Omvänt överskridande vattenhjul

vattenhjulet användes ofta i gruvor och förmodligen på andra ställen (som jordbruksdränering) och var en romersk innovation för att hjälpa till att avlägsna vatten från de lägsta nivåerna av underjordiska arbeten. Det beskrivs av Vitruvius i hans verk De architectura publicerad cirka 25 f.Kr. Resterna av sådana system som hittats i romerska gruvor vid senare gruvdrift visar att de användes i sekvenser för att lyfta vattnet en avsevärd höjd.

Vitruvius

Dräneringshjul från Rio Tinto gruvor

Den romerske författaren Vitruvius ger uttryckliga instruktioner om konstruktionen av avvattningsanordningar och beskriver tre varianter av "tympanum" i kapitel X av De architectura . Det är ett stort hjul försett med lådor, som i den första designen omfattar hela hjulets diameter. Hål borras i lådorna för att släppa in vatten i dem, så att när en låda faller ner i vattnet kommer den in och höjs när hjulet snurrar. När det når toppen av svängen rinner vattnet ut i en kanal. Han beskriver sedan en andra variant där lådorna bara är monterade i ändarna av hjulet, så att även om volymen vatten som transporteras är mycket mindre, transporteras den till en större höjd. Den sista varianten är en oändlig kedja av skopor, och mycket större lyft kan uppnås, även om större ansträngning krävs.

Plinius den äldre

Plinius den äldre syftar förmodligen på sådana anordningar i en diskussion om silver-/blygruvor i sin Naturalis Historia . Spanien producerade mest silver på sin tid, många av silvergruvorna hade startats av Hannibal. En av de största hade gallerier som löpte mellan en och två mil in i berget, "vattenmän" (på latin "aquatini") dränerade gruvan, och de

stod natt och dag i skift mätt med lampor, räddade vatten och gjorde en bäck.

Att de stod antyder att de manövrerade hjulen genom att stå på toppen för att vrida klossarna, och kontinuerligt arbete skulle producera en jämn ström av vatten.

Exempel

Sekvens av hjul hittade i Rio Tinto gruvor

Fragment av sådana maskiner har hittats i gruvor som återöppnades under den viktorianska eran i Spanien, särskilt i Rio Tinto , där ett exempel använde inte mindre än 16 sådana hjul som arbetade i par, där varje hjulpar lyfte vatten cirka 3,5 meter ( 11 fot), vilket ger ett totalt lyft på 30 meter (98 fot). Systemet var noggrant konstruerat och bearbetades av individer som trampade lameller vid sidan av varje hjul. Det är inte ett isolerat exempel, eftersom Oliver Davies nämner exempel från Tharsis koppargruva och Logroño i Spanien , samt från Dacia . Guldfyndigheterna i Dacia, nu moderna Rumänien , var särskilt rika, och arbetade intensivt efter den framgångsrika romerska invasionen under Trajanus . Enligt Oliver Davies var en sådan sekvens upptäckt vid Ruda i Hunedoara County i det moderna Rumänien 75 meter (246 fot) djup. Om den fungerade som Rio Tinto-exemplet hade den behövt minst 32 hjul.

Ett sådant hjul från Spanien räddades och en del av det visas nu i British Museum . Några av komponenterna är numrerade, vilket tyder på att den prefabricerades ovan jord innan monteringen i de underjordiska passagerna. På 1930-talet hittades ett fragment av en trähink från ett dräneringshjul i djupa arbeten vid guldgruvan Dolaucothi i västra Wales , och finns nu bevarat i National Museum of Wales i Cardiff . Det har koldaterats till omkring 90 e.Kr. Från djupet av 50 meter (160 fot) under kända öppna arbetsplatser kan man dra slutsatsen att dräneringshjulet var en del av en sekvens precis som den som finns i Spanien . Formen på kanten på en av lyftskoporna är nästan identisk med den från Spanien, vilket tyder på att en mall användes för att tillverka anordningarna.

Cochlea

Romersk skruv som används för att avvattna gruvor i Spanien

En annan anordning som användes flitigt var den arkimedeiska skruven , och exempel på sådana dräneringsmaskiner har också hittats i många gamla gruvor. Avbildningarna visar skruvarna som drivs av en människa som trampar på det yttre höljet för att göra om hela apparaten i ett stycke. De användes också i serie, vilket ökade lyftet av vatten från driften. De måste dock ha varit svårare att manövrera eftersom användaren var tvungen att stå på en lutande yta för att skruva på skruven. Ju brantare lutningen är, desto större är risken att användaren halkar från toppen av skruven. Utan tvekan var det omvända vattenhjulet lättare att använda med en horisontell trampyta. Å andra sidan skulle skruven kunna manövreras av ett vev som är monterat på den centrala axeln , men det skulle vara mer tröttsamt eftersom operatörens vikt inte påverkar veven, som den gör när den trampas uppifrån.

Liksom det omvända vattenhjulet användes snäckan för många andra ändamål förutom att dränera minor. Bevattning av jordbruksmark skulle ha varit den mest populära tillämpningen, men alla aktiviteter som involverade att lyfta vatten skulle ha använt anordningarna.

Vattenhjul

Flera sekvenser av vattenhjul användes på andra håll i det romerska riket , som det berömda exemplet vid Barbegal i södra Frankrike . Detta system var också en stack med 16 hjul men fungerade som ett vanligt överskottshjul, hjulen drev stenkvarnar och användes för att mala korn. Vattenkvarnarna arbetades från en murad akvedukt som försörjer den romerska staden Arles , och resterna av murverken är fortfarande synliga på marken idag, till skillnad från gruvornas underjordiska dräneringssystem, som förstördes av senare gruvdrift. Andra sådana sekvenser av kvarnar fanns på Janiculum i Rom , men har täckts och förändrats av senare byggnader som byggts ovanpå dem.

Se även

Boon, GC och Williams, C. The Dolaucothi Drainage Wheel , Journal of Roman Studies, 56 (1966), 122–127.
Palmer, RE, Notes on some Ancient Mine Equipment and Systems , Transactions of Institute of Mining and Metallurgy, 36 (1928), 299–336.
Davies, Oliver, Roman Mines in Europe , Oxford (1935).