В XI, XII и XIII вв. Запад узнал свою первую революцию в механике. Что означает эта революция? Будем понимать под нею совокупность изменений, какие повлекло за собой умножение числа водяных и ветряных мельниц. Эти «первичные двигатели», несомненно, весьма скромны по мощности : от 2 до 5 лошадиных сил на водяное колесо, иногда 5 и самое большее 10 лошадиных сил для крыльев ветряной мельницы. Но в экономике, плохо обеспеченной энергией, они представляли значительный прирост мощности и сыграли определенную роль в первом экономическом подъеме Европы.
Водяная мельница, более древняя, имела намного большее значение, чем ветряная. Она не зависит от непостоянства ветра, а использует воду, в общем менее капризную. Она была более широко распространена в силу своей древности, большого числа рек и речек, водохранилищ, отводных каналов, водоводов, которые могли заставить вращаться колесо с лопастями или плицами. Не будем забывать и прямое использование течения судами-мельницами - на Сене в Париже, на Гаронне в Тулузе и т. д. Не стоит забывать также и о силе прилива и отлива, которую нередко использовали как в мусульманских странах так и в странах Запада, даже там, где приливы и отливы незначительны. В венецианской лагуне у французского путешественника в 1533 г. вызвала восторг единственная водяная мельница, увиденная на острове Мурано, которую приводил в движение «напор морской воды, когда море прибывает или убывает»
Первая водяная мельница была с горизонтальным колесом, своего рода простейшей турбиной; иногда ее называли греческой (ибо она появилась в античной Греции) или скандинавской (так как она долго сохранялась в Скандинавии). С тем же успехом можно было говорить о китайской, корсиканской, бразильской, японской, фарерской или среднеазиатской, потому что в них водяное колесо вращалось иной раз до XVIII, а то и до XX в. в горизонтальной плоскости, развивая при этом минимальную мощность, которая позволяет медленно вращать мельничный жернов. Ничего нет удивительного, что такие примитивные колеса встречались в Чехии еще в XV в. или около 1850 г.-в Румынии.
«Гениальным» решением стал поворот колеса в вертикальную плоскость, осуществленный римскими инженерами в I в. до н. э. Движение, передаваемое зубчатой передачей, затем становится горизонтальным при окончательном вращении жернова, который к тому же будет вращаться впятеро быстрее приводного колеса; бывали и передачи с понижением числа оборотов. Такие первые двигатели отнюдь не всегда бывали примитивными. В Барбегале, около Арля, археологи обнаружили великолепное римское сооружение: акведук с «искусственным напором воды» длиной более 10 км, а в конце его - 18 поставленных одно за другим колес, настоящие последовательно включенные двигатели.
Тем не менее применение таких позднеримских устройств было ограничено несколькими пунктами Империи, и использовались они единственно для размола хлеба. Зато революция 12-13 вв. не только умножила число водяных колес, она распространила их применение на другие области. Применение водяного колеса сделалось многообразным; оно приводило в движение для толчеи руд, тяжелые качающиеся молоты, которыми ковали железо, огромные била сукновален, мехи металлургических печей, а также насосы, точила, дубильные мельницы и, наконец, последнее новшество - мельницы бумажные. Прибавим к этому механические пилы, которые появляются с XIII в., как доказывает это сделанный около 1235 г. чертеж такого любопытного «инженера», каким был Виллар де Оннекур. С необычайным расцветом горного дела в XV в. самые лучшие мельницы стали работать на рудниках: лебедки с реверсом для подъема бадей с рудой, мощные машины для вентиляции штолен или для откачки воды нориями (непрерывной цепью с черпаками) и даже всасывающими и нагнетательными насосами, установки для забивки свай, где рычаги давали возможность приводить в движение уже сложные механизмы, которые почти такими же сохранятся до XVIII в., даже позднее.
В пильных станах, в билах сукновален, в молотах и мехах металлургических печей проблема заключалась в том, чтобы преобразовать движение вращательное в прямолинейное, переменное по направлению; это делалось возможным благодаря применению кулачковых валов. Удивительно в наших глазах то, что дерево позволяло осуществлять самые сложные решения.
Мельница, однако, сделалась универсальным устройством, так что сила рек, использовалась она полностью или нет, была необходима повсеместно и настоятельно. «Промышленные» города приспосабливались к течению рек, приближались к ним, обуздывали текущую воду, принимая вид городов наполовину венецианских, во всяком случае на протяжении трех или четырех характерных улиц. Нюрнберг усилиями Пегница вращал свои многочисленные колеса внутри городских стен и по всем прилегающим деревням (из них 180 еще работали в 1900 г.). В Париже и вокруг Парижа подспорьем служили десятка два ветряных мельниц; но даже предположив, что они ни на один-единственный день в году не останавливались бы из-за безветрия, все они, вместе взятые, не дали бы и двадцатой доли той муки, которую потребляли парижские булочники. Вдоль Сены, Уазы, Марны и малых рек, вроде Ивет и Бьевр (на которой в 1667 г. обосновалась королевская гобеленовая мануфактура), работало 1200 водяных мельниц, большая часть которых предназначалась для помола зерна.
