، بدون ضغط
  • الكفاءة – حوالي 20% قبل القرن الثامن عشر، ثم ارتفعت إلى ما بين 50 و60% لاحقاً
رسم تخطيطي لعجلة مائية ذات تدفق مائي
لقطة سفلية
  • عجلة عمودية ذات محور أفقي
  • يصطدم الماء بالعجلة من الأسفل، عادةً في الربع السفلي.
  • أسطح القيادة – الشفرات – كانت مسطحة قبل القرن الثامن عشر، ومنحنية بعد ذلك
  • الماء – حجم كبير، ضغط منخفض
  • الكفاءة – حوالي 20% قبل القرن الثامن عشر، ثم ارتفعت إلى ما بين 50 و60% لاحقاً
رسم تخطيطي لعجلة مائية سفلية يوضح قناة التغذية، وقناة التصريف، والماء
لقطة صدر
  • عجلة عمودية ذات محور أفقي
  • يصطدم الماء بالعجلة تقريبًا في المنتصف، عادةً ما بين ربع وثلاثة أرباع الارتفاع.
  • أسطح القيادة - دلاء - مصممة بعناية لضمان دخول الماء بسلاسة
  • الماء – حجم كبير، ضغط معتدل
  • الكفاءة – من 50 إلى 60%
رسم تخطيطي لعجلة مائية أمامية يوضح قناة التغذية الأمامية وقناة التغذية الخلفية والماء
تجاوز
  • عجلة عمودية ذات محور أفقي
  • يصطدم الماء بالقرب من أعلى العجلة وأمام المحور بحيث ينحرف بعيدًا عن قناة التغذية الرئيسية.
  • أسطح القيادة – الجرافات
  • الماء – حجم منخفض، رأس كبير
  • الكفاءة – من 80 إلى 90%
رسم تخطيطي لعجلة مائية علوية يوضح قناة التغذية، وقناة التصريف، والماء، والانسكاب.
اللقطة الخلفية (المعروفة أيضًا باسم الرمية الخلفية)
  • عجلة عمودية ذات محور أفقي
  • يصطدم الماء بالقرب من أعلى العجلة وقبل المحور بحيث ينعطف عائدًا نحو قناة التغذية الرئيسية
  • أسطح القيادة – الجرافات
  • الماء – حجم منخفض، رأس كبير
  • الكفاءة – من 80 إلى 90%
رسم تخطيطي لعجلة مائية خلفية يوضح مسار الماء، ومسار التصريف، والماء، والانسكاب.

المحور الرأسي

طاحونة مائية ذات محور رأسي

عجلة أفقية ذات محور رأسي.

تُعرف العجلة الأفقية ، التي تُسمى عادةً بالعجلة الأنبوبية أو الطاحونة النوردية أو الطاحونة اليونانية ، [ 10 ] [ 11 ] بأنها شكل بدائي وغير فعال من التوربينات الحديثة. ومع ذلك، إذا كانت تُنتج الطاقة المطلوبة، فإن الكفاءة تُصبح ذات أهمية ثانوية. وعادةً ما تُركّب داخل مبنى الطاحونة أسفل أرضية العمل. يُوجّه تيار من الماء نحو مجاديف العجلة المائية، مما يُؤدي إلى دورانها. هذا نظام بسيط، عادةً بدون تروس، بحيث يُصبح المحور الرأسي للعجلة المائية هو محور دوران الطاحونة.

تدفق

لقطة لجدول مائي

العجلة المائية [ 6 ] [ 12 ] هي عجلة مائية مثبتة عموديًا، تدور بفعل الماء في مجرى مائي، حيث تضرب مجاديف أو شفرات في أسفل العجلة. يُعد هذا النوع من العجلات المائية أقدم أنواع العجلات ذات المحور الأفقي. وتُعرف أيضًا باسم عجلات السطح الحر، لأن الماء لا يُقيد بقنوات أو أحواض مخصصة للعجلات.

تُعدّ الدواليب المائية أرخص وأبسط في البناء، ولها تأثير بيئي أقل من أنواع الدواليب الأخرى. كما أنها لا تُحدث تغييرًا كبيرًا في مجرى النهر. ومن عيوبها انخفاض كفاءتها، ما يعني أنها تُولّد طاقة أقل، ولا يُمكن استخدامها إلا في حال كان معدل التدفق كافيًا. يستهلك دولاب الدُفعة ذو اللوح المسطح النموذجي حوالي 20% من طاقة تدفق المياه التي تصطدم به، وذلك وفقًا لقياسات المهندس المدني الإنجليزي جون سميتون في القرن الثامن عشر. [ 13 ] أما الدواليب الحديثة، فتتمتع بكفاءة أعلى.

لا تستفيد عجلات التيار إلا قليلاً أو لا تستفيد على الإطلاق من فرق مستوى الماء.

تُعرف عجلات التيار المثبتة على منصات عائمة باسم عجلات الورك، ويُطلق على الطاحونة اسم طاحونة السفن . وكانت تُركّب أحيانًا مباشرةً أسفل الجسور حيث يؤدي تقييد تدفق المياه بواسطة دعامات الجسر إلى زيادة سرعة التيار.

تاريخياً، كانت هذه الأساليب غير فعالة للغاية، ولكن تم إحراز تقدم كبير في القرن الثامن عشر. [ 14 ]

عجلة القيادة السفلية

دولاب مائي سفلي يُظهر قناة التغذية، وقناة التصريف، والماء

العجلة المائية السفلية هي عجلة مائية مثبتة عموديًا بمحور أفقي يدور بفعل الماء المتدفق من سد منخفض، والذي يصطدم بالعجلة في ربعها السفلي. يأتي معظم الطاقة المكتسبة من حركة الماء، بينما يأتي جزء ضئيل نسبيًا من الارتفاع. وهي تشبه في طريقة عملها وتصميمها عجلات التيارات المائية.

يُستخدم مصطلح "الضربة السفلية" أحيانًا بمعانٍ مترابطة ولكنها مختلفة:

  • جميع العجلات التي يمر الماء تحتها [ 15 ]
  • العجلات حيث يدخل الماء في الربع السفلي.
  • عجلات تُوضع فيها المجاديف في مجرى النهر. انظر إلى المجرى أعلاه. [ 16 ] [ 12 ]

هذا هو أقدم أنواع عجلات المياه العمودية.

عجلة التسديدة الصدرية

لقطة مقرّبة لعجلة مائية تُظهر قناة التغذية، وقناة التصريف، والماء.

يُستخدم مصطلح "الرمية الصدرية" بطرقٍ متنوعة. فبعض المؤلفين يُقصرون استخدامه على العجلات التي يدخل الماء عند موضع الساعة العاشرة تقريبًا، وآخرون عند موضع الساعة التاسعة، بينما يُشير آخرون إلى نطاقٍ واسع من الارتفاعات. [ 17 ] في هذه المقالة، يُستخدم المصطلح للعجلات التي يكون فيها دخول الماء أعلى بكثير من الأسفل وأدنى بكثير من الأعلى، وعادةً ما يكون في النصف الأوسط.

تتميز بما يلي:

  • دلاء مصممة بعناية لتقليل الاضطراب عند دخول الماء.
  • دلاء مزودة بفتحات تهوية في الجانب للسماح للهواء بالخروج عند دخول الماء.
  • مئزر مبني من الحجر يتطابق تمامًا مع وجه العجلة، مما يساعد على احتواء الماء في الدلاء أثناء تحركها إلى أسفل.

يتم استخدام كل من الطاقة الحركية (الحركة) والطاقة الكامنة (الطول والوزن).

يتطلب الخلوص الصغير بين العجلة والبناء أن تحتوي عجلة إطلاق النار على شبكة جيدة للنفايات (شاشة باللغة الإنجليزية البريطانية) لمنع الحطام من الانحشار بين العجلة والمئزر واحتمال التسبب في أضرار جسيمة.

تُعدّ عجلات الحقن المباشر أقل كفاءة من عجلات الحقن العلوي والخلفي، لكنها قادرة على التعامل مع معدلات تدفق عالية، وبالتالي طاقة عالية. وهي مفضلة للتدفقات الثابتة ذات الحجم الكبير، كما هو الحال في خط الشلالات على الساحل الشرقي لأمريكا الشمالية. تُعدّ عجلات الحقن المباشر النوع الأكثر شيوعًا في الولايات المتحدة الأمريكية، ويُقال إنها ساهمت في دفع عجلة الثورة الصناعية. [ 14 ]

عجلة التجاوز

دولاب مائي علوي يُظهر قناة التغذية، وقناة التصريف، والماء، والانسكاب.

تُعرف العجلة المائية المثبتة عموديًا والتي تدور بفعل الماء المتدفق من الدلاء أسفل قمة العجلة مباشرةً باسم "العجلة العلوية". ويُستخدم هذا المصطلح أحيانًا، خطأً، لوصف العجلات المائية الخلفية، حيث يتدفق الماء خلف العجلة.

في نظام العجلة العلوية النموذجي، يُوجَّه الماء إلى العجلة من الأعلى، متجاوزًا المحور قليلًا. يتجمع الماء في الدلاء على ذلك الجانب من العجلة، مما يجعله أثقل من الجانب الآخر "الفارغ". يُدير هذا الوزن العجلة، ويتدفق الماء إلى مياه المصب عندما تدور العجلة بما يكفي لقلب الدلاء. يتميز تصميم العجلة العلوية بكفاءة عالية، إذ تصل كفاءته إلى 90% [ 18 ] ، ولا يتطلب تدفقًا سريعًا.

تُستمد معظم الطاقة من وزن الماء المُنزل إلى قناة التصريف، مع إمكانية مساهمة طفيفة من الطاقة الحركية للماء الداخل إلى العجلة. وهي مُلائمة لارتفاعات أكبر من النوع الآخر من العجلات، لذا فهي مثالية للمناطق الجبلية. مع ذلك، حتى أكبر عجلة مائية، وهي عجلة لاكسي في جزيرة مان ، لا تستخدم سوى ارتفاع حوالي 30 مترًا (100 قدم) . أما أكبر توربينات الارتفاع في العالم، وهي محطة بيودرون الكهرومائية في سويسرا ، فتستخدم ارتفاعًا يبلغ حوالي 1869 مترًا (6132 قدمًا) .    

تتطلب العجلات العلوية رأسًا كبيرًا مقارنةً بأنواع العجلات الأخرى، مما يعني عادةً استثمارًا كبيرًا في بناء قناة التغذية. أحيانًا يكون مسار الماء النهائي إلى العجلة عبر قناة أو أنبوب ضغط ، وقد يكون هذا المسار طويلًا.

