طاحونة برجية

طاحونة البرج هي نوع من طواحين الهواء العمودية ، تتكون من برج مبني من الطوب أو الحجر، يعلوه غطاء أو سقف خشبي، يدور لتوجيه الأشرعة نحو اتجاه الريح. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

منح هذا الغطاء الدوار المثبت على قاعدة حجرية متينة طواحين الهواء البرجية مزايا كبيرة مقارنةً بطواحين الهواء العمودية السابقة ، إذ كان بإمكانها الارتفاع أكثر، وحمل أشرعة أكبر، وبالتالي الوصول إلى مدى أوسع في اتجاه الرياح. كانت طواحين الهواء معروفة عمومًا للحضارة منذ قرون، لكن طاحونة الهواء البرجية مثّلت تطورًا ملحوظًا عن طواحين الهواء التقليدية ذات الطراز الغربي. شكلت طاحونة الهواء البرجية مصدرًا هامًا للطاقة في أوروبا لما يقرب من 600 عام، من عام 1300 إلى عام 1900، حيث ساهمت بنسبة 25  % من الطاقة الصناعية لجميع آلات الرياح قبل ظهور المحرك البخاري والطاقة التي تعمل بالفحم. ^{[ 6 ]}

لقد مثّلت هذه التقنية تعديلاً أو عرضاً لتحسين وتطوير التكنولوجيا التي عرفها البشر منذ القدم. ورغم فعالية هذا النوع من الطواحين، يرى البعض أنها، نظراً لتعقيدها، كانت تُبنى في البداية بشكل رئيسي من قبل الأفراد الأكثر ثراءً. ^{[ 7 ]}

ظهرت طواحين الهواء البرجية في التاريخ المكتوب أواخر القرن الثالث عشر في أوروبا الغربية ؛ وأقدم سجل لوجودها يعود إلى عام ١٢٩٥، من ستيفن دي بينكاستور من دوفر، لكن أقدم الرسوم التوضيحية تعود إلى عام ١٣٩٠. ^{[ ٨ ]} وتأتي أمثلة مبكرة أخرى من يوركشاير وباكينجهامشير. ^{[ ٩ ]} وتشير مصادر أخرى إلى بدايتها الأولى عام ١١٨٠ في شكل رسم توضيحي على وثيقة نورماندية، يُظهر هذه الطاحونة الهوائية الجديدة ذات الطراز الغربي. ^{[ ١٠ ]} ويوجد في هولندا ست طواحين مسجلة قبل عام ١٤٠٧. وكانت طاحونة تشيسترتون الهوائية في وارويكشاير من أوائل طواحين الهواء البرجية في بريطانيا، وتتميز بقاعدة مخروطية مجوفة ذات أقواس. واستمر جزء كبير من تطورها خلال أواخر العصور الوسطى . ومع نهاية القرن الخامس عشر، بدأت طواحين الهواء البرجية بالظهور بأعداد أكبر في جميع أنحاء أوروبا.

تعود أصول طواحين الأبراج إلى اقتصاد أوروبا المتنامي، الذي كان بحاجة إلى شكل طاقة أكثر موثوقية وكفاءة، وخاصةً شكلاً يمكن استخدامه بعيدًا عن ضفاف الأنهار. هيمنت طواحين الأعمدة على المشهد في أوروبا حتى القرن التاسع عشر، حين بدأت طواحين الأبراج تحل محلها في أماكن مثل طاحونة بيلينغفورد في نورفولك، وطاحونة أبر هيلسدون في نورويتش، وطاحونة ستريثام في كامبريدجشير. ^{[ 11 ]}

كانت طاحونة البرج تُعتبر أيضاً رمزاً ثقافياً، حيث تم تزيينها وتصميمها مع مراعاة جاذبيتها الجمالية. وعكست أنماط الطواحين التقاليد المحلية والظروف المناخية، فعلى سبيل المثال، بُنيت الطواحين على الساحل الغربي لبريطانيا في الغالب من الحجر لمقاومة الرياح القوية، بينما بُنيت تلك التي شُيدت في الشرق في الغالب من الطوب. ^{[ 12 ]}

