Ветряная мельница. Устройство ветряной мельницы: схемы, чертежи

В свое время ветряная мельница была важным строением, которое позволяло осуществлять большое количество операций. С ее помощью можно было легко измельчить зерно в муку или на корм для скота. Сегодня мельницами, которые работали бы от потока ветра или воды, никто не пользуются, но их с успехом применяют в ландшафтном дизайне. Ков принцип работы мельницы и можно ли ее собрать самостоятельно? Об этом речь пойдет в статье.

Принцип работы

Принцип работы ветряной мельницы можно описать довольно просто. В качестве движущей силы используются потоки воздуха, которые постоянно перемещаются. Ветер воздействует на три основных узла:

• лопасти;
• передающий механизм;
• механизм, выполняющий работу.

В мельницах, которые использовались раньше, лопасти могли достигать в длину несколько метров каждая. Это делалось для увеличения площади захвата ветра. Размеры подбирались в зависимости от того, какую функцию выполняла мельница. Если мощность мельницы требовалась больше, то и пропеллер был больше. Самыми большими лопастями оснащались мельницы, которые мололи муку. Это связано с тяжелыми жерновами, которые необходимо было вращать. Форма лопастей ветряка со временем совершенствовалась, и они создавались в согласии с законами аэродинамики, что дало возможность увеличить их эффективность.

Следующим модулем ветряка, который следует за лопастями является редуктор или передающий механизм. Иногда таким модулем служил только вал, на который были смонтированы лопасти. На втором конце вала находился инструмент, который выполнял работу. Но такой механизм ветряка не отличается особой безопасностью и надежностью. Остановить мельницу при необходимости попросту невозможно. Кроме того, вал мог легко сломаться, если его чем-то заклинило. Редуктор является более эффективным и изящным решением. Он подходит для того, чтобы преобразовать вращение лопастей в полезную работу различного характера. Кроме того, разъединив компоненты редуктора, можно легко прекратить взаимодействие.

Оборудование, которое могло применяться и применяется с мельницей является самым разнообразным. Кроме жерновов, это могут быть различные измельчители на основе лезвий, благодаря которым в короткие сроки можно приготовить корм для скота. На мельницах могло быть установлено столярное оборудование, которое приводилось в действие силой ветра.

Где можно использовать мельницу

Мельницы испытывают второе рождение, но это не объясняется возвратом к методам производства, которые использовались раньше. Все больше людей задается вопросом о принципе действия такой конструкции. Те, кто одним глазом видели небольшую ветряную мельницу, которая была установлена у кого-то в саду, захотели иметь мельницу и у себя на участке. Мельница может стать именно той изюминкой, которой не хватало для территории сада с деревьями. Мельница придает индивидуальности любому участку. Сложно найти две одинаковые мельницы, которые были бы сделаны своими руками. Каждый мастер вносит свои наработки.

Ветряную мельницу можно доработать и задействовать в качестве генератора электрической энергии. Это позволит освещать территорию двора с использование светодиодных лампочек и не платить за электричество. Для этого потребуются определенные знания физики и смекалка. Похожим образом можно задействовать мельницу, если на участке протекает небольшой ручеек.

Подход к ландшафтному дизайну должен быть умеренным. Без особых сложностей можно насадить разнообразие цветов и других растений, но смотреться это будет безвкусно. В каждом проекте должна быть своя изюминка. Ровно подстриженным газоном редко кого можно удивить. Мельница на участке даст возможность выделиться. Возле нее можно оборудовать небольшой уголок для отдыха после тяжелого дня, она может быть тайником для дорогих сердцу мелочей. О других возможностях использования такой мельницы рассказано ниже.