عجلة التصوير الخلفي

لقطة خلفية لعجلة مائية تُظهر مسار الماء، ومسار الماء، والماء المتدفق.

عجلة الارتداد (وتُسمى أيضًا عجلة الانحناء ) هي نوع من عجلات الرفع، حيث يُضخ الماء قبل قمة العجلة مباشرةً. في كثير من الحالات، تتميز هذه العجلة بأن قاعها يتحرك في نفس اتجاه الماء في قناة التصريف، مما يزيد من كفاءتها. كما أنها تتفوق على عجلة الرفع في حالات الفيضانات، حيث قد يغمر مستوى الماء قاع العجلة. وتستمر العجلة في الدوران حتى يرتفع منسوب الماء في حوضها إلى مستوى عالٍ. هذا يجعل هذه التقنية مناسبة بشكل خاص للجداول التي تشهد تقلبات كبيرة في التدفق، ويقلل من حجم قناة التصريف وتعقيدها، وبالتالي تكلفتها.

اتجاه دوران عجلة الرمية الخلفية هو نفسه اتجاه دوران عجلة الرمية الأمامية، ولكنها في جوانب أخرى تشبه إلى حد كبير عجلة الرمية العلوية. انظر أدناه.

هجين

اللقطة العلوية واللقطة الخلفية

إحدى عجلات المياه التابعة لشركة فينش فاوندري.

تتميز بعض العجلات بتصميم علوي مائل وسفلي مائل، مما يجمع بين أفضل خصائص كلا النوعين. تُظهر الصورة مثالًا على ذلك في مصنع فينش في ديفون، المملكة المتحدة. قناة التغذية هي الهيكل الخشبي العلوي، ويتفرع منها فرع إلى اليسار لتزويد العجلة بالماء. يخرج الماء من أسفل العجلة عائدًا إلى مجرى الماء.

قابل للعكس

تعتمد مطحنة أندرسون في تكساس على نظام التغذية السفلية والخلفية والعلوية باستخدام مصدرين للمياه، مما يسمح بعكس اتجاه دوران العجلة.

يُعدّ دولاب الماء العكسي نوعًا خاصًا من دواليب المياه العلوية/الخلفية. يحتوي هذا الدولاب على مجموعتين من الشفرات أو الدلاء تدوران في اتجاهين متعاكسين، مما يسمح له بالدوران في أي اتجاه حسب اتجاه تدفق الماء. استُخدمت دواليب الماء العكسية في صناعة التعدين لتشغيل وسائل نقل الخام المختلفة. فبتغيير اتجاه دوران الدولاب، كان بالإمكان رفع أو خفض براميل أو سلال الخام في عمود أو سطح مائل. عادةً ما كان يُثبّت على محور الدولاب بكرة كابل أو سلة سلسلة. ومن الضروري أن يحتوي الدولاب على نظام كبح لإيقافه (يُعرف باسم دولاب الكبح). يعود أقدم رسم معروف لدولاب الماء العكسي إلى جورجيوس أغريكولا عام 1556.

تاريخ

كما هو الحال في جميع الآلات، تُعدّ الحركة الدورانية أكثر كفاءة في أجهزة رفع المياه من الحركة التذبذبية. [ 19 ] من حيث مصدر الطاقة، يمكن تدوير دواليب المياه إما بقوة الإنسان أو الحيوان أو بتيار الماء نفسه. تأتي دواليب المياه بتصميمين أساسيين، أحدهما مزود بمحور رأسي والآخر بمحور أفقي. يمكن تقسيم النوع الأخير، اعتمادًا على مكان اصطدام الماء بشفرات العجلة، إلى دواليب علوية وسفلية وسفلية. تاريخيًا، كانت الوظيفتان الرئيسيتان لدواليب المياه هما رفع المياه لأغراض الري والطحن، وخاصة طحن الحبوب. في حالة المطاحن ذات المحور الأفقي، يلزم وجود نظام تروس لنقل الطاقة، وهو ما لا تحتاجه المطاحن ذات المحور الرأسي.

الشرق الأدنى القديم

ظهرت العجلة المائية لأول مرة في الشرق الأدنى القديم ، [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] وتحديدًا في مصر القديمة ، في القرن الرابع قبل الميلاد. [ 22 ] [ 23 ] [ 21 ] وفي مناطق أخرى من الشرق الأدنى ، توجد أدلة أثرية تشير إلى احتمال استخدام العجلة المائية في غرب آسيا خلال القرن الرابع قبل الميلاد، [ 24 ] ولكن لا توجد أدلة أدبية على استخدامها في بلاد ما بين النهرين [ 25 ] [ 26 ] قبل القرن الثالث قبل الميلاد. [ 27 ] [ 28 ] استُخدمت العجلة المائية في الشرق الأدنى بحلول القرن الثالث قبل  الميلاد لتحريك أحجار الرحى وطحن الحبوب على نطاق صغير . [ 20 ] ويشير تيري س. رينولدز إلى أن أولى العجلات المائية كانت تُسمى "النوريا" ، وبحلول القرن الثاني  قبل الميلاد، تطورت إلى الطاحونة المائية العمودية في سوريا وآسيا الصغرى ، ومنها انتشرت إلى اليونان والإمبراطورية الرومانية . [ 29 ] استُخدمت الدواليب المائية في الشرق الأدنى خلال العصر الهلنستي بين القرنين الثالث والأول قبل الميلاد، [ 30 ] وانتشرت السقاية بسرعة في جميع أنحاء الشرق الأدنى خلال هذه الفترة. [ 31 ]

رفع المياه في مصر

The compartmented water wheel comes in two basic forms, the wheel with compartmented body (Latintympanum) and the wheel with compartmented rim or a rim with separate, attached containers.[19] The wheels could be either turned by men treading on its outside or by animals by means of a sakia gear.[32] While the tympanum had a large discharge capacity, it could lift the water only to less than the height of its own radius and required a large torque for rotating.[32] These constructional deficiencies were overcome by the wheel with a compartmented rim which was a less heavy design with a higher lift.[33]

Paddle-driven water-lifting wheels had appeared in ancient Egypt by the 4th century BC.[34][23] The Egyptians are credited with inventing the water wheel with attached pots, a water wheel with water compartments and a bucket chain, which ran over a pulley with buckets attached to it. The invention of the compartmentalized water wheel occurred in ancient Egypt around the 4th century BC, in a rural context, away from the metropolis of HellenisticAlexandria, and then spread to other parts of North Africa.[22][23][21]

According to John Peter Oleson, both the compartmented wheel and the hydraulic noria appeared in Egypt by the 4th century BC, with the Sakia being invented there a century later. This is supported by archeological finds at Faiyum, where the oldest archeological evidence of a water-wheel has been found, in the form of a Sakia dating back to the 3rd century BC. A papyrus dating to the 2nd century BC also found in Faiyum mentions a water wheel used for irrigation, a 2nd-century BC fresco found at Alexandria depicts a compartmented Sakia, and the writings of Callixenus of Rhodes mention the use of a Sakia in Ptolemaic Egypt during the reign of Ptolemy IV in the late 3rd century BC.[35][23][21]

في مصر البطلمية ، استُخدمت الدواليب المائية بين القرنين الثالث والأول قبل الميلاد. [ 30 ] يظهر أقدم ذكر أدبي لعجلة مائية مقسمة في ترجمة عربية من العصور الوسطى لكتاب "بنوماتيكا" (الفصل 61) للمؤلف فيلو البيزنطي ( حوالي 280 - 220 قبل الميلاد )، حيث يصف استخدامها في الري المصري. [ 36 ] وفي كتابه "باراسكيواستيكا " (91.43-44)، ينصح فيلو باستخدام هذه الدواليب لغمر ألغام الحصار كإجراء دفاعي ضد عمليات التخريب التي يشنها العدو. [ 37 ] وعلى عكس أجهزة رفع المياه والمضخات الأخرى في تلك الفترة، لا يمكن إرجاع اختراع العجلة المقسمة إلى أي مهندس هلنستي محدد ، وربما تم اختراعها في أواخر القرن الرابع قبل الميلاد في منطقة ريفية مصرية بعيدة عن مدينة الإسكندرية الهلنستية. يُعزى أصل الطاقة المائية إلى واقع الحياة الريفية المصرية على طول نهر النيل ، وليس إلى الإسكندرية، العاصمة الفكرية التي لم يكن بها مجرى مائي مناسب لتشغيل عجلة مجدافية. [ 21 ] ويبدو أن العجلات المقسمة كانت الوسيلة المفضلة لتجفيف الأحواض الجافة في الإسكندرية في عهد بطليموس الرابع (221-205 قبل الميلاد). [ 37 ] وتشير العديد من البرديات اليونانية من مصر البطلمية، التي يعود تاريخها إلى القرنين الثالث والثاني قبل الميلاد، إلى استخدام هذه العجلات، لكنها لا تقدم تفاصيل إضافية. [ 37 ] 

أقدم تصوير لعجلة ذات أقسام يعود إلى لوحة جدارية في مقبرة بمصر البطلمية، تعود إلى القرن الثاني قبل الميلاد. تُظهر اللوحة زوجًا من الثيران المربوطة بنير يديران العجلة بواسطة ترس ساكيا ، وهو ما يُوثق لأول مرة هنا أيضًا. [ 38 ] وقد ظهر نظام ترس ساكيا متطورًا بالكامل لدرجة أن "الأجهزة المصرية الحديثة تكاد تكون متطابقة معه". [ 38 ] ويُعتقد أن علماء أو فنيين من متحف الإسكندرية ربما شاركوا في تطويره. [ 39 ] تروي إحدى حلقات حرب الإسكندرية عام 48 قبل الميلاد كيف استخدم أعداء قيصر دواليب مائية مسننة لسكب مياه البحر من أماكن مرتفعة على موقع الرومان المحاصرين. [ 40 ]