В конце XVIII в. в Галиции, ставшей австрийской, статистика дает на 2 млн. жителей цифру 5243 водяных мельницы (и лишь 12 ветряных). И достаточно присмотреться внимательно к бесчисленным небольшим колесам, видимым на стольких картинках, рисунках, планах городов, чтобы понять, сколь они были всеобщим явлением. Во всяком случае, если в других местностях соотношение между водяными мельницами и численностью населения было такое же, как в Польше, их должно было бы насчитываться накануне промышленного переворота 60 тыс. во Франции и примерно 500-600 тыс. в Европе. Ласло Маккаи в детальной статье о водяной мельнице, примерно подтверждает эти цифры: «...от 500 до 600 тыс. мельниц, что равно 1,5-3 млн. лошадиных сил ».
Ветряная мельница появилась намного позже водяного колеса. До недавнего времени ее считали «уроженкой» Китая; более вероятно, что она пришла с нагорий Ирана или из Тибета.)
В Иране, по-видимому, с VII в. н. э. и уж наверняка в IX в. мельницы вращались, приводимые в движение парусами, установленными вертикально на колесе, которое само двигалось в горизонтальной плоскости. Движение этого колеса, передаваемое на центральную ось, приводило во вращение жернов для размола зерна. И еще одно преимущество: связь между движением ветряка и вращением жернова не требовала никаких зубчатых передаточных устройств. По-видимому, от мусульман такие мельницы распространились в Китае и в Средиземноморье.
Ветряная мельница, более дорогая в эксплуатации, чем ее родственница, требовала больших расходов при равной работе, в частности на помол зерна. Но ее использовали и по-иному. Огромная роль этих мельниц в Нидерландах с XV в. (и еще более-после 1600 г.) заключалась в приведении в движение бесконечных цепей с черпаками, которые собирали грунтовые воды и сбрасывали их в каналы. Таким образом, они станут одним из орудий терпеливого отвоевывания нидерландских земель под защитой дамб, прикрывающих от моря и от тех озер, что образовались на слишком долго разрабатываемых в прошлом торфяниках. И еще одна причина того, чтобы Голландии стать родиной ветряной мельницы: страна лежит в центре обширного пространства с постоянными западными ветрами, дующими с Атлантики в направлении Балтийского моря.
Первоначально всю мельницу поворачивали вокруг ее оси, чтобы сориентировать крылья по ветру, как, скажем, бретонские мельницы с характерным названием «подсвечники» . Вся мельница монтировалась на центральной мачте, и поворотный брус позволял поворачивать весь комплекс. Так как крылья выгодно располагать сколь возможно выше над землей, дабы они ловили самый сильный ветер, механизм передачи и жернова располагались высоко (отсюда потребность в подъемнике для мешков). Маленькая подробность: ось крыльев никогда не бывала строго горизонтальной, ее наклон регулировали эмпирическим путем.
Довольно рано, по достоверным данным-в XVI в., благодаря голландским инженерам распространилась башенная мельница: для перемещения крыльев достаточно было передвигать только подвижный верх постройки. В таких мельницах сложность была в том, чтобы облегчить движение «шапки» по неподвижной части мельницы, используя деревянные полозья или же подшипники разных конструкций. Внутри мельницы требовавшие решения проблемы оставались теми же: управлять - останавливать движение крыльев, изменять положение их лопастей, обеспечить медленное оседание из бункера зерна, которое через «окно» проходит сквозь верхний вращающийся жернов, а главное-изменять посредством зубчатой передачи направление движения, которое должно преобразовываться из вертикального движения крыльев в горизонтальное вращение жерновов.
В более общем смысле великим прогрессом было открытие, что один-единственный двигатель, одно-единственное колесо, будь то водяная или ветряная мельница, могло передавать свое движение нескольким орудиям: не одному жернову, но двум или трем; не одной только пиле, но пиле и молоту; не одной толчее, но целому ряду, как в той занятной модели (в Тироле), что «толкла» зерно, вместо того чтобы его молоть (в этом случае грубо измельченное зерно используют для изготовления отрубного хлеба, напоминающего более сухарь, чем хлеб).
Из книги Ф. Броделя "Материальная цивилизация, экономика и капитализм XV-XVIII вв."