Дополнительные способы использования

Ветряная мельница может быть не только генератором и простым элементом, который украсит участок. У нее может быть и другое практическое применение. Именно поэтому стоит хорошо подумать, где именно ее можно установить. Например, если по садовому участку проведена система автоматического полива, то, скорее всего, может присутствовать люк, в котором находятся все водопроводные узлы. Такой люк невозможно скрыть под газонной травой, но, если этого не сделать, тогда он будет выделяться и портить вид. Как раз в этом случае на помощь придет мельница. Она может быть смонтирована непосредственно на крышку люка, чем скроет ее. При этом у посетителей не возникнет подозрений в том, что что-то не так.

Не всегда элементы канализации спрятаны в люки. Кроме того, на газоне могут быть и другие элементы, которые необходимо скрыть. За счет того, что материал для мельницы подбирается легкий, то он не может повредить элементы. Также корпус выполняется в виде колпака, поэтому может быть установлен сверху. Если соорудить мельницу больших габаритов, то этому нескончаемо рады будут дети. Они смогут использовать мельницу для игр с друзьями. Если конструкция будет применяться именно таким способом, то ее необходимо хорошо укрепить, чтобы она не травмировала чад. Кроме того, понадобится вход, который необходимо сделать с обратной стороны.

Для ухода за садом и газоном применяется немало инструмента. Удобнее, если он будет находиться непосредственно на участке и за ним не придется возвращаться в кладовку возле дома. В этом тоже может помочь мельница. Внутри мельницы можно оборудовать отличное помещение для хранения инвентаря. Чтобы он хранился как можно компактнее, можно соорудить различные садовые органайзеры. Мельницу можно соорудить из природного камня или огнеупорного кирпича. В этом случае можно все продумать так, чтобы она служила мангалом. Для этого также можно соорудить небольшой столик.

Обратите внимание! Проблемой для многих являются кроты, которые постоянно перерывают территорию сада. Можно частично решить этот вопрос с помощью мельницы. Она способна передавать вибрации от вращения. Делается это благодаря тому, что ножки вкапываются в землю минимум на 20 см. Дополнительно можно смонтировать в конструкции ветряка вибромоторы, которые будут отпугивать животных.

Изготовление своими руками

К изготовлению мельницы нельзя подходить легкомысленно. Хотя конструкция ветряка и может казаться довольно простой, но необходимо все правильно рассчитать. Только в этом случае можно получить действительно стоящее изделие, которое сможет украсить участок. Первым делом необходимо выбрать территорию, на которой будет установлена конструкция ветряка. Если поместить изделие между деревьев, то оно там затеряется и не будет радовать глаз, кроме того, сила ветра между деревьями меньше, поэтому вращение лопастей может практически отсутствовать, что будет плохо при наличии генератора внутри.

Обратите внимание! На открытую местность проще доставить требуемые материалы, а также легче проводить сборку лопастной конструкции ветряка.

После выбора участка под ветряк производится его уборка и подготовка. Первым делом выполняется очистка от различных элементов, которые могут мешать. Это касается старых веток, кустарников или большого сорняка. Если раньше на участке росло дерево, то потребуется выкорчевать пенек. После уборки убирается трава и снимается небольшой участок грунта в том месте, где будет располагаться мельница. Далее подготавливается фундамент, на который будет смонтирован ветряк.

Чертеж

Нет строгих правил по сборке собственного варианта мельницы. Основной задачей будет нарисовать хороший схематический рисунок. На нем должны быть видны все детали мельницы. В зависимости от выбранного участка и целей, которые назначены для мельницы подбираются размеры. Их необходимо указать непосредственно на эскизе. Пример виден на фото выше. Следующим шагом идет подбор материала для мельницы. В его качестве подойдет древесина, но ее необходимо обработать антисептиком, а также покрыть лаком, чтобы она не разбухала от воздействия влаги, а также не была изъедена вредителями.

Обратите внимание! Отличным решением для конструкции ветряка будет сосна. Она пропитана смолами, поэтому прекрасно отталкивает влагу. Стоимость такой древесины сравнительно невысока, поэтому она отлично подходит для задуманного.