طواحين المياه

يُعدّ اختراع الطاحونة المائية موضوعًا مفتوحًا للنقاش الأكاديمي. [ 41 ] ووفقًا للمؤرخة هيلين سيلين ، تشير الأدلة إلى أن الطاحونة المائية نشأت في الإمبراطورية الفارسية قبل عام 350  قبل الميلاد، على الأرجح في ما يُعرف اليوم بإيران أو العراق ، وكان الغرض منها في الأصل طحن الحبوب . وكانت هناك محاجر معروفة بأحجار الطحن في إيران وعلى نهر دجلة الأعلى في ما يُعرف اليوم بتركيا . وكانت الطواحين التي اختُرعت في ذلك التاريخ مزودة بعجلات مائية أفقية تشبه المروحة، تُدير أحجار الطحن مباشرةً. [ 24 ] ومع ذلك، لا يوجد دليل أدبي يُذكر على استخدام العجلات المائية في بلاد ما بين النهرين في ذلك الوقت. [ 25 ] [ 26 ]

استنادًا إلى أدلة غير مباشرة من أعمال الفني اليوناني أبولونيوس البيرجي ، يفترض المؤرخ البريطاني للتكنولوجيا إم جيه تي لويس ظهور طاحونة المياه ذات المحور الرأسي في أوائل القرن الثالث قبل الميلاد، وطاحونة المياه ذات المحور الأفقي حوالي عام 240 قبل الميلاد، مُنسبًا بيزنطة (في آسيا الصغرى ) والإسكندرية (في مصر البطلمية) كمكانين لاختراعها. [ 42 ] ومع ذلك، يشير أورجان ويكاندر إلى أن هذه الفرضية قابلة للنقاش العلمي. [ 41 ] يذكر الجغرافي اليوناني سترابون ( حوالي 64 قبل الميلاد - حوالي 24 ميلادي ) وجود طاحونة مياه قبل عام 71 قبل الميلاد في قصر الملك البنطي ميثراداتس السادس يوباتور ، لكن لا يمكن استخلاص تفاصيل بنائها من النص (12، 3، 30، 556 ميلادي). [ 43 ] 

الصين

نوعان من مضخات السلسلة التي تعمل بالطاقة الهيدروليكية من كتاب Tiangong Kaiwu لعام 1637، الذي كتبه الموسوعي سونغ يينغشينغ (1587-1666) من أسرة مينغ .

بحسب جوزيف نيدهام ومؤرخين آخرين، يشير نص " شين لون" الذي كتبه هوان تان حوالي عام 20  ميلادي (أثناء اغتصاب وانغ مانغ للسلطة ) إلى استخدام دواليب المياه في آلات طحن الحبوب. [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] ويذكر " شين لون" أن الملك الأسطوري فو شي هو من اخترع المدقة والهاون، اللذين تطورا لاحقًا إلى مطرقة الإمالة ثم مطرقة الارتداد (انظر مطرقة الارتداد ). ورغم أن المؤلف يتحدث عن فو شي الأسطوري، إلا أن فقرة من كتاباته تلمح إلى أن دولاب المياه كان شائع الاستخدام في الصين  بحلول القرن الأول الميلادي ( حسب تهجئة ويد-جايلز ).

اخترع فو شي المدقة والهاون، وهما أداتان مفيدتان للغاية، ثم جرى تطويرهما ببراعة بحيث أصبح بالإمكان استخدام وزن الجسم بالكامل للدوس على المطرقة المائلة ( توي )، مما زاد من كفاءتهما عشرة أضعاف. بعد ذلك، استُخدمت قوة الحيوانات - الحمير والبغال والثيران والخيول - بواسطة الآلات، كما استُخدمت قوة الماء في الدق، مما زاد من الفائدة مئة ضعف. [ 45 ]

في عام 31  ميلادي، استخدم المهندس وحاكم نانيانغ ، دو شي (توفي عام 38)، تقنية متطورة لعجلة الماء والآلات لتشغيل منفاخ الفرن العالي لإنتاج الحديد الزهر . وقد ذُكر دو شي بإيجاز في كتاب هان اللاحقة ( هو هان شو ) على النحو التالي (بتهجئة ويد-جايلز):

في السنة السابعة من عهد أسرة تشين وو (31  ميلاديًا)، عُيّن تو شيه حاكمًا على نانيانغ. كان رجلًا كريمًا، واتسمت سياساته بالسلام؛ فقد قضى على الظالمين وأرسى هيبة منصبه. كان بارعًا في التخطيط، وكان يُحب عامة الشعب ويرغب في توفير عناءهم. اخترع آلةً تعمل بالطاقة المائية ( شوي فاي ) لصبّ الأدوات الزراعية (الحديدية). كان لدى من يعملون في الصهر والصبّ منفاخات يدوية لإشعال نيران الفحم، والآن أُمروا باستخدام تدفق الماء ( تشي شوي ) لتشغيلها  ... وهكذا استفاد الناس كثيرًا بجهد قليل. وجدوا المنفاخ المائي عمليًا، فاعتمدوه على نطاق واسع. [ 47 ]

بحسب كتاب جين ، اخترع تشانغ هنغ (78-139) كرة فلكية تعمل بالطاقة المائية ويمكنها "الدوران عن طريق تسرب الماء" حوالي عام 130. وتكهنت الأجيال اللاحقة بأن هذا يعني عجلة مائية. [ 48 ]

بحسب سجلات الممالك الثلاث ، استخدم المهندس الميكانيكي ما جون (حوالي 200-265) من مملكة تساو وي دولابًا مائيًا لتشغيل مسرح عرائس ميكانيكي ضخم للإمبراطور مينغ من مملكة وي ( حكم من 226 إلى 239). [ 49 ] نُحت الجهاز من خشب كبير، وكان على شكل عجلة، ويعمل موازيًا للأرض لرفع الماء لتشغيل مجموعة متنوعة من العرائس، بالإضافة إلى طواحين تعمل بالمدقة. [ 50 ] عُيّن الحاكم هان جي مشرفًا على الإنتاج المعدني قبل عام 238 بقليل. وقد "قام بتكييف منفاخ الفرن لاستخدام الماء المتدفق باستمرار، وتحققت كفاءة أكبر بثلاث مرات من ذي قبل". [ 47 ] بعد عشرين عامًا، قدم رجل يُدعى دو يو تصميمًا جديدًا. [ 47 ] يذكر سجل يعود تاريخه إلى عام 263 أو ما بعده جهازًا يُعرف باسم شوي دوي كان يستخدم دواليب مائية.

بجانب النهر، يُصنع جهاز "شوي دوي" (آلة تقشير الحبوب)، وتُوضع خلفه دواليب مائية. يُركّب عارضة عرضية تمر عبر الدواليب. تُربط نهايتا العارضة بالتناوب بقضيب خشبي طويل يبلغ طوله حوالي 2 تشي، ويصطدمان مباشرةً بالقضيب الخلفي لجهاز "شوي دوي". عندما يرتفع الماء ليصطدم بالدوابة، تدور الدوابة، مما يدفع القضيب الخشبي الآخر ليصطدم بالقضيب الخلفي لجهاز "شوي دوي" لتقشير الحبوب، دون الحاجة إلى أي جهد بشري. ولذلك يُسمى هذا الجهاز "شوي دوي". [ 44 ]

في بداية عهد يوانجيا (424-429)، تم إنشاء بحيرة اصطناعية لتشغيل منافيخ تعمل بالطاقة المائية في أعمال الصهر والصب. إلا أنه تبين أن أعمال الحفر حول البحيرة كانت تتسرب منها المياه، وأنها غير كافية للغرض المقصود منها. فتم هدمها واستبدالها بمنافيخ يدوية تعمل بالدوائر. [ 51 ]

الإمبراطورية الرومانية

سلسلة من العجلات التي عُثر عليها في مناجم ريو تينتو
عجلة تصريف من مناجم ريو تينتو

أشادت قصيدة لأنتيباتر التسالونيكي بعجلة الماء لتحريرها النساء من العمل المرهق للطحن والسحق. [ 52 ] [ 53 ]

حوالي عام 300 ميلادي، تم إدخال النورية عندما تم استبدال الحجرات الخشبية بأواني خزفية رخيصة الثمن تم ربطها بالجزء الخارجي من عجلة ذات إطار مفتوح. [ 21 ]

الطحن المائي

طاحونة فيتروفيوس المائية ذات العجلة السفلية (إعادة بناء)

يُقدّم المهندس المعماري الروماني فيتروفيوس، الذي عاش في أواخر القرن الأول قبل الميلاد، أول وصف واضح لطاحونة مائية مُسنّنة، حيث يذكر نظام تروس "ساكيا" المُطبّق على طاحونة مائية. [ 54 ] يُعدّ وصف فيتروفيوس ذا قيمة خاصة لأنه يُبيّن كيفية ظهور الطاحونة المائية، وتحديدًا من خلال دمج الاختراعين اليونانيين المنفصلين للترس المسنّن وعجلة الماء في نظام ميكانيكي فعّال واحد لتسخير طاقة الماء. [ 55 ] يصف فيتروفيوس عجلة الماء بأنها مغمورة من طرفها السفلي في مجرى الماء بحيث يمكن تحريك مجاديفها بواسطة سرعة الماء الجاري (الكتاب العاشر، 5.2). [ 56 ]

مخطط منشرة هيرابوليس الرومانية ، آسيا الصغرى ، التي تعمل بعجلة دفع أمامية

في نفس الفترة تقريبًا، ظهرت العجلة العلوية لأول مرة في قصيدة لأنتيباتر التسالونيكي ، الذي أشاد بها كأداة موفرة للجهد (9، 418.4-6). [ 57 ] كما تناول لوكريتيوس (حوالي 99-55 قبل الميلاد) هذا المفهوم، حيث شبّه دوران العجلة المائية بحركة النجوم في السماء (5، 516). [ 58 ] أما النوع الثالث ذو المحور الأفقي، وهو العجلة المائية ذات المحور الرأسي، فقد ظهر في الأدلة الأثرية في أواخر القرن الثاني الميلادي في وسط بلاد الغال . [ 59 ] كانت معظم طواحين المياه الرومانية التي تم التنقيب عنها مزودة بإحدى هذه العجلات، والتي على الرغم من تعقيد بنائها، كانت أكثر كفاءة من العجلة المائية ذات المحور الرأسي. [ 60 ] في مجمع طواحين باربيغال المائية الذي يعود إلى القرن الثاني الميلادي، كانت سلسلة من ست عشرة عجلة علوية تُغذى بواسطة قناة مائية اصطناعية، وهو مصنع حبوب شبه صناعي يُشار إليه بأنه "أكبر تركيز معروف للطاقة الميكانيكية في العالم القديم". [ 61 ]

في شمال أفريقيا الرومانية ، عُثر على العديد من المنشآت التي يعود تاريخها إلى حوالي عام 300 ميلادي، حيث كانت تُركّب دواليب مائية ذات محاور رأسية مزودة بشفرات مائلة في قاع بئر دائرية مملوءة بالماء. وقد شكّلت المياه المتدفقة من قناة الطاحونة، والتي كانت تدخل البئر بشكل مماس، عمودًا مائيًا دوّارًا جعل العجلة المغمورة بالكامل تعمل كتوربينات مائية حقيقية ، وهي الأقدم المعروفة حتى الآن. [ 62 ]

قارب روماني ذو عجلة مجدافية يعمل بقوة الثيران، مأخوذ من نسخة تعود إلى القرن الخامس عشر من كتاب " دي ريبوس بيليسيس".

