KOLO, KOLO MLÝNSKÉ . . .

Síla vodního proudu byla prvním přírodním zdrojem energie, který se lidstvo naučilo vědomě využívat. Vynálezem vodního kola se zrodil první motor, který spolehlivě sloužil lidem po tisíce let. Moderní vědecké výzkumy a výpočty přivedly pak na svět vodní turbínu, mnohem účinnější než klasické kolo. Vodní turbíny se staly výhradním zdrojem energie pro generátory na výrobu elektrického proudu v hydroelektrárnách.

Pilotový mlýn na řece Sávě se svislým vodním kolem na spodní vodu.

Kolo je úžasným technickým vynálezem, dílem neznámého tvůrčího génia, který zmizel v propasti času. Nám ovšem teď nepůjde o kolo zkracující vzdálenosti, o kola vozů, automobilů či vlaků. Připomeneme si kolo speciální - kolo jako zdroj energie, kolo jako motor.
   Tekoucí proud vody, ale i poklidně se čeřící jezero v sobě skrývají obrovskou a vlastně nevyčerpatelnou zásobu energie. Vodní "síla" je tím větší, čím větší je množství vody a u proudící vody také čím větší je spád vodního toku. Velkou výhodou energie skryté ve vodních tocích je její velmi snadná přeměna na energii mechanickou, kterou už přímo můžeme využít při nejrůznějších lidských činnostech. A právě k tomu nám již tisíciletí slouží vodní kolo.
   Nejstarší vodní kola byla horizontální (ležatá). Na lopatky takto umístěného kola se přiváděla voda dřevěnou troubou. Hřídel kola procházela volně spodním mlýnským kamenem a byla přímo upevněna do horního, otáčejícího se mlýnského kamene (běhounu). Taková sestava mlýna byla velice jednoduchá, protože odpadly všechny převody, u svislých vodních kol nutné. A tak se mlýny s ležatými vodními koly přes svou nižší účinnost udržely v některých méně vyspělých oblastech světa až do našeho století. Měly ještě jednu výhodu - k jejich pohonu stačilo poměrně málo vody, pokud měla dostatečně velký spád. Uplatňovaly se proto především v horských oblastech na malých prudkých potocích a říčkách.

Tři typy vodních kol

   Tu pravou slávu však získala až svislá vodní kola, často důmyslná a náročná tesařská (nebo jak se říkalo sekernická) díla. Stavěli je už staří Římané a po staletí pak představovala prakticky jediný spolehlivý zdroj energie vedle lidských a zvířecích svalů.
   Vodní kola se využívala pro pohon nejrůznějších mechanismů. Poháněla pily, valchy, hamry, využívala se pro čerpání vody, nejčastěji se s nimi však setkáváme u mlýnů na obilí. A tak se tomuto ve skutečnosti univerzálnímu vodnímu motoru začalo říkat obecně mlýnské kolo.

Proč se točí?

Z hlediska působení vodního proudu rozlišujeme tři typy vodních kol. Kola na spodní vodu mají rovné lopatky a jsou do vodního toku ponořena svou spodní částí. Pokud voda v potoku nebo řece poklesla, často se kola dostala celým obvodem nad vodní hladinu a zastavila se. Směr otáčení těchto kol byl opačný než směr proudu vody.
   Kola na svrchní vodu mají místo lopatek jakési dřevěné "truhlíčky" (říká se jim korečky). Voda se na kolo přivádí svrchu, pomocí dřevěného náhonu. Kola se otáčejí stejným směrem jako plyne proud. Mají až dvakrát vyšší účinnost, nejsou tak závislá na stavu vody v toku, stavba náhonu však vyžaduje poměrně náročná technická řešení. Jakýmsi kompromisem mezi oběma typy je kolo na střední vodu (nazývalo se "na půl kříže"). Volba typu kola závisela na přírodních podmínkách, na množství vody, jejím spádu a také na zkušenosti stavitele mlýna - mlynáře.

Mlýnské složení vodního mlýna z 15. století.

Zvláštním typem byla vodní kola používaná na lodních mlýnech. Lodní mlýny byly, jak už název napovídá, postaveny přímo na lodích, zakotvených na větších řekách. Kola byla samozřejmě na spodní vodu, nehrozilo jim však "vyschnutí". Je zřejmé, že při poklesu hladiny klesal celý mlýn a s ním i kolo, takže jeho ponor zůstával stále stejný. Navíc se mohly lodní mlýny v případě potřeby celkem snadno přemístit na vhodnější (hlubší) místo na řece.

Mlýny a mlynáři

V Čechách byl první vodní mlýn postaven snad již v 8. století, největšího rozmachu však mlynářství dosáhlo v době vrcholného středověku. Jak už jsme se zmínili, neužívaly se mlýny jen k mletí obilí, ale i k valchování sukna, řezání dříví, roztloukání rudy, pohonu měchů u kovářských či hutnických výhní, k drcení sádry, k výrobě střelného prachu. Ve své době byly vodní mlýny tím, čím se později staly parní stroje. Jejich rozšíření bylo obrovské. Koncem 14. století měla u nás většina venkovských měst průměrně až sedm mlýnů, např. nijak významná Příbram jich měla 18 se skoro 40 koly celkem. Z toho je vidět, že větší mlýny využívaly i několika vodních kol.

Kolo na svrchní vodu.

