В своей «О горном деле и металлургии», 1556 года Григорий Агрикола очень подробно описал все оборудование для плавильных печей. И как сделать воздуходувные меха тоже описал по деталям.
Однако, насколько хороши были меха а-ля Агрикола?…
Воздуходувные меха у Агриколы описаны двух типов.
Во-первых маленькие ручные, которые напоминают по принципу действия велосипедный насос, только куда большего размера.
Это, по сути бочка, в которой ходит поршень размером с суповую тарелку, да и назывались так же — «воздуходувные бочки».
В бочке сделано два клапана — входящий и выходящий, клапанами служили куски толстой кожи.
Это очень старая конструкция, подобные конструкции были известны еще в Римской Империи (и применялись в римских музыкальных инструментах).
Можно представить, насколько они были неудобны и насколько непроизводительны. Особенно в таком варианте, как у Агриколы нарисовано — с двумя мехами, которыми требуется манипулировать руками.
Этот тип мехов имеет очень ограниченное применение — когда нужно поддуть небольшой объем воздуха и небольшое время.
Для более солидных печей применялся другой тип — именно тот, который мы называем «воздуходувные меха».
Эти меха назывались «деревянные клинчатые», и уже имели куда более высокую производительность.
Да и управляться ими можно было, стоя сверху и наступая на них (хотя делались и маленькие ручные, для открытых горнов). Именно их любят показывать в художественных фильмах.
Их конструкция также очень древняя, она естественным образом вытекает из шкуры животного, наполненной воздухом, просто деревянные доски добавлены, чтобы мехи легко раскрывались. Я не удивлюсь, если выясниться, что эти меха изобретали сразу во множестве мест — как только появилась потребность.
Эти меха, кроме всего прочего, могли масштабироваться до вполне таких здоровенных, которых качало водяное колесо.
Однако, такие меха были устроены совсем непросто. Множество деталей из разных материалов не добавляли надежности. Кроме того, для этих мехов требовался достаточно дорогой материал — воловья кожа, которая быстро изнашивалась. А кожи требовалось много, как и разных металлических элементов, полюбуйтесь на такие вот стационарные меха с приводом от водяного колеса:
Такие меха начали широко применяться с 15 века, они могли давать до 200 кубических футов воздуха в минуту.
Ручные варианты клиновидных мехов применяются до сих пор, хотя сейчас несложно приспособить электрический вентилятор («улитку»).
В 1494 г. произошло очередное усовершенствование — Леонардо да Винчи изобрел ящичные меха.
Они состояли из двух ящиков, один из которых был наполнен водой, а второй перевернут вверх дном (или имел отверстие в днище). Когда второй ящик опускали в первый, то вода заполняла второй ящик и вытесняла воздух. В 1514 году Леонардо добавил кожаный клапан и эту конструкцию и ее применяли вплоть до 18 века. Эти меха по параметру простота-производительность, несомненно, лидируют. Если нет ничего более, то попаданцу рекомендуется использовать именно их.
Интересно то, что Леонардо усовершенствовал эти меха в 1514-м, а книга Агриколы вышла в 1556-м, и в ней нет ни слова о ящичных мехах. Можно представить себе скорость распространения технических новинок в то время.
В 16-17 веке появился еще один интересный тип мехов — воздуходувные бочки (Kastengebläse).
Это реально была бочка, в которой установлена вертикальная перегородка, которая не доставала до дна. Если бочку наклонить, то вода вытеснит воздух из той половины, что окажется внизу. Остается только добавить два клапана в каждой половине бочки — в одной впускной, в другой выпускной и придумать качающийся механизм.
Такая конструкция, конечно, не даст большой производительности, но и физические усилия на работу механизма небольшие.
При этом в 1494 году было изобретено также воздуходувное колесо. Оно представляло из себя нечто подобное этим воздуходувным бочкам, но это был барабан с отсеками, частично заполненный водой. При вращении отсеки последовательно наполнялись водой и вытесняли воздух. Этот барабан не имел «холостого хода» и применялся во Франции вплоть до 1820 годов.
И опять-таки — этот барабан был придуман раньше, чем воздуходувная бочка, но применялся ограничено (хоть ничего сложного в конструкции не наблюдалось).
Конечно, если есть возможность, то лучше всего попаданцу мастерить тромпу, водоструйный компрессор. Их начали строить с 1589 года, сначала очень небольшие, делая и воронку и отвод воздуха из кожи. Однако, их не везде можно построить — нужна не только проточная вода, но и перепад высот, и чем больше, тем лучше.
Вообще, глядя на историю мехов, мне кажется что попаданец с мало-мальским техническим образованием сможет тут развернуться, предлагая интересные конструкции на стыке пневматики и гидравлики. Ведь все равно в каждой местности были немного свои воздуходувки, то почему бы не ввести новшество, развив традиции аборигенов?
Мне где-то попадалось что неплохим изобретением была идея положить обычные клиновидные меха на бок — так их качать эффективнее, усилия распределяются равномернее. Но источник не очень надежный.
При обычной установке мехов нагнетанию помогает сила тяжести. Если положить на бок, сила тяжести будет мешать при обоих движениях, придется преодолевать силу трения.