في إنجلترا، بُنيت حوالي 12 طاحونة ذات ثمانية أشرعة، وأكثر من 50 طاحونة ذات ستة أشرعة، و50 طاحونة ذات خمسة أشرعة في أواخر القرن الثامن عشر والقرن التاسع عشر، نصفها في مقاطعة لينكولنشاير. من بين الطواحين الثماني الشراعية، لم يبقَ منها سوى طاحونة بوكلينغتون في هيكينغتون وهي تعمل بكامل طاقتها. أما الطواحين الأخرى، فقد وُجدت بعضها كطواحين ذات أربعة أشرعة ( طاحونة أولد بوكينهام )، وبعضها الآخر كمساكن ( طاحونة ديس بوتون)، وبعضها كأطلال (طاحونة ليتش الهوائية، ويسبيتش )، بينما تم تفكيك بعضها الآخر (طاحونة هولبيتش، وطاحونة سكربيك، بوسطن). في مقاطعة لينكولنشاير، لا تزال بعض طواحين الأبراج النحيلة (المطلية بالقطران في الغالب ) ذات الستة أشرعة ( طاحونة سيبسي تريدر ، وطاحونة والتهام ) والخمسة أشرعة ( طاحونة دوبسون في بورغ لو مارش ، وطاحونة مود فوستر في بوسطن ، وطاحونة هويل في ألفورد ) ذات القبة البيضاء على شكل بصلة والذيل المروحي الضخم موجودة وتعمل حتى اليوم. من بين طواحين الهواء الأخرى التي كانت تضم خمسة أو ستة أشرعة في لينكولنشاير ويوركشاير، والتي أصبحت الآن بلا أشرعة وجزء منها بلا غطاء ، طاحونة ليتال في لينكولن ، وطاحونة هولغيت في هولغيت ، يورك (التي يجري ترميمها حاليًا)، وطاحونة بلاك أو كليف أو وايتينغ (وهي طاحونة طباشيرية من سبعة طوابق ) في هيسل ، وطاحونة بارتون أبون هامبر (التي كانت تضم في الأصل ستة أشرعة) ، وطاحونة برونزويك في لونغ ساتون، لينكولنشاير ، وطاحونة ميثيرينغهام ، وطاحونة بيني هيل في هولبيتش ، وطاحونة راغبي (التي بناها إي. إنجليدو عام 1831، وهو نفسه الذي بنى طاحونة هيكينغتون عام 1830 )، وطاحونة ويلينغور . كما توجد طاحونة أخرى رائعة بستة أشرعة في ديربيشاير ، وهي طاحونة هيج الوحيدة في إنجلترا ذات البرج المبني من الحجر الرملي، والتي يعود تاريخها إلى عام 1791.

تتميز طاحونة البرج عن طاحونة العمود السابقة بعدم الحاجة إلى تدوير الطاحونة بأكملها ("الهيكل") بكل آلاتها باتجاه الريح، مما يوفر مساحة أكبر للآلات وللتخزين. مع ذلك، بُنيت بعض طواحين البرج في هولندا على إطار خشبي يسمح بتدوير أساس الطاحونة بالكامل مع غطائها. وغالبًا ما كانت هذه الأبراج تُبنى من الخشب بدلًا من الحجر. ^{[ 13 ] [ 14 ]} وكان الرأس المتحرك، القادر على الدوران للتكيف مع تغيرات اتجاه الرياح، أهم ما يميز طاحونة البرج. فقد أتاحت هذه الميزة هيكلًا أكبر وأكثر استقرارًا قادرًا على تحمل الظروف الجوية القاسية. كما أن تحريك الغطاء فقط كان أسهل بكثير من تحريك الهيكل بأكمله.