Подготовка фундамента

Когда с размерами все ясно, можно перейти к изготовлению фундамента для ветряка. Это необязательная процедура, но она требуется, если ветряк будет значительных размеров и применяться, как служебное помещение. Выкапывается небольшая яма на глубину в 50 см. Слоем в 15 см делается подсыпка щебня, таким же пластом укладывается песок средней зернистости. Его необходимо хорошо утрамбовать и выровнять, чтобы ветряк стоял ровно. Далее выставляется опалубка на ту высоту, на которую будет возвышаться фундамент для ветряка. В большинстве случаев она не требуется.

Внутрь ямы под фундамент ветряка укладывается армирующая сетка. Она изготавливается из арматуры, которая переплетается между собой вязальной проволокой. Сверху производится заливка бетона. Его необходимо хорошо утрамбовать, чтобы не было пустот, из-за которых в фундаменте ветряка могли бы пойти трещины. Монтаж ветряка на фундамент можно производить по истечении нескольких недель.

Сборка

Первым делом для мельницы понадобится каркас. Его можно изготовить из деревянного бруса с размерами 5×5 см. Крепить его необходимо не к бетонному основанию, а к небольшому ростверку. Его можно изготовить из бруса с размером 10×10 см. Из бруса изготавливается квадрат или прямоугольник. Все будет зависеть от выбранной конструкции. Элементы прочно соединяются между собой. Необходимо проверить соответствует ли каждый гол 90°. После этого на фундамент под мельницу укладывается слой гидроизоляции из рубероида. Он необходим, чтобы влага от бетона не повредила древесину. На рубероид укладывается деревянная конструкция основы ветряка и прикручивается к основанию анкерами.

Следующим шагом будет установка каркаса из бревен. На четырех углах крепятся стойки под мельницу. Чаще всего стенки мельницы имеют трапециевидную форму, поэтому бруски крепятся не под прямым углом, а с небольшим уклоном. Для этого их необходимо предварительно обрезать. Фиксация к основанию производится металлическими уголками. Когда четыре стойки для мельницы находятся на своих местах, делается верхняя обвязка. Дополнительно крепятся поперечные распорки, которые увеличат прочность всей конструкции мельницы. Это как раз тот момент, когда необходимо укрепить места, где будет располагаться окно и двери.

Следующим шагом сооружается крыша мельницы. В ветряках отлично смотрится небольшая двускатная крыша. Из брусков сооружаются треугольные фермы, которые монтируются сверху мельницы. После этого производится обшивка всех стен ветряка, кроме лицевой. Обшивку ветряка можно осуществить деревянной вагонкой или блок-хаусом. Ближе к крыше с лицевой стороны ветряка фиксируется механизм, на который будет установлены лопасти. Это может быть труба, в которую запрессовано несколько подшипников. Закрепить ее можно на горизонтальные перекладины каркаса ветряка с помощью хомутов. В подшипники вставляется металлический вал от лопастей. Его можно изготовить из отрезка арматуры.

Одним из самых сложных элементов ветряка является пропеллер. Выше приведена примерная конструкция лопастей для ветряка. Размеры можно пропорционально увеличить в зависимости от того, какие габариты имеет конкретная конструкция ветряка. После этого пропеллер устанавливается на подготовленный ранее вал. Теперь можно зашить переднюю стенку ветряка. Далее в ветряк монтируется окно и двери, а также выполняется организация внутреннего пространства. В качестве кровельного настила для ветряка подойдет профнастил или металлическая черепица. Видео о сборке декоративного ветряка есть ниже.

Обратите внимание! Важно предусмотреть механизм, который будет стопорить вал ветряка. Это понадобится во время сильного ветра, чтобы лопасти ветряка не были повреждены.

Резюме

Как видно, ветряк или мельница может оказаться довольно полезным дополнением саду. Благодаря своему уникальному виду ветряк однозначно будет привлекать внимание прохожих и гостей. Кроме того, ветряк значительно упростит задