Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

У римлян было три типа машин для подъема воды; tympanum, или барабан, cochlea, или архимедов винт, и силовой насос. Они приводились в действие ручным (или ножным) управлением. Сохранилось много образцов tympanum – барабана, особенно в римских шахтах Испании. Они были разных размеров: в среднем диаметр 14 футов, имели четыре ступеньки для ног вдоль ободов на спицах и были оборудованы четырьмя открытыми коробами или ведрами для зачерпывания воды. Обычно их делали из дерева, но иногда они имели бронзовые оси. Последовательно вращаясь, они могли поднимать воду. Но каждый барабан требовал усилий по крайней мере одного человека, сидящего над ним и толкавшего ступеньки ногами. Барабаны, очевидно, хорошо зарекомендовали себя в римских шахтах. Нет никаких записей о том, что шахты были оборудованы машинами, приводимыми в действие животными, до XIV века.

Cochlea – машина, известная грекам, упомянута здесь, поскольку была стандартным оборудованием римских шахт. Архимедов винт римлян имел длину 10–12 футов и представлял собой деревянный сердечник с полоской дерева или меди, прикрепленной к нему по спирали. Все это было заключено в цилиндр из планок. Устройство устанавливалось в наклонном положении под углом 20–45 градусов, и вращение осуществлялось с помощью рукояток. Их располагали последовательно одно над другим, и можно было поднимать воду на такую высоту, какую позволяли местные условия. Трудно предположить, что подобным образом могла быть достигнута высокая скорость или эффективность, однако широта распространения архимедова винта предполагает, что он обладал немалыми преимуществами. Представляется, что cochlea была эффективнее tympanum. Винт поворачивал только один человек, в то время как вес барабана требовал усилий двух или трех работников, да и поток воды был равномернее и устойчивее. Согласно авторитетному автору Оливеру Дэвису, cochlea олицетворяла собой самое эффективное применение силы к задаче осушения шахт до того, как человеку пришла в голову идея использовать вместо себя животных.

Далее мы переходим к описанию насоса, поднимающего воду на высоту. Мы поместили его в эту главу о Древнем Риме, потому что инженеры эллинского мира ничего не делали с его использованием, в отличие от Витрувия. Судя по детальному описанию Витрувия, римские инженеры хорошо знали принципы действия силового насоса и технологию его изготовления. Он называет его водоподъемной машиной Ктесибия: «Ее делают из меди.

Рис. 4.14. Cochlea с коленчатым рычагом

В ее основании на небольшом расстоянии друг от друга ставят парные цилиндры с трубками, соединяющимися наподобие вилки и сходящимися в сосуд, помещенный посередине. В этом сосуде в верхних соплах трубок делают точно пригнанные клапаны; они, закрывая отверстия сопел, не дают вернуться тому, что было выжато в сосуд вдуванием…» Далее следует столь же подробное описание: «Ни прямолинейное движение без кругового, ни круговое движение без прямолинейного не могут поднять груз». Его собственные наброски к манускрипту не сохранились, однако описание настолько ясное, что вопросов относительно конструкции водоподъемных механизмов не возникает. Их можно было соединять с водяным колесом или «беговой дорожкой». Насколько широко распространено и эффективно было их использование, точно не известно. Витрувий писал, что они применялись для подъема воды из расположенных внизу резервуаров к общественным фонтанам, но не уточнил, насколько широко. Он также ничего не сказал о необходимой для них энергии, а другого свидетельства римских времен не существует. Фронтин, писавший около 100 года об огромных акведуках и системе водоснабжения Рима, не упоминал о конструкции или использовании водоподъемных механизмов – насосов.

Рис. 4.15. Мукомольная мельница и подливное водяное колесо

Римляне периодически использовали энергию воды, чтобы дополнить или даже заменить людей и животных. Они усовершенствовали ручную мельницу, на которой древний человек получал муку. Верхний камень стал вогнутым и приобрел форму песочных часов. Его нижний раструб был насажен на коническое основание, а верхний стал воронкой для зерна. С обеих сторон крепились рычаги. В руинах Помпеи, уничтоженной Везувием в 79 году, был найден барельеф с изображением осла, привязанного к подобной мельнице. Плиний Старший, завершивший написание «Естественной истории» за два года до катастрофы, в которой он погиб, утверждал, что итальянцы мололи зерно в таких мельницах, так же как и в ручных. Водяные мельницы были более сложно устроены. Витрувий дал ясное описание зубчатых барабанов, зацепляющихся под прямыми углами и передающих энергию от подливных водяных колес, вращающихся на горизонтальных осях, к мельничным жерновам, вращающимся, разумеется, вокруг вертикальных осей.

Других ссылок на водяные колеса в римской литературе немного, но достаточно, чтобы доказать важность водяных мельниц (рис. 4.15) для Рима. Их было много на склоне Яникула, чтобы использовать поток из резервуара Аква Траяна, стекающий вниз. Там, безусловно, применялись подливные колеса, которые было легко поместить в поток, однако есть свидетельства того, что римлянам были известны наливные колеса, устанавливаемые под мельничным лотком и поворачиваемые и весом, и толчками падающей воды. Каменная кладка римского водяного колеса до сих пор находится в афинской Агоре. Оно имело диаметр около 10 футов, и мельничный лоток располагался на 4½ фута выше. Дата постройки 457–474 годы.

Между тем самыми известными водяными колесами в римской истории были подливные колеса, которые византийский военачальник времен императора Юстиниана Велизарий установил в реке Тибр в период обороны Рима в 537 году. Готы перерезали акведуки на дальней стороне Тибра и остановили городские мельницы. Велизарий протянул ряды тросов через реку и попарно пришвартовал к ним баржи. Водяное колесо было установлено между баржами и соединено с мельничными жерновами на баржах. Утверждают, что таким образом Велизарий использовал течение реки и обеспечил население города мукой на протяжении всей осады.

Римляне активно искали полезные ископаемые и были практически так же примитивны в своих методах добычи, как и другие народы древности. Но в 50 году до н. э. их сенат ограничил разработку месторождений в Италии. Плиний Старший заявил, что в стране изобилие металлов. По его словам, сенат предпринял это действо, чтобы сохранить полезные ископаемые Италии. Более поздние историки с ним не согласились, посчитав, что в основу этого решения положены сложные военные и политические причины.