في أقدم طواحين الأبراج، كان غطاء الطاحونة يُدار باتجاه الريح بواسطة عمود طويل يمتد إلى الأرض في الجزء الخلفي من الطاحونة. لاحقًا، استُخدمت سلسلة لا نهائية تُحرك الغطاء عبر تروس. في عام 1745، اخترع المهندس الإنجليزي إدموند لي مروحة ذيل الطاحونة الهوائية - وهي طاحونة صغيرة مثبتة بزاوية قائمة على الأشرعة، في الجزء الخلفي من الطاحونة، وتُدير الغطاء تلقائيًا لجعله في اتجاه الريح. ^{[ 15 ]} 

كغيرها من طواحين الهواء، تحتوي طواحين الهواء البرجية عادةً على أربع شفرات. ولزيادة كفاءة طواحين الهواء، جرب صانعو الطواحين طرقًا مختلفة:

• لم تكن الأشرعة الآلية الحاصلة على براءة اختراع، بدلاً من الأشرعة القماشية المنتشرة، بحاجة إلى إيقاف عرض الشراع لنشر أو إزالة الأشرعة القماشية لأنها غيرت السطح من داخل المطحنة عن طريق جهاز تحكم.
• أكثر من أربع شفرات لزيادة مساحة الشراع.

لذا، ابتكر المهندس جون سميتون صليب لينكولنشاير المصنوع من الحديد الزهر، مما أتاح إمكانية صنع صلبان شراعية بخمسة وستة وحتى ثمانية شفرات. وقد سُمي الصليب نسبةً إلى مقاطعة لينكولنشاير حيث كان استخدامه شائعًا للغاية.

توجد عدة مكونات في طاحونة البرج كما كانت عليه في القرن التاسع عشر في أوروبا في أكثر مراحلها تطوراً، بعض العناصر مثل المعرض غير موجودة في جميع طواحين البرج: ^{[ 16 ]}

• العمود – الذراع الذي يبرز من أعلى طاحونة الهواء ويثبت إطار الشراع في مكانه، وهو الدعامة الرئيسية للشراع وعادة ما يكون مصنوعًا من الخشب. 
• الشراع – هو الإطار الدوار الذي يلتقط الرياح، والمثبت على العمود. يتميز الطراز التقليدي لمعظم طواحين الأبراج بإطار ذي أربعة أشرعة، بينما يتميز طراز البحر الأبيض المتوسط ​​عادةً بإطار ذي ثمانية أشرعة. ومن الأمثلة على ذلك طاحونة سانت ماري في جزيرة صقلية التي شُيدت عام 1820. 
• عمود الرياح - جزء مهم بشكل خاص من إطار الشراع، عمود الرياح هو القطعة الأسطوانية التي تحول حركة الشراع إلى الآلات الموجودة داخل طاحونة الهواء. 
• الغطاء - الجزء العلوي من البرج الذي يحمل الشراع والمسند، وهذه القطعة قادرة على الدوران أعلى البرج. 
• البرج – يدعم الغطاء، وهو الهيكل الرئيسي لطاحونة البرج. 
• الطابق - المستوى السفلي من البرج من الداخل، وعادة ما يكون المكان الذي يتم فيه تخزين الحبوب أو المنتجات الأخرى. 
• رواق - سطح يحيط بالأرضية الخارجية للبرج لتوفير الوصول حول طاحونة البرج في حال رفعها، وهو غير موجود في جميع طواحين البرج. سمح الرواق بالوصول إلى أشرعة الطاحونة لإجراء الإصلاحات، حيث يصعب الوصول إليها من الأرض في الطواحين الأكبر حجمًا. ^{[ 17 ]} 
• الإطار – تصميم الشراع الذي يشكل هيكل الشراع، وعادةً ما يكون تصميمًا خشبيًا شبكيًا مغطى بالقماش. يختلف تصميم البحر الأبيض المتوسط ​​بوجود عدة أشرعة على إطار الشراع، ويحمل كل منها قطعة قماش منسدلة، ولا يوجد إطار خشبي خلفها. 
• المروحة الذيلية - جهاز توجيه متصل بالغطاء، يسمح له بالدوران للحفاظ على الأشرعة في اتجاه الرياح. 
• هيملاث - قضيب خشبي سميك على جانب الإطار يحافظ على قضبان الشراع الأضيق داخل الشراع. 
• عارضة الشراع - قطعة خشبية طويلة تشكل الشراع. 
• قماش الشراع – قماش متصل بالشراع يجمع طاقة الرياح؛ يستخدم قماش الشراع الكبير للرياح الضعيفة وقماش الشراع الصغير للرياح القوية. 