Apart from its use in milling and water-raising, ancient engineers applied the paddled water wheel for automatons and in navigation. Vitruvius (X 9.5–7) describes multi-geared paddle wheels working as a ship odometer, the earliest of its kind. The first mention of paddle wheels as a means of propulsion comes from the 4th–5th century military treatise De Rebus Bellicis (chapter XVII), where the anonymous Roman author describes an ox-driven paddle-wheel warship.[63]

Islamic world

The Norias of Hama on the Orontes River

After the spread of Islam, engineers of the Islamic world continued the water technologies of the ancient Near East; as evident in the excavation of a canal in the Basra region with remains of a water wheel dating from the 7th century. Hama in Syria still preserves some of its large wheels, on the river Orontes, although they are no longer in use.[64] One of the largest had a diameter of about 20 metres (66 ft) and its rim was divided into 120 compartments. Another wheel that is still in operation is found at Murcia in Spain, La Nora, and although the original wheel has been replaced by a steel one, the Moorish system during al-Andalus is otherwise virtually unchanged. Some medieval Islamic compartmented water wheels could lift water as high as 30 metres (100 ft).[65]Muhammad ibn Zakariya al-Razi's Kitab al-Hawi in the 10th century described a noria in Iraq that could lift as much as 153,000 litres per hour (34,000 imp gal/h), or 2,550 litres per minute (560 imp gal/min). This is comparable to the output of modern norias in East Asia, which can lift up to 288,000 litres per hour (63,000 imp gal/h), or 4,800 litres per minute (1,100 imp gal/min).[66]

Water wheel in Djambi, Sumatra, c. 1918

يعود استخدام طواحين المياه في الصناعة في العالم الإسلامي إلى القرن السابع الميلادي، بينما انتشر استخدام طواحين المياه ذات العجلات الأفقية والرأسية على نطاق واسع بحلول القرن التاسع. استُخدمت أنواعٌ مختلفة من طواحين المياه الصناعية في العالم الإسلامي، بما في ذلك طواحين الحبوب ، وآلات تقشير الحبوب ، ومناشر الأخشاب ، وآلات بناء السفن، ومطاحن الطوابع ، ومصانع الصلب ، ومصانع السكر ، وطواحين المد والجزر . وبحلول القرن الحادي عشر، كانت هذه الطواحين الصناعية تعمل في جميع أنحاء العالم الإسلامي، من الأندلس وشمال إفريقيا إلى الشرق الأوسط وآسيا الوسطى . [ 67 ] كما استخدم المهندسون المسلمون أعمدة المرفق والتوربينات المائية ، والتروس في طواحين المياه وآلات رفع المياه ، والسدود كمصدر للمياه، لتوفير طاقة إضافية لطواحين المياه وآلات رفع المياه. [ 68 ] ويُحتمل أن تكون مطاحن الصوف ومصانع الصلب قد انتشرت من إسبانيا الإسلامية إلى إسبانيا المسيحية في القرن الثاني عشر. كما تم استخدام طواحين المياه الصناعية في مجمعات المصانع الكبيرة التي بنيت في الأندلس بين القرنين الحادي عشر والثالث عشر. [ 69 ]

ابتكر مهندسو العالم الإسلامي حلولًا عديدة لتحقيق أقصى إنتاجية من عجلة الماء. تمثل أحد هذه الحلول في تثبيتها على دعامات الجسور للاستفادة من زيادة التدفق. وكان من الحلول الأخرى طاحونة السفن، وهي نوع من طواحين المياه تعمل بعجلات مائية مثبتة على جوانب السفن الراسية في منتصف النهر. وقد استُخدمت هذه التقنية على طول نهري دجلة والفرات في العراق خلال القرن العاشر الميلادي ، حيث كانت طواحين السفن الكبيرة المصنوعة من خشب الساج والحديد قادرة على إنتاج 10 أطنان من الدقيق يوميًا من الحبوب لمخزن الحبوب في بغداد . [ 70 ] أما آلية دولاب الموازنة ، التي تُستخدم لتنظيم نقل الطاقة من جهاز القيادة إلى الآلة المُدارة، فقد اخترعها ابن بسال ( نشط بين عامي 1038 و1075) الأندلسي ؛ وكان رائدًا في استخدام دولاب الموازنة في الساقية ( مضخة السلسلة ) والنواة. [ 71 ] وصف المهندسان الجزري في القرن الثالث عشر وتقي الدين في القرن السادس عشر العديد من آلات رفع المياه المبتكرة في مؤلفاتهما التقنية. كما استخدما دواليب المياه لتشغيل مجموعة متنوعة من الأجهزة، بما في ذلك الساعات المائية المختلفة والآلات ذاتية التشغيل .

شبه القارة الهندية

إن تاريخ طاحونة المياه في شبه القارة الهندية في بداياته غامض. تشير النصوص الهندية القديمة التي يعود تاريخها إلى القرن الرابع قبل الميلاد إلى مصطلح "كاكافاتاكا " (العجلة الدوارة)، والذي تفسره الشروح بأنه "أراهاتا-غاتي-يانتا" (آلة مزودة بعجلات وأوانٍ). بناءً على ذلك، اقترح جوزيف نيدهام أن الآلة كانت " نوريا ". ومع ذلك، يجادل تيري إس. رينولدز بأن "المصطلح المستخدم في النصوص الهندية غامض ولا يشير بوضوح إلى جهاز يعمل بالطاقة المائية". ويرى ثوركيلد شيولر أنه "من المرجح أن تشير هذه المقاطع إلى نوع من أجهزة رفع المياه التي تعمل بالدوس أو باليد، بدلاً من عجلة رفع المياه التي تعمل بالطاقة المائية". [ 72 ]

بحسب التقاليد التاريخية اليونانية، وصلت طواحين المياه إلى الهند من الإمبراطورية الرومانية في أوائل القرن الرابع الميلادي، عندما أدخل شخص يُدعى مترودوروس "طواحين المياه والحمامات، التي لم تكن معروفة لدى البراهمة حتى ذلك الحين". [ 73 ] وكان يتم توفير مياه الري للمحاصيل باستخدام عجلات رفع المياه، بعضها يُدار بقوة تيار النهر الذي تُرفع منه المياه. وقد استُخدم هذا النوع من أجهزة رفع المياه في الهند القديمة ، وهو ما سبق، وفقًا لبيسي، استخدامه في الإمبراطورية الرومانية المتأخرة أو الصين، [ 74 ] على الرغم من ظهور أدلة أدبية وأثرية وتصويرية سابقة لعجلة المياه في العالم الهلنستي. [ 75 ]

حوالي عام 1150، لاحظ الفلكي بهاسكارا أشاريا عجلات رفع المياه، وتخيل أن مثل هذه العجلة ترفع كمية كافية من الماء لتغذية النهر، مما يجعلها في الواقع آلة حركة دائمة . [ 76 ] وُصفت أعمال عربية وفارسية في الهند بناء محطات المياه وجوانب من تكنولوجيا المياه. خلال العصور الوسطى، أدى انتشار تقنيات الري الهندية والفارسية إلى ظهور نظام ري متطور، ساهم في النمو الاقتصادي وازدهار الحضارة المادية. [ 77 ]

يستخدم إسماعيل الجزري في كتابه "معرفة الحيل الميكانيكية" (1206) مصطلح " العجلة السندية " لوصف الساقية . وهذا يشير إلى أنها ربما نشأت في شمال غرب شبه القارة الهندية ( باكستان الحديثة ). [ 31 ] خلال سلطنة دلهي (1206-1526)، تم إدخال عجلات رفع المياه المسننة من العالم الإسلامي إلى الهند. [ 78 ]

أوروبا في العصور الوسطى

أوروبا في العصور الوسطى المبكرة

استمرت تقنية عجلات المياه القديمة دون انقطاع في أوائل العصور الوسطى، حيث تزامن ظهور أنواع وثائقية جديدة مثل القوانين واللوائح الرهبانية ، وكذلك سير القديسين ، مع زيادة حادة في الإشارات إلى طواحين المياه وعجلاتها. [ 79 ]

أقدم عجلة عمودية في طاحونة مد وجزر تعود إلى كيلوتيران في القرن السادس الميلادي بالقرب من ووترفورد ، أيرلندا ، [ 80 ] بينما أول عجلة أفقية معروفة في هذا النوع من الطواحين عُثر عليها في جزيرة ليتل آيلاند الأيرلندية (حوالي 630). [ 81 ] أما بالنسبة لاستخدامها في طواحين نوردية أو يونانية شائعة، فقد تم التنقيب عن أقدم العجلات الأفقية المعروفة في باليكيلين الأيرلندية، ويعود تاريخها إلى حوالي 636. [ 81 ]

دولاب مائي يُشغّل طاحونة قرية صغيرة في متحف العمارة والحياة الشعبية، أوجغورود ، أوكرانيا

استخدمت الأديرة السيسترسية ، على وجه الخصوص، عجلات المياه على نطاق واسع لتشغيل طواحين المياه بأنواعها المختلفة. [ 46 ] ومن الأمثلة المبكرة على عجلات المياه الضخمة عجلة لا تزال قائمة في دير نوسترا سينيورا دي رويدا الملكي ، الذي يعود تاريخه إلى أوائل القرن الثالث عشر، وهو دير سيسترسي في منطقة أراغون بإسبانيا . كانت طواحين الحبوب بلا شك الأكثر شيوعًا، ولكن كانت هناك أيضًا مناشر الأخشاب، ومطاحن الصوف، وطواحين أخرى لإنجاز العديد من المهام التي تتطلب جهدًا بشريًا كبيرًا. وظلت عجلة المياه قادرة على منافسة المحرك البخاري حتى الثورة الصناعية . في الفترة ما بين القرنين الثامن والعاشر الميلاديين تقريبًا، تم إدخال عدد من تقنيات الري إلى إسبانيا، ومن ثم إلى أوروبا. إحدى هذه التقنيات هي النورية، وهي عبارة عن عجلة مزودة بدلاء على أطرافها لرفع المياه. وهي تشبه عجلة المياه السفلية المذكورة لاحقًا في هذه المقالة. وقد سمحت هذه التقنية للفلاحين بتشغيل طواحين المياه بكفاءة أكبر. بحسب كتاب توماس جليك، " الري والمجتمع في فالنسيا في العصور الوسطى" ، يُرجّح أن يكون أصل نظام النورية من مكان ما في بلاد فارس . وقد استُخدم لقرون قبل أن ينقل العرب هذه التقنية إلى إسبانيا، بعد أن تبنّوها من الرومان. وبالتالي، فإن انتشار النورية في شبه الجزيرة الأيبيرية "يتوافق مع منطقة الاستيطان الإسلامي المستقر". [ 82 ]