При мускульном приводе важна равномерность усилия. 10 кило туда 10 сюда можно тягать весь день. 20 кило туда 0 обратно — быстро устанете. А при вертикальной установке тяжесть как раз и делает усилие неравномерным. Хотя легко и удобно присобачить противовес, так что насчет горизонтальной сомнительно.
20 кг вниз массой тела, а потом повиснуть на веревке и оно поднимется.
Тут именно, что сила тяжести помогает, как вниз так и вверх.
Натолкнулся в сети >>>В начале апреля во Франции проходит Фестиваль кузнечных мехов (le Carnaval des Soufflets), во время которого жители наряжаются в ночные рубашки, одевают ночные колпаки, маски, и берут в руки кузнечные меха.
Эта традиция берет начало в Средних веках, когда во время карнавала жители Франции использовали меха, чтобы очистить воздух города от скверны и нечистой силы. Говорят, что именно монахи из аббатства Saint Sauveur были инициаторами отмечания этого праздника до Великого поста, чтобы полностью очиститься к этому важному периоду.>>> — Дикарис 😉
Тема настолько серьезна, что некто Нартов сделал первую в союзе паровую машину исключительно для качания мехов.
Оный также изобрел то, чего до него не было — накопитель, сглаживающий пульсации и суммирующий мощности отдельных мехов/потребителей.
Ресивер был известен еще в Древнем Риме, я еще напишу про это.
Вариант с мехами при дешевом физическом труде (подмастерья, а то и рабы) — вполне. А дальше — в зависимости от того, что нам надо, можно много наворотить. Если присралось работать одному, можно накачивать ногой. Или даже баллон-накопитель сделать — кожаный мешок придавленный грузом. В таких баллонах без всякого металла можно замутить газификацию на базе биогаза.
P.S. Всем пользительно изучить схему такой простой и полезной вещи как газовый редуктор. Давление на входе может колбасить, лишь бы выше минимума, а на выходе всегда ровно сколько надо.
>>Вариант с мехами при дешевом физическом труде (подмастерья, а то и рабы) — вполне
Собственно, поэтому статью и писал. 🙂
>>изучить схему такой простой и полезной вещи как газовый редуктор
А это тема еще будет разобрана!
Хотя и не в применении для литьевой воздуходувки, в печи от него пользы немного.
Осмелюсь напомнить про отсутствие на сайте соответствующей статьи.
А что там писать? Коробка способная выдерживать колебания давления от мехов. Усё.
Тем не менее почитать было бы интересно-тем более, что обещание есть.
Азиаты применяли еще ручные коробчатые меха — по сравнению с ручными мехами из труда Агриколы позволяли задействовать только одну руку, качали воздух при движении рукоятки в обоих направлениях , а по сравнению с клинчатыми мехами позволяли обходиться минимумом кожи(+кожа почти не изнашивалась) либо практически без кожи(только на клапаны)_http://www.anvilfire.com/bookrev/kapp/images/box_bellows_40_1572.jpg _http://www.anvilfire.com/bookrev/kapp/images/china_black_comb_400.jpg
У Дж.Перси в книге «Руководство к металлургии», в главе добыча железа в Индии упоминается воздуходувный прибор Оризы(действительно оригинальная конструкция, где индус задействован весь и целиком 😉 весело скачет обеспечивая наддув и затыкая пятками(вместо клапанов) отверския ;). По мнению Перси он требует наименьших усилий среди всех ручных воздуходувных мехов _http://content.foto.mail.ru/mail/idler_08/27/i-28.jpg
Может кому понадобится — таблица производительности воздуходувных приборов с металлургического форума _http://content.foto.mail.ru/mail/idler_08/27/i-35.jpg
Современное исполнение ящичных мехов Леонардо да Винчи 😉 _http://img.allzip.org/g/97/orig/5177930.jpg _http://img.allzip.org/g/97/orig/5177931.jpg
Любопытно было бы сравнить меха с грубой «улиткой», на одинаковых приводах. Улитка на ременном редукторе, ессно. Не факт, что сбалансировать лопасти будет сложнее, чем подогнать всё в тех же коробчатых мехах — щели могут быть на порядок больше, чем в «медленных» насосах…
И ещё один момент — разные конструкции дают разное соотношение поток/давление, соответственно сравнительная эффективность зависит от конкретной печки…
Как то раз читал, что английский механик Смитон изобрел в где-то в 1780-х цилиндрические меха, увеличившие эффективность дутья в несколько раз.
Суть — водяная мельница, маховик, кривошип, несколько цилиндров с кожаной гармошкой. клапан.
Выгоды — равномерное дутье, мельче механизм (легче ремонтировать), гибкость в мощности (доп меха можно добавлять/убирать), меньше совокупных усилий (меньше водяное колесо).
Проще, чем ворочать меха Агриколы.
Вот кстати, интересно для Бессемеровского конвертера даже небольших размеров какой необходим насос?
Я вот не понимаю почему в бронзовом веке нельзя было сделать водокольцевой насос?
http://byreniepro.ru/nasosy/vodokolcevye-vakuumnye.html
Для начала вам понадобятся токарный и фрезерный станки, мерилка, и по мелочи всякое.
По-моему, ящичные меха можно сделать из бересты, а швы загерметизировать смолой.
Вот, кстати, рисунок упоминавшейся французкой воздуходувки: http://glavmex.ru/forum/download/file.php?id=3379