كانت طاحونة البرج أقوى من طاحونة الماء، إذ كانت قادرة على توليد ما يقارب 14.7 إلى 22.1  كيلوواط (20 إلى 30 حصانًا). ^{[ 18 ]} ولم تقتصر استخدامات طاحونة البرج على طحن الذرة فحسب، بل يُقال أحيانًا إنها ساهمت في تلبية احتياجات مجتمعٍ كان يزداد باطرادٍ في مجال الطاقة، وذلك من خلال تقديم خدماتها لقطاعات صناعية أخرى أيضًا. ^{[ 19 ]}

• إنتاج الفلفل والتوابل الأخرى
• استخدمت شركات الأخشاب هذه الأجهزة لتشغيل مناشر الأخشاب
• كانت شركات صناعة الورق تحول لب الخشب إلى ورق.

وتعارض مصادر أخرى هذا الرأي، مدعيةً أنه لا يوجد دليل حقيقي، على وجه التحديد، على قيام طواحين الهواء العمودية بهذه الأمور. ^{[ 3 ]}

توجد أطول مطاحن الحبوب البرجية في العالم في مدينة شيدام بهولندا. تُعرف هذه المطحنة باسم "دي نورد" ( De Noord) ، وتعني "الشمال"، وهي مطحنة حبوب يعود تاريخها إلى عام 1803، ويبلغ ارتفاعها 33.3 مترًا (109 أقدام) حتى قمتها. وفي عام 2006، بُنيت مطحنة مشابهة لها، تُدعى " دي نوليت " (De Nolet)، نسبةً إلى عائلة نوليت المحلية التي تمتلك المطحنة وتُنتج الويسكي، لتكون مطحنة توليد كهرباء ، ويبلغ ارتفاعها 42.5 مترًا (139 قدمًا) حتى قمتها.  

أطول طاحونة برجية في إنجلترا هي طاحونة مولتون الهوائية ذات التسعة طوابق في مولتون، لينكولنشاير ، ويبلغ ارتفاع قبتها 30 مترًا (98 قدمًا) . منذ عام 2005، زُودت الطاحونة بقبة بيضاء دوارة جديدة مزودة بعمود تهوية ومروحة خلفية. أُقيمت المنصة خلال عام 2008، ووُضعت أشرعة جديدة في 21 نوفمبر 2011 لاستكمال ترميم الطاحونة. ^{[ 21 ]} وقد فُقدت طواحين أكبر، مثل طاحونة غريت يارموث ساوث تاون التي بلغ ارتفاعها 37 مترًا (120 قدمًا) حتى قمة الفانوس الذي كان يُستخدم كمنارة، ^{[ 22 ]} وطاحونة بيكسلي البرجية التي بلغ ارتفاعها 42 مترًا (137 قدمًا) حتى قمة القبة، ^{[ 23 ]} وكلاهما في نورفولك.   