V principu se každý mlýn skládá ze tří částí, z motoru, převodového ústrojí a pracovního zařízení. Jako motor sloužilo vodní kolo. Převody byly tvořeny nejrůznějšími hřídeli, palečnými soukolími a palcovými převody. Měly za úkol jednak změnit směr si7y, jednak převést pomalý pohyb otáčení vodního kola na rychlou rotaci běhounu. Navíc bylo nutné u jiných výrobních procesů než mletí změnit otáčivý pohyb kola na vratný pohyb, např. kladiva v hamru. Všechny tyto důmyslné mechanismy byly tesány ze dřeva samotnými mlynáři a specializovanými tesaři - sekerníky.
   Pracovní zařízení bylo různé podle účelu mlýna. Srdcem obilních mlýnů byly mlýnské kameny. Spodní, nehybný se nazýval ležák, horní, otáčející se, běhoun. Mezi těmito kameny se drtilo (mlelo) zrno.
   Kromě vlastního složitého mechanismu mlýna bylo třeba vyřešit i další náročný problém - přívod vody. Málokdy se dal mlýn prostě postavit na břeh řeky a ponořit do ní vodní kolo. Pokud byl proud příliš slabý, mlýn nemohl pracovat, pokud byl příliš silný, mohl mlýn "strhnout". Přitom v našich klimatických poměrech se síla proudu v řece většinou značně měnila s ročním obdobím. Bylo tedy nutné toky aspoň částečně regulovat, stavět umělé náhony a budovat jezy. Není tedy divu, že mlynáři se stávali nejen řemeslníky ovládajícími mletí mouky, ale spíše všeuměly, tesaři a vodními staviteli. Patřili k hrstce odborníků na hydrotechniku, dokonale znali vodní poměry na "své" řece a podíleli se i při řešení komplikovaných otázek vodního práva.

Toto "vodní kolo" ze starověkého Egypta nesloužilo jako zdroj energie, ale právě naopak. Aby mohlo čerpat vodu k zavlažování, muselo být poháněno silou zvířat.

Rekordy

   Vodní kolo byl úžasný vynález, ale měl své meze. Sebelépe zkonstruované kolo nedokázalo získat z vodního proudu více než 30 % jeho energie. Pokud bylo nutné získat více užitečné síly, neexistovala jiná cesta než zvýšit počet kol. I na obyčejných mlýnech se objevovala dvě nebo tři kola, ale známe také od nás velké mlýny až s deseti koly.

Staré české mlýnské složení:
a) nosné sloupy, b) hřídel, c) zadní moučník, d) příčky nosných sloupů (a), e) svory (nosníky pro moučníky), f) paleční kolo, g) náraz, h) kobylice, ch) céví kladnice, i) pytlovací drážka, j) ručka pro pohyb žejbra, k) sloupky pytlování, l) remlíky, m) shlaví, n) podlažní podval, o) truhla, p) moučnice, q) raménko přepadu, r) přepad, s) běhoun, t) sloupky, u) spodní kámen, v) nasýpací koš s pohyblivým dnem (korčákem), w) váleček pro zavěšení korčáku, x) klapací pružinka, y) rám pro nasýpací koš, z) dřevěný kryt kamenů (lub).

   Jedno z největších známých soustrojí vodních kol postavil holandský tesař Ranequin v 17. století na Seině u Marly. Čtrnáct obrovských vodních kol o průměru přes 8 metrů tu pohánělo 225 čerpadel, která přečerpávala 5 km dlouhým potrubím vodu do nádrže položené 160 metrů nad Seinou. voda Z nádrže byla vedena do vodotrysků versailleského parku. Celá tahle dosti náročná zábava, která prý stála na 80 milionů franků (těžko dnes odhadnout, kolik to vlastně bylo, určitě však hodně), byla zničena za francouzské revoluce.
   Zvláště velkých rozměrů dosahovala vodní kola používaná v rudných dolech k čerpání vody nebo k těžení rudy na povrch. Voda k nim byla přiváděna náhony často z velké dálky. Další jejich zvláštností byla tzv. vratnost. Točila se totiž podle potřeby oběma směry, pro spouštění těžní nádoby a její vytažení. Nejjednodušší řešení spočívalo ve změně svrchního náhonu na tu či onu stranu kola.

Ne všechny mlýny muselo ovšem pohánět vodní kolo...

Epizoda první - vodní trkač

   Vodní trkač vynalezl Josef Montgolfiér, jeden z bratrů, mnohem více proslulých svými vzduchoplaveckými pokusy. Princip trkače je jednoduchý, jeho účinnost minimální. Voda z nádrže (nebo přímo z potoka) je vedena potrubím zakončeným záklopkou. Tlak v potrubí stoupá, až otevře další záklopku, otevírající malou nádrž, tzv. větrník. Voda tedy proudí do nádržky a odtud potrubím do další, výše položené nádrže. Tlak v potrubí klesá a v určitém okamžiku se záklopka větrníku vlastní hmotností uzavře. Tlak začne opět stoupat, až otevře záklopku na konci potrubí a voda začne vytékat volně ven do potoka. Tím se ale tlak sníží a záklopka se opět vlastní hmotností uzavře. Tlak v potrubí začne narůstat, až otevře záklopku větrníku. Celý proces se neustále opakuje. Část vody se pomocí trkače skutečně dostane do vyšší nádrže, ale mnohem více jí proteče bezúčelně dál potokem. Bylo to tedy zařízení vhodné zejména tam, kde byl vody dostatek a k jiným zdrojům energie daleko.

Epizoda druhá - vodosloupové stroje

   Princip vodosloupových strojů je podobný jako u strojů parních, jen místo horké páry se na píst stroje přivádí voda pod značným tlakem. Vodosloupové stroje se takřka výhradně používaly v dolech k čerpání důlních vod. Byly postaveny i stroje dvoučinné, u kterých působila tlaková voda střídavě na obě strany pístu. Vodosloupové stroje nedosahovaly výkonů parních strojů, jejich provoz byl však pochopitelně levnější. Díky tomu se udržely v provozu ještě koncem 19. století, např. v Banské Štiavnici.