Vandens ratas

Istorija

Pagrindinis straipsnis: Vandens malūnas

Graikų-romėnų Europa

Vandens rato technologija buvo žinoma jau seniai, tačiau plačiai pradėta naudoti tik viduramžiais, kai dėl didelio darbo jėgos trūkumo tokios mašinos kaip vandens ratas tapo ekonomiškai efektyvios. Tačiau senovės Romoje ir senovės Kinijoje vandens ratai turėjo daug praktinio pritaikymo - jie buvo naudojami malūnams, skirtiems grūdams ir kitoms medžiagoms plakti, varyti. Romėnai naudojo ir stacionarius, ir plaukiojančius vandens ratus ir pristatė vandens energiją kitoms Romos imperijos šalims. Žinoma, kad romėnai vandens ratus plačiai naudojo kasybos projektuose, o didžiuliai romėnų laikų vandens ratai rasti tokiose vietose kaip dabartinė Ispanija. I a. pr. m. e. graikų epigramatikas Antipatras iš Tesalonikų pirmasis paminėjo vandens ratą.

Senovės Kinija

Bent jau I mūsų eros amžiuje Rytų Han dinastijos kinai pradėjo naudoti vandens ratus grūdams smulkinti malūnuose ir stūmokliniams sūkuriams sukti kalant geležies rūdą į ketų.

Huan Tano apie 20 m. po Kr. (Wang Mango uzurpacijos metu) parašytame tekste, vadinamame Xin Lun, teigiama, kad legendinis mitologinis karalius Fu Xi buvo atsakingas už grūstuvą ir skiedinį, kurie vėliau virto pakreipiamuoju plaktuku, o vėliau - trišakiu plaktuku (žr. trišakį plaktuką). Nors autorius kalba apie mitologinį Fu Xi, jo rašinio ištrauka pateikia užuominą, kad I mūsų eros amžiuje Kinijoje vandens ratas buvo plačiai naudojamas.

31 m. po Kr. inžinierius ir Nanyango prefektas Du Shi sudėtingai panaudojo vandens ratą ir mašinas, kad įjungtų aukštakrosnės sūkius ir sukurtų geležies liejinį. Vandens ratai Kinijoje buvo naudojami ne tik praktiškai, bet ir neįprastai. Išradėjas Zhang Hengas (78-139 m.) pirmasis istorijoje panaudojo varomąją jėgą sukdamas astronominį prietaisą - armiliarinę sferą - naudodamas vandens ratą. Mechanikos inžinierius Ma Junas (200-265 m.) kartą panaudojo vandens ratą dideliam mechaniniam lėlių teatrui, skirtam Vei imperatoriui Mingui, maitinti ir valdyti.

Viduramžių Europa ir šiuolaikinė

Cistersų vienuolynuose vandens ratai buvo plačiai naudojami įvairių rūšių malūnams varyti. Ankstyvas labai didelio vandens rato pavyzdys išliko XIII a. pradžios Real Monasterio de Nuestra Senora de Rueda, cistersų vienuolyne Aragono regione Ispanijoje. Neabejotinai labiausiai paplitę buvo malūnai (kukurūzams), tačiau buvo ir lentpjūvių, piltinių ir malūnų, skirtų daugeliui kitų daug darbo reikalaujančių užduočių atlikti. Vandens ratas išliko konkurencingas garo varikliui iki pat pramonės revoliucijos.

Pagrindinis vandens ratų sunkumas buvo jų neatskiriamumas nuo vandens. Tai reiškė, kad malūnus dažnai reikėjo statyti toli nuo gyventojų centrų ir gamtinių išteklių. Tačiau vandens malūnai buvo naudojami komerciniais tikslais ir XX amžiuje.

Vandens ratai su atbuline eiga ir atbuline eiga tinka ten, kur yra nedidelis upelis, kurio aukščio skirtumas didesnis nei 2 metrai, dažnai kartu su nedideliu rezervuaru. Krūtininiai ir apatiniai vandens ratai gali būti naudojami upėse arba didelio tūrio srautuose su dideliais rezervuarais.

Galingiausias Jungtinėje Karalystėje pastatytas vandens ratas buvo 100 AG Quarry Bank Mill vandens ratas netoli Mančesterio. Didelės krūtinės ląstos konstrukcijos, 1904 m. jis buvo nurašytas ir pakeistas keliomis turbinomis. Dabar jis restauruotas ir yra visuomenei atviras muziejus.

Šiuolaikines hidroelektrines užtvankas galima laikyti vandens rato palikuonėmis, nes jose taip pat naudojamas vandens judėjimas nuo kalno žemyn ratui sukti.