أوروبا أواخر العصور الوسطى

قامت الجمعية التي دعا إليها ويليام النورماندي ، والتي يشار إليها عادةً باسم " يوم القيامة " أو مسح يوم القيامة، بحصر جميع الممتلكات الخاضعة للضريبة في إنجلترا، والتي شملت أكثر من ستة آلاف طاحونة موزعة على ثلاثة آلاف موقع مختلف، [ 83 ] بزيادة عن أقل من مائة طاحونة في القرن السابق. [ 46 ]

كان نوع دولاب الماء المُختار يعتمد على الموقع. ففي حال توفر كميات قليلة من المياه وشلالات عالية، كان صانع الطواحين يختار استخدام دولاب علوي . وقد تأثر هذا القرار بحقيقة أن الدلاء قادرة على جمع واستخدام حتى كميات قليلة من الماء. [ 84 ] أما في حال توفر كميات كبيرة من المياه مع شلالات صغيرة، فكان يُستخدم الدولاب السفلي، لكونه أكثر ملاءمةً لهذه الظروف وأقل تكلفةً في التصنيع. وطالما كانت مصادر المياه وفيرة، لم تكن مسألة الكفاءة ذات أهمية. وبحلول القرن الثامن عشر، ومع ازدياد الطلب على الطاقة بالتزامن مع محدودية مصادر المياه، ازداد التركيز على كفاءة أنظمة توليد الطاقة. [ 84 ]

بحلول القرن الحادي عشر، كانت هناك أجزاء من أوروبا حيث أصبح استغلال المياه أمرًا شائعًا. [ 83 ] من المعروف أن دولاب الماء قد شكّل بشكل فعّال وغير نظرة الغربيين إلى الأبد. بدأت أوروبا بالانتقال من العمل اليدوي البشري والحيواني إلى العمل الميكانيكي مع ظهور دولاب الماء. جادل المؤرخ المتخصص في العصور الوسطى، لين وايت جونيور، بأن انتشار مصادر الطاقة غير الحية كان دليلًا بليغًا على ظهور الغرب بنظرة جديدة تجاه القوة والعمل والطبيعة، وقبل كل شيء التكنولوجيا. [ 83 ]

أتاح تسخير الطاقة المائية تحقيق مكاسب في الإنتاجية الزراعية، وفائض غذائي، وتوسع حضري واسع النطاق بدءًا من القرن الحادي عشر. وقد حفزت جدوى الطاقة المائية الأوروبيين على إجراء تجارب على مصادر طاقة أخرى، مثل طاقة الرياح وطاقة المد والجزر. [ 85 ] أثرت دواليب المياه على بناء المدن، وتحديدًا القنوات. وقد وضعت التقنيات التي طُورت خلال هذه الفترة المبكرة، مثل سد مجاري الأنهار وبناء القنوات ، أوروبا على مسار يركز على الطاقة الهيدروليكية ، فعلى سبيل المثال، جُمعت تقنيات إمدادات المياه والري لتعديل طاقة إمداد الدولاب. [ 86 ]

مطحنة طوابع خام الحديد (خلف عامل يأخذ الخام من المجرى). من كتاب جورج أغريكولا " دي ري ميتاليكا " (1556).

كانت طاحونة المياه تُستخدم لطحن الحبوب، وإنتاج الدقيق للخبز، والشعير لصنع البيرة، أو الدقيق الخشن للعصيدة. [ 87 ]

العالم الغربي الحديث المبكر

أوروبا الحديثة المبكرة

ميّز صانعو الطواحين بين قوتين، الدفع والوزن، العاملتين في دواليب المياه قبل القرن الثامن عشر في أوروبا بزمن طويل. كتب فيتزهربرت، وهو كاتب زراعي من القرن السادس عشر، أن "الدفع يُحرّك الدولاب بوزن الماء كما بقوته". [ 88 ] كما ناقش ليوناردو دافنشي قوة الماء، مشيرًا إلى أن "دفعة الماء ليست وزنًا، بل تُثير قوة وزن، تكاد تُساوي قوتها". [ 89 ] ومع ذلك، حتى بعد إدراك وجود القوتين، الوزن والدفع، ظلّ الغموض قائمًا حول مزايا وعيوب كلٍّ منهما، ولم يكن هناك فهم واضح لكفاءة الوزن الفائقة. [ 90 ] قبل عام 1750، لم يكن من المؤكد أيّ القوتين هي المهيمنة، وكان من الشائع الاعتقاد بأن كلتا القوتين تعملان بتأثير متساوٍ. [ 91 ] أثار دولاب الماء تساؤلات حول قوانين الطبيعة، وتحديدًا قوانين القوة . استندت دراسة إيفانجيليستا توريتشيلي حول دواليب المياه إلى تحليل دراسة غاليليو حول الأجسام الساقطة، والتي خلصت إلى أن سرعة الماء المتدفق من فتحة أسفل رأس الدوامة تساوي تمامًا سرعة قطرة الماء التي تسقط سقوطًا حرًا من نفس الارتفاع. [ 92 ]

أوروبا الصناعية

عجلة ليدي إيزابيلا ، لاكسي، جزيرة مان، كانت تستخدم لتشغيل مضخات المناجم

كانت عجلة الماء قوة دافعة وراء المراحل الأولى للتصنيع في بريطانيا. استُخدمت الأجهزة الترددية التي تعمل بالطاقة المائية في مطارق التفجير ومنافيخ أفران الصهر. وكان إطار الماء الذي صممه ريتشارد أركرايت يعمل بواسطة عجلة مائية. [ 93 ]

أمريكا الشمالية

استُخدمت الدواليب المائية لتشغيل مناشر الأخشاب ومطاحن الحبوب ولأغراض أخرى خلال فترة التنمية في الولايات المتحدة. وتُعد دواليب المياه التي يبلغ قطرها 12 مترًا (40 قدمًا) في ماكوي، كولورادو ، والتي بُنيت عام 1922، واحدة من الدواليب العديدة التي كانت تُستخدم لرفع المياه من نهر كولورادو لأغراض الري . 

دولاب مائي في بريدج ووتر، كونيتيكت
عجلة التعليق ذات التروس الحافية في مستودع قناة حوض بورتلاند

من بين التحسينات المبكرة، عجلات التعليق ونظام تروس الحافة. ​​تُصنع عجلات التعليق بنفس طريقة عجلات الدراجات، حيث تُدعم الحافة بشد من المحور، مما أدى إلى عجلات أكبر وأخف وزنًا من التصميم السابق الذي كانت فيه الأسلاك السميكة تحت ضغط. أما نظام تروس الحافة، فيتضمن إضافة عجلة مُسننة إلى حافة العجلة أو غطائها. ويتصل ترس قصير بنظام تروس الحافة، ناقلًا الطاقة إلى الطاحونة عبر عمود نقل حركة مستقل. وقد أدى ذلك إلى إزالة الإجهاد الدوراني عن المحور، مما سمح بتخفيف وزنه، كما أتاح مرونة أكبر في تحديد موقع نظام نقل الحركة. وكانت سرعة دوران العمود مُضاعفة عن سرعة دوران العجلة، مما قلل من فقد الطاقة. ويمكن رؤية مثال على هذا التصميم، الذي ابتكره توماس هيوز وطوّره ويليام أرمسترونغ فيربيرن ، في العجلة التي تم ترميمها عام 1849 في مستودع قناة حوض بورتلاند . [ 94 ]

أستراليا

عجلة غارفيلد المائية (بُنيت عام 1887)

تتمتع أستراليا بمناخ جاف نسبيًا، ومع ذلك، حيثما توفرت موارد مائية مناسبة، شُيّدت دواليب مائية في القرن التاسع عشر. استُخدمت هذه الدواليب لتشغيل مناشر الأخشاب، ومطاحن الدقيق، وبطاريات التكسير المستخدمة لسحق خام الذهب. من الأمثلة البارزة على الدواليب المائية المستخدمة في عمليات استخلاص الذهب، دواليب غارفيلد المائية الكبيرة بالقرب من تشيوتون - وهي واحدة من سبع دواليب مائية على الأقل في المنطقة المحيطة - ودواليب أديلونغ فولز المائية ؛ ولا تزال بعض البقايا موجودة في كلا الموقعين. [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] كانت منطقة التعدين في والهالا تضم ​​في السابق دواليب مائية على الأقل، نُقلت إحداها إلى موقعها من ميناء ألبرت على حافتها باستخدام عربة مبتكرة، واستغرقت الرحلة حوالي 90 يومًا. [ 99 ] أما دواليب جيندابين المائية ، التي شُيّدت عام 1847، فكانت أول آلة تُستخدم لاستخراج الطاقة - لطحن الدقيق - من نهر سنوي . [ 100 ]

لم تُستخدم عجلات المياه المدمجة، والمعروفة باسم عجلات ديثريدج ، كمصادر للطاقة، بل لقياس تدفقات المياه إلى الأراضي المروية. [ 101 ]

نيوزيلندا

استُخدمت الدواليب المائية على نطاق واسع في نيوزيلندا. [ 102 ] توجد بقايا محفوظة جيدًا لدوابة مائية علوية منجم يونغ أستراليان بالقرب من مدينة كاريكتاون المهجورة ، [ 103 ] وتوجد بقايا لدوابة مائية من مطحنة دقيق فينيكس بالقرب من أوامارو . [ 104 ]

Modern developments

A recent development of the breastshot wheel is a hydraulic wheel which effectively incorporates automatic regulation systems. The Aqualienne is one example. It generates between 37 kW and 200 kW of electricity from a 20 m3 (710 cu ft) waterflow with a head of 1 to 3.5 m (3 to 11 ft).[105] It is designed to produce electricity at the sites of former watermills.

Efficiency

Overshot (and particularly backshot) wheels are the most efficient type; a backshot steel wheel can be more efficient (about 60%) than all but the most advanced and well-constructed turbines. In some situations an overshot wheel is preferable to a turbine.[106]

The development of the hydraulic turbine wheels with their improved efficiency (>67%) opened up an alternative path for the installation of water wheels in existing mills, or redevelopment of abandoned mills.

The power of a wheel

The energy available to the wheel has two components:

  • Kinetic energy – depends on how fast the water is moving when it enters the wheel
  • Potential energy – depends on the change in height of the water between entry to and exit from the wheel

The kinetic energy can be accounted for by converting it into an equivalent head, the velocity head, and adding it to the actual head. For still water the velocity head is zero, and to a good approximation it is negligible for slowly moving water, and can be ignored. The velocity in the tail race is not taken into account because for a perfect wheel the water would leave with zero energy which requires zero velocity. That is impossible, the water has to move away from the wheel, and represents an unavoidable cause of inefficiency.

The power is how fast that energy is delivered which is determined by the flow rate. It has been estimated that the ancient donkey or slave-powered quern of Rome made about one-half of a horsepower, the horizontal waterwheel creating slightly more than one-half of a horsepower, the undershot vertical waterwheel produced about three horsepower, and the medieval overshot waterwheel produced up to forty to sixty horsepower.[107]

Quantities and units

الترميز المنقط

القياسات

معايير قياس ارتفاع ومعدل تدفق عجلة مائية

رأس الضغطحص{\displaystyle h_{p}}هو الفرق في الارتفاع بين سطحي الماء في بداية ونهاية مجرى الماء. سرعة التدفقحv{\displaystyle h_{v}}يتم حسابها من سرعة الماء في قناة التغذية عند نفس النقطة التي يُقاس منها ضغط الماء. السرعة (المقدار)v{\displaystyle v}يمكن قياسها باستخدام طريقة عصي بو، وذلك بقياس زمن تحرك جسم طافٍ على مسافة محددة. يتحرك الماء على السطح أسرع من الماء الأقرب إلى القاع والجوانب، لذا يجب تطبيق عامل تصحيح كما في الصيغة أدناه. [ 108 ]

توجد طرق عديدة لقياس معدل تدفق الحجم . اثنتان من أبسطها هما:

  • من مساحة المقطع العرضي والسرعة. يجب قياسهما في نفس المكان، ولكن يمكن أن يكون ذلك في أي مكان في مقدمة أو مؤخرة مجرى الماء. يجب أن يمر عبره نفس كمية الماء التي تمر عبر العجلة. [ 108 ]
  • من الممكن أحيانًا قياس معدل تدفق الحجم باستخدام طريقة الدلو وساعة الإيقاف. [ 109 ]

الصيغ

كميةصيغة
قوةP=η⋅ρ⋅ز⋅ح⋅q˙{\displaystyle P=\eta \cdot \rho \cdot g\cdot h\cdot {\dot {q}}}[ 110 ]
رأس فعالح=حص+حv{\displaystyle h=h_{p}+h_{v}}[ 111 ]
سرعة الرأسحv=v22⋅ز{\displaystyle h_{v}={\frac {v^{2}}{2\cdot g}}}[ 112 ] [ 111 ]
معدل التدفق الحجميq˙=أ⋅v{\displaystyle {\dot {q}}=A\cdot v}[ 108 ]
سرعة الماء (السرعة)v=ك⋅دت{\displaystyle v=k\cdot {\frac {d}{t}}}[ 108 ]

قواعد عامة

صدر وفوق

كميةالصيغة التقريبية
الطاقة (بافتراض كفاءة 70٪)P=7000⋅q˙⋅ح{\displaystyle P=7000\cdot {\dot {q}}\cdot h}
سرعة الدوران المثلى21د{\displaystyle {\frac {21}{\sqrt {D}}}}rpm [ 113 ]

عجلات التوجيه السفلية التقليدية

كميةالصيغة التقريبية [ 113 ]
الطاقة (بافتراض كفاءة بنسبة 20٪)P=100⋅أ⋅v3{\displaystyle P=100\cdot A\cdot v^{3}}
سرعة الدوران المثلى9⋅vد{\displaystyle {\frac {9\cdot v}{D}}} دورة في الدقيقة

توربين رد فعل جزء العجلة الهيدروليكية

يُعدّ التوربين الهيدروليكي ذو العجلة/الجزء التفاعلي تطورًا موازيًا، إذ يتضمن أيضًا حاجزًا مائيًا في مركز العجلة، ولكنه يستخدم شفرات بزاوية مع اتجاه تدفق الماء. وتستغل آلة الضغط WICON-Stem (SPM) هذا التدفق. [ 114 ] الكفاءة المقدرة 67%.

قامت كلية الهندسة المدنية والبيئة بجامعة ساوثهامبتون في المملكة المتحدة بدراسة كلا النوعين من آلات العجلات الهيدروليكية، وقامت بتقدير كفاءتها الهيدروليكية واقترحت تحسينات، مثل آلة الضغط الهيدروليكي الدوارة (بكفاءة قصوى مقدرة تبلغ 85%). [ 115 ]

تتميز هذه الأنواع من عجلات المياه بكفاءة عالية عند الأحمال الجزئية/التدفقات المتغيرة، ويمكنها العمل عند ضغوط منخفضة جدًا، أقل من متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) . وبالاقتران مع مولدات التيار المتردد ذات المغناطيس الدائم المحوري الدفع المباشر وإلكترونيات الطاقة، فإنها تُشكل بديلاً عمليًا لتوليد الطاقة الكهرومائية عند الضغوط المنخفضة .   

انظر أيضاً

لأجهزة رفع المياه لأغراض الري
أجهزة لرفع المياه لتصريف الأراضي

ملاحظات توضيحية

^ رمز النقطة. تشير النقطة فوق الكمية إلى أنها معدل. بعبارة أخرى، كمية كل ثانية أو كمية في الثانية. في هذه المقالة، q هو حجم الماء وq˙{\displaystyle {\dot {q}}}يمثل حجم الماء في الثانية الواحدة. يُستخدم الرمز q، كما في كمية الماء، لتجنب الخلط بينه وبين v الذي يرمز إلى السرعة.

الاقتباسات

  1. ↑ تعريف كلمة "tailrace" في القاموس
  2. ↑ موسون ؛ روبنسون (1969). العلم والتكنولوجيا في الثورة الصناعية . مطبعة جامعة تورنتو. ص 69. ISBN  9780802016379.
  3. 1 2 تومسون، روس (2009). هياكل التغيير في العصر الميكانيكي: الاختراع التكنولوجي في الولايات المتحدة 1790-1865 . بالتيمور ، ماريلاند: مطبعة جامعة جونز هوبكنز. ص 34. ISBN  978-0-8018-9141-0.
  4. ↑ "أنواع دواليب المياه - فيزياء دواليب المياه" . ffden-2.phys.uaf.edu . تاريخ الاسترجاع: 10 يوليو 2017 .
  5. ↑ رمية خلفية
  6. 1 2 "مصطلحات وتفاصيل عجلة التدفق" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-10-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2009-04-07 .
  7. ↑ قاموس ميريام ويبستر
  8. ↑ القوة في المشهد الطبيعي
  9. ↑ قاموس كولينز الإنجليزي
  10. ↑ ديني، مارك (2007). إنجينيوم: خمس آلات غيرت العالم . جامعة جونز هوبكنز. ISBN 9780801885860تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يناير 2018 .
  11. ↑ "عجلة مائية" . موسوعة بريتانيكا، المحدودة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يناير 2018 .
  12. 1 2 الطاقة في المشهد الطبيعي. "أنواع دواليب المياه" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 فبراير 2017 .
  13. ↑ تاريخ العلوم والتكنولوجيا، تأليف برايان بانش بالاشتراك مع ألكسندر هيلمانز، صفحة 114
  14. ١ ٢ الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ديسمبر ٢٠٠٦). "نُورَية المحمدية" . الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين . تم الاطلاع عليه بتاريخ ١٢ فبراير ٢٠١٧ .
  15. ↑ قاموس كولينز الإنجليزي. "undershot" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 فبراير 2017 .
  16. ↑ قاموس ميريام ويبستر. "عجلة التيار" .
  17. ↑ مولر، ج.؛ وولتر، س. (2004). "عجلة الماء ذات الدفع الخلفي: التصميم واختبارات النموذج" (ملف PDF) . وقائع مؤسسة المهندسين المدنيين - هندسة الاستدامة . 157 (4): 203-211 . doi : 10.1680/ensu.2004.157.4.203 . ISSN 1478-4629 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 11 فبراير 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مارس 2022 - عبر Semantic Scholar. 
  18. ↑ "ما هو نوع عجلة الماء الأكثر كفاءة؟" . faq-ans.com . 2021-04-12 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2021-11-23 .
  19. 1 2 أوليسون 2000 ، ص 229 
  20. 1 2 أدريانا دي ميراندا (2007)، العمارة المائية في أراضي سوريا: الدواليب المائية ، دار نشر ليرما دي بريتشنايدر، ص 37-38 ، ISBN  978-8882654337
  21. 1 2 3 4 5 6 أوليسون 2000 ، ص 235-6 
  22. 1 2 3 ستافروس آي. يانوبولوس، جيراسيموس ليبراتوس، نيكولاوس ثيودوسيو، وانغ لي، محمد فاليبور، ألدو تامبورينو، أندرياس ن. أنجيلاكيس (2015). "تطور أجهزة رفع المياه (المضخات) عبر القرون في جميع أنحاء العالم" . مجلة المياه . 7 (9). MDPI : 5031–5060 . Bibcode : 2015Water...7.5031Y . doi : 10.3390/w7095031 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  23. أحمد، عبد القادر ط.؛ الجوهري، فاطمة؛ تزاناكاكيس، فاسيليوس أ.؛ أنجيلاكيس، أندرياس ن. (يناير 2020). " ثقافات المياه والتقنيات المائية المصرية واليونانية في العصور القديمة" . الاستدامة . 12 ( 22 ): 9760. Bibcode : 2020Sust...12.9760A . doi : 10.3390/su12229760 . ISSN 2071-1050 . 
  24. 1 2 سيلين، هيلين (2013). موسوعة تاريخ العلوم والتكنولوجيا والطب في الثقافات غير الغربية . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 282. ISBN  9789401714167.
  25. 1 2 أما بالنسبة للصلة ببلاد ما بين النهرين: شيولر 1973 ، ص 165-167 : 
    إن الإشارات إلى دواليب المياه في بلاد ما بين النهرين القديمة ، الموجودة في الكتيبات والروايات الشعبية، تستند في معظمها إلى افتراض خاطئ مفاده أن المكافئ الأكادي للرمز GIS.APIN هو nartabu ويشير إلى أداة للري ("أداة لجعل الماء رطباً").
    نتيجةً لتحقيقاته، كتب لايسو ما يلي بخصوص مسألة الساكيا: "أرى أنه من غير المرجح أن يظهر أي ذكر للساكيا في المصادر الميزوبوتامية القديمة". ويرى أنه ينبغي لنا أن نوجه اهتمامنا إلى الإسكندرية، "حيث يبدو من المعقول افتراض أن الساكيا قد اختُرعت".
  26. 1 2 أدريانا دي ميراندا (2007)، العمارة المائية في أراضي سوريا: النواعير المائية ، L'Erma di Bretschneider، ص 48f، ISBN  978-8882654337ويخلص إلى أن المقاطع الأكادية "مصاغة بعبارات عامة للغاية بحيث لا تسمح بأي استنتاج بشأن البنية الدقيقة" لجهاز الري، ويذكر أن "أحدث قاموس رسمي للغة الآشورية في شيكاغو يقدم معاني لا علاقة لها بأنواع أنظمة الري".
  27. ↑ أوليسون 2000 ، ص 235 : 
    إن الظهور المفاجئ للأدلة الأدبية والأثرية على العجلة المقسمة في القرن الثالث قبل الميلاد يتناقض بشكل ملحوظ مع الغياب التام للشهادات السابقة، مما يشير إلى أن الجهاز قد تم اختراعه قبل ذلك بوقت ليس ببعيد.
  28. ↑ تم تفسير مقطع معزول في سفر التثنية العبري (11.10-11) حول مصر كبلد زرعت فيه بذورك وسقيتها بأقدامك على أنه استعارة تشير إلى حفر قنوات الري بدلاً من دوس عجلة مائية ( أوليسون 2000 ، ص 234 ). 
  29. ↑ تيري س. رينولدز (2003)، أقوى من مئة رجل: تاريخ عجلة الماء العمودية ، مطبعة جامعة جونز هوبكنز ، ص 25، ISBN  0801872480
  30. 1 2 ويكندر 2000 ، ص. 395 ؛ اوليسون 2000 ، ص. 229  
    ليس من المستغرب أن جميع أجهزة رفع المياه التي تعتمد على عجلات أو أسطوانات مقسمة تعود أصولها إلى العصر الهلنستي المتطور والمتقدم علميًا، ...
  31. 1 2 هيل، دونالد روتليدج (1974). كتاب معرفة الحيل الهندسية لابن الرزاز الجزري . دار نشر دي. ريدل. ص 273-274 . 
  32. 1 2 أوليسون 2000 ، ص 230 
  33. ↑ أوليسون 2000 ، ص. 231 وما بعدها. 
  34. ↑ أورجان ويكاندر (2008). "الفصل 6: مصادر الطاقة واستغلالها". في جون بيتر أوليسون (محرر). دليل أكسفورد للهندسة والتكنولوجيا في العالم الكلاسيكي . مطبعة جامعة أكسفورد . ص 141-142 . ISBN  978-0-19-518731-1.
  35. ↑ أدريانا دي ميراندا (2007). العمارة المائية في أراضي سوريا: الدواليب المائية . دار نشر ليرما دي بريتشنايدر. الصفحات 38-39 . ISBN  978-88-8265-433-7.
  36. ↑ أوليسون 2000 ، ص 233 
  37. 1 2 3 أوليسون 2000 ، ص 234 
  38. 1 2 أوليسون 2000 ، ص 234 ، 270 
  39. ↑ أوليسون 2000 ، ص. 271 وما بعدها. 
  40. ↑ أوليسون 2000 ، ص 271 
  41. 1 2 ويكندر 2000 ، ص 394–6 
  42. ↑ ويكاندر 2000 ، ص 396 وما بعدها ؛ دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص 11 ؛ ويلسون 2002 ، ص 7 وما بعدها.   
  43. ^ ويكندر 1985 ، ص. 160 ؛ ويكاندر 2000 ، ص. 396  
  44. 1 2 هوانج وتشانج 2020 ، ص. 298.
  45. 1 2 نيدهام 1965 ، ص. 392.
  46. 1 2 3 هانسن، روجر د. (2005). "دواليب المياه" (ملف PDF) . waterhistory.org . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 14 أبريل 2022.
  47. 1 2 3 نيدهام 1965 ، ص 370.
  48. ^ هوانغ وتشانغ 2020 ، ص. 304.
  49. ↑ نيدهام 1965 ، ص 158.
  50. ^ هوانغ وتشانغ 2020 ، ص. 11.
  51. ↑ نيدهام 1965 ، ص 371-372.
  52. ↑ جهرين، بير؛ سوي ، تونجبو (22/11/2016). كيف يؤثر الماء على حياتنا . سبرينغر. رقم ISBN 978-981-10-1938-8.
  53. ↑ "أنتيباتر التسالونيكي: أبيات شعرية - ترجمة" . www.attalus.org . تاريخ الاسترجاع: 12 سبتمبر 2024 .
  54. ^ أوليسون 2000 ، ص 234 ، 269 
  55. ^ أوليسون 2000 ، ص 269−271 
  56. ^ ويكندر 2000 ، ص. 373و. ; دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص. 12  
  57. ↑ ويكاندر 2000 ، ص 375 ؛ دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص 13  
  58. ↑ دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص 11 ؛ أوليسون 2000 ، ص 236  
  59. ↑ ويكاندر 2000 ، ص 375 
  60. ↑ دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص. 12 وما بعدها. 
  61. ↑ غرين 2000 ، ص 39 
  62. ↑ ويلسون 1995 ، ص 507 وما بعدها ؛ ويكاندر 2000 ، ص 377 ؛ دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص 13   
  63. ↑ كتاب "دي ريبوس بيليسيس" (مجهول المصدر)، الفصل السابع عشر، النص من تحرير روبرت أيرلند، في: سلسلة بار الدولية 63، الجزء 2، ص 34
  64. ↑ الحسني وآخرون. ، ص. 115
  65. ↑ لوكاس، آدم (2006)، الرياح، الماء، العمل: تكنولوجيا الطحن القديمة والوسيطة ، دار بريل للنشر ، ص 26، رقم ISBN  978-90-04-14649-5
  66. ↑ دونالد روتليدج هيل (1996)، تاريخ الهندسة في العصور الكلاسيكية والوسطى ، روتليدج، ص 145-146 ، ISBN  978-0-415-15291-4
  67. ↑ لوكاس، ص 10
  68. ↑ أحمد ي حسن، نقل التكنولوجيا الإسلامية إلى الغرب، الجزء الثاني: نقل الهندسة الإسلامية. مؤرشف بتاريخ 25 أبريل 2019 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
  69. ↑ لوكاس، ص 11
  70. ↑ هيل؛ انظر أيضًا الهندسة الميكانيكية ( مؤرشف في 12 ديسمبر 2000 على موقع Wayback Machine )
  71. ↑ أحمد ي حسن ، تأثير دولاب الموازنة للساقية، مؤرشف في 13-12-2007 في آلة Wayback Machine .
  72. ↑ رينولدز، ص 14
  73. ↑ ويكاندر 2000 ، ص 400 : 
    هذه هي الفترة التي بدأت فيها طواحين المياه بالانتشار خارج حدود الإمبراطورية السابقة. ووفقًا لسيدرينوس (مختصر التاريخ)، فإن شخصًا يُدعى مترودوروس ذهب إلى الهند حوالي عام 325 ميلاديًا "بنى طواحين مياه وحمامات، لم تكن معروفة لديهم [البراهمة] حتى ذلك الحين".
  74. ↑ بيسي، ص 10
  75. ^ أوليسون 1984 ، ص 325 وما يليها. ; أوليسون 2000 ، ص 217-302 ؛ دونرز، ويلكنز وديكرز 2002 ، ص 10−15 ؛ ويكاندر 2000 ، ص 371−400    
  76. ↑ بيسي، ص 36
  77. ↑ صديقي
  78. ↑ بيسي، أرنولد (1991) [1990]. التكنولوجيا في الحضارة العالمية: تاريخ ألف عام (الطبعة الأولى من مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، غلاف ورقي). كامبريدج، ماساتشوستس: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الصفحات 26-29 .  
  79. ↑ ويكاندر 2000 ، ص 372 وما بعدها ؛ ويلسون 2002 ، ص 3  
  80. ↑ مورفي 2005
  81. 1 2 ويكندر 1985 ، ص 155 – 157 
  82. ↑ جليك، ص 178
  83. 1 2 3 روبرت فريدل، ثقافة التحسين . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كامبريدج، ماساتشوستس. لندن، إنجلترا. (2007). ص 31-32ب.
  84. 1 2 هوارد، روبرت أ. (1983). "مقدمة عن عجلات المياه". نشرة جمعية تكنولوجيا الحفظ . 15 (3): 26-33 . doi : 10.2307/1493973 . JSTOR 1493973 . 
  85. ↑ تيري إس. رينولدز، أقوى من مئة رجل: تاريخ عجلة الماء العمودية . بالتيمور: مطبعة جامعة جونز هوبكنز، 1983. روبرت فريدل، ثقافة التحسين . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كامبريدج، ماساتشوستس. لندن، إنجلترا. (2007). ص 33.
  86. ↑ روبرت فريدل، ثقافة التحسين . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كامبريدج، ماساتشوستس. لندن، إنجلترا. (2007). ص 34
  87. ↑ روبرت فريدل، ثقافة التحسين . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. كامبريدج، ماساتشوستس. لندن، إنجلترا. (2007)
  88. ↑ أنتوني فيتزهربرت ، المسح (لندن، 1539، أعيد طبعه في [روبرت فانسيتارت، محرر] بعض النصوص القديمة المتعلقة بإدارة الممتلكات العقارية أعيد طبعه [لندن، 1767] صفحة 92.
  89. ↑ ليوناردو دافنشي، MS F، 44r، في Les manuscrits de Leonardo da Vinci ، تحرير تشارلز رافايسون-مويليان (باريس، 1889)، المجلد 4؛ انظر أيضًا، Codex Madrid، المجلد 1، 69r [مخطوطات مدريد]، ترجمة ونقل لاديسلاو ريتي (نيويورك، 1974)، المجلد 4.
  90. ↑ سميتون، "بحث تجريبي حول القوى الطبيعية للماء والرياح في تدوير الطواحين والآلات الأخرى، اعتمادًا على الحركة الدائرية"، الجمعية الملكية، المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن 51 (1759)؛ 124-125
  91. ^ توريسيلي، إيفانجيليستا، أوبيري ، أد. جينو لوريا وجوزيبي فاسورا (روما، 1919.)
  92. ^ توريسيلا، إيفانجليكا، أوبيري ، أد. جينو لوريا وجوزيبي فاسورا (روما، 1919.)
  93. ↑ "الطاقة الكهرومائية من العصر الحديث المبكر إلى العصر الصناعي: حوالي 1500-1850 - الكهرباء والطاقة البديلة - تراث ألبرتا في مجال الطاقة" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15-11-2019.
  94. ↑
  95. ↑ ديفيز، بيتر؛ لورانس، سوزان (2013). "عجلة غارفيلد المائية: الطاقة الهيدروليكية في حقول الذهب الفيكتورية" (ملف PDF) . علم الآثار التاريخي الأسترالي . 31 : 25-32 .
  96. ↑ "عجلة غارفيلد المائية" . www.goldfieldsguide.com.au . تاريخ الاسترجاع: 2022-02-06 .
  97. ↑ "موقع تعدين الذهب/المحمية في شلالات أديلونج" . سجل التراث الحكومي لولاية نيو ساوث ويلز . وزارة التخطيط والبيئة . H00072 . تم الاطلاع عليه في 1 يونيو 2018 .النص مرخص من قبل ولاية نيو ساوث ويلز (إدارة التخطيط والبيئة) بموجب ترخيص CC BY 4.0 .
  98. ↑ بيرسون، وارويك (1997). "طواحين الدقيق التي تعمل بالطاقة المائية في تسمانيا في القرن التاسع عشر" (ملف PDF) . علم الآثار التاريخي الأسترالي . 15 : 66-78 .
  99. ↑ "دواليب المياه في والهالا" . www.walhalla.org.au . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 سبتمبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 سبتمبر 2022 .
  100. ↑ "التربة" . صحيفة ديلي تلغراف . 10 يونيو 1918. تاريخ الاسترجاع: 4 سبتمبر 2022 .
  101. ↑ ماكنيكول، رونالد، "ديثريدج، جون ستيوارت (1865-1926)" ، قاموس السير الأسترالي ، كانبرا: المركز الوطني للسير، الجامعة الوطنية الأسترالية ، تاريخ الاسترجاع : 6 فبراير 2022
  102. ↑ "طواحين المياه ودواليب المياه في نيوزيلندا" . www.windmillworld.com . تاريخ الاسترجاع: 11 سبتمبر 2022 .
  103. ↑ كومب (2014-09-03). "عجلة مائية أسترالية شابة" . ديجيتال نيوزيلندا . تم الاسترجاع في 2022-09-11 .
  104. ↑ "عجلة مائية لطاحونة تقترب من الترميم" . أخبار أوتاغو ديلي تايمز الإلكترونية . 19 سبتمبر 2015. تاريخ الاطلاع: 11 سبتمبر 2022 .
  105. ↑ "التعليق على وظيفة أكوالين؟" (باللغة الفرنسية). مؤرشفة من الأصلي بتاريخ 2017-07-11.
  106. ↑ لمناقشة الأنواع المختلفة من دواليب المياه، انظر سيسون، الصفحات 76-91
  107. ↑ جيز، فرانسيس؛ جيز، جوزيف (1994). الكاتدرائية، والحدادة، والدوامة المائية: التكنولوجيا والاختراع في العصور الوسطى . دار هاربر كولينز للنشر. ص 115. ISBN  0060165901.
  108. 1 2 3 4 5 "طريقة التعويم لتقدير التصريف" . دائرة الغابات الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 فبراير 2017 .
  109. ↑ ميشو، جوي ب.؛ ويرينغا، مارليس. "تقدير التصريف وتدفقات الجداول" (ملف PDF) . ولاية واشنطن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 فبراير 2017 .
  110. ↑ "حساب الطاقة الكهرومائية" . موقع الطاقة المتجددة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2017 .
  111. 1 2 ناجبوروالا، كيو إتش "التوربينات الهيدروليكية" . مدرسة إم إس رامايا للدراسات المتقدمة. ص 44. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2017 . 
  112. ↑ "رأس السرعة" . نيوتريوم . 27 سبتمبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2017 .
  113. 1 2 "الدواليب المائية" . الجمعية البريطانية للطاقة الكهرومائية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 12-07-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11-10-2012 .
  114. ↑ أويواتيك
  115. ↑ ضغط منخفض

مراجع عامة

  • سوتو غاري، عجلة الماء . المجلد 163. العدد 4. (يناير 1994)، ص  197
  • الحسني، إس تي إس، وودكوك، إي. وسعود، ر. (2006) 1001 اختراع  : التراث الإسلامي في عالمنا ، مانشستر: مؤسسة العلوم والتكنولوجيا والحضارة، ISBN 0-9552426-0-6
  • آلان. ١٨ أبريل ٢٠٠٨. دولاب مائي سفلي
  • دونرز، ك.؛ ويلكنز، م.؛ ديكرز، ج. (2002)، "طواحين المياه في منطقة ساغالاسوس: تقنية قديمة آخذة في الزوال"، دراسات الأناضول ، المجلد  52، الصفحات 1-17 ، doi : 10.2307/3643076 ، JSTOR 3643076 ، S2CID 163811541   
  • جليك، تي إف (1970) الري والمجتمع في فالنسيا في العصور الوسطى ، كامبريدج، ماساتشوستس: مطبعة بيلكناب التابعة لجامعة هارفارد، رقم ISBN 0-674-46675-6
  • غرين، كيفن (2000)، "الابتكار التكنولوجي والتقدم الاقتصادي في العالم القديم: إعادة النظر في دراسة إم آي فينلي"، مجلة التاريخ الاقتصادي ، المجلد  53، العدد  1، الصفحات 29-59 ، doi : 10.1111/1468-0289.00151 ، hdl : 10.1111/1468-0289.00151 
  • هيل، د. ر. (1991) "الهندسة الميكانيكية في الشرق الأدنى في العصور الوسطى"، مجلة ساينتفك أمريكان ، 264 (5: مايو)، ص  100-105
  • هوانغ، شينغ؛ تشانغ، شينغ (2020)، "11 عجلة مائية"، ثلاثون اختراعًا عظيمًا في الصين: من زراعة الدخن إلى الأرتيميسينين ، سبرينغر
  • لوكاس، أ. ر. (2005). "الطحن الصناعي في العالم القديم والوسيط: دراسة استقصائية للأدلة على الثورة الصناعية في أوروبا في العصور الوسطى". التكنولوجيا والثقافة . 46 (1): 1-30 . doi : 10.1353/tech.2005.0026 . S2CID 109564224 . 
  • لويس، MJT (1997) حجر الرحى والمطرقة: أصول الطاقة المائية ، مطبعة جامعة هال، ISBN 0-85958-657-X
  • مورتون، دبليو إس ولويس، سي إم (2005) الصين: تاريخها وثقافتها ، الطبعة الرابعة، نيويورك  : ماكجرو هيل، رقم ISBN 0-07-141279-4
  • مورفي، دونالد (2005)، أعمال التنقيب في طاحونة كيلوتيران، مقاطعة ووترفورد، كجزء من مشروع الطريق الالتفافي N-25 ووترفورد (ملف PDF) ، علم الآثار النهرية/الرسوبية في أيرلندا: نحو أفضل الممارسات، كلية دبلن الجامعية وهيئة الطرق الوطنية، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 18 نوفمبر 2007 ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مارس 2010
  • نيدهام، جوزيف (1965)، العلم والحضارة في الصين - المجلد 4: الفيزياء والتكنولوجيا الفيزيائية - الجزء 2: الهندسة الميكانيكية ، مطبعة جامعة كامبريدج، رقم ISBN 0-521-05803-1
  • Nuernbergk، DM (2005) Wasserräder mit Kropfgerinne: Berechnungsgrundlagen und neue Erkenntnisse ، Detmold  : Schäfer، ISBN 3-87696-121-1
  • Nuernbergk، DM (2007) Wasserräder mit Freihang: Entwurfs- und Berechnungsgrundlagen ، Detmold  : Schäfer، ISBN 3-87696-122-X
  • بيسي، أ. (1991) التكنولوجيا في الحضارة العالمية: تاريخ ألف عام ، الطبعة الأولى، مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، كامبريدج، ماساتشوستس  : معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، رقم 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 978-90-277-1693-4
  • Quaranta Emanuele, Revelli Roberto (2015), "Performance characteristics, power losses and mechanical power estimation for a breastshot water wheel", Energy, 87, Energy, Elsevier: 315–325, Bibcode:2015Ene....87..315Q, doi:10.1016/j.energy.2015.04.079
  • Oleson, John Peter (2000), "Water-Lifting", in Wikander, Örjan (ed.), Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, vol. 2, Leiden: Brill, pp. 217–302, ISBN 978-90-04-11123-3
  • 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 978-87-7492-090-8
  • Shannon, R. 1997. "Water Wheel Engineering". Archived from the original on 2017-09-20..
  • 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, vol. 10, pp. 151–179
  • Wikander, Örjan (2000), "The Water-Mill", in Wikander, Örjan (ed.), Handbook of Ancient Water Technology, Technology and Change in History, vol. 2, Leiden: Brill, pp. 371–400, ISBN 978-90-04-11123-3
  • Wilson, Andrew (1995), "Water-Power in North Africa and the Development of the Horizontal Water-Wheel", Journal of Roman Archaeology, vol. 8, pp. 499–510
  • ويلسون، أندرو (2002)، "الآلات والطاقة والاقتصاد القديم"، مجلة الدراسات الرومانية ، المجلد  92، [جمعية تعزيز الدراسات الرومانية، مطبعة جامعة كامبريدج]، الصفحات 1-32 ، doi : 10.2307/3184857 ، JSTOR 3184857 ، S2CID 154629776