في هولندا، تتميز طواحين الهواء التي تُسمى طواحين البرج ( torenmolens ) ببرج أسطواني صغير أو مخروطي الشكل قليلاً. في جنوب هولندا، لا تزال أربع طواحين من هذا النوع (حسب التعريف الهولندي) قائمة، أقدمها يعود تاريخها إلى ما قبل عام 1441. يتم تدوير غطاء ثلاث من هذه الطواحين بواسطة آلية تدوير مدمجة فيه. أما طواحين البرج القديمة ذات الغطاء الثابت، فقد وُجدت في القلاع والحصون أو داخل أسوار المدن منذ القرن الرابع عشر، ولا تزال موجودة حتى اليوم حول البحر الأبيض المتوسط . وقد بُنيت هذه الطواحين بحيث تكون أشرعتها موجهة نحو اتجاه الرياح السائدة.

كانت طواحين الأبراج باهظة التكلفة، حيث تشير التقديرات إلى أن تكلفتها تقارب ضعف تكلفة طواحين الأعمدة؛ وهذا جزئيًا ما يفسر عدم انتشارها على نطاق واسع إلا بعد قرون من اختراعها. بل إن بعض هذه الطواحين كانت تُبنى على جوانب القلاع والأبراج في المدن المحصنة لجعلها مقاومة للهجمات. وظلت بعض طواحين الأبراج تعمل حتى القرن العشرين في المناطق الجنوبية من المملكة المتحدة. ^{[ 24 ]}

• لوكاس، آدم. الرياح، الماء، العمل: تكنولوجيا الطحن القديمة والوسيطة. (بريل، 2006)
• رايتر، روبرت و. طاقة الرياح في أمريكا: تاريخ . (مطبعة جامعة أوكلاهوما، 1996)
• هيلز، ريتشارد ليزلي . الطاقة من الرياح: تاريخ تكنولوجيا طواحين الهواء . (مطبعة جامعة كامبريدج، 1996)
• لانغدون، جون. المطاحن في الاقتصاد في العصور الوسطى: إنجلترا، 1300-1540 . (مطبعة جامعة أكسفورد، 2004)
• توماس كينغستون ديري وتريفور إيلتيد ويليام. تاريخ موجز للتكنولوجيا: من أقدم العصور حتى عام 1900 ميلادي . (منشورات كوريير دوفر، 1993)
• توماس ف. جليك، ستيفن جون ليفسي، وفايث واليس. العلوم والتكنولوجيا والطب في العصور الوسطى: موسوعة: المجلد 11 من موسوعات روتليدج للعصور الوسطى . (روتليدج، 2005)
• جامعة هارفارد. مجلة معهد فرانكلين، المجلد 187. (دار بيرغامون للنشر، 1919)
• واتس، مارتن. الطاقة المائية وطاقة الرياح . (دار نشر أوسبري، 2000)
• بول، روبرت ستيل. مصادر الطاقة الطبيعية . (شركة دي. فان نوستراند، 1908)
• مؤسسة كولونيال ويليامزبرغ. الطحان في فرجينيا في القرن الثامن عشر . (كولونيال ويليامزبرغ، 1958)
• سيبولا، كارلو م. قبل الثورة الصناعية: المجتمع والاقتصاد الأوروبي، 1000-1700 . (دار دبليو دبليو نورتون وشركاه، 1994)

• طاحونة تشيسترتون الهوائية
• موقع صغير مثير للاهتمام حول طواحين تاور ميلز
• يعرض مكونات طاحونة البرج
• صور عديدة مثيرة للاهتمام لمطاحن تاور ميلز
• موقع إلكتروني هولندي يعرض طاحونة "لانا ماريانا" الهوائية في إيدي مع مطعم مدمج.
• طاحونة مورغان لويس الهوائية، بربادوس. مثال جيد على طاحونة برجية ذات ذراع ذيلية
• طاحونة برجية هولندية ، طاحونة نوليتمولين ذات الطراز التقليدي، بُنيت عام 2005 لتوليد الكهرباء - نص هولندي.
• اتحاد مولان دو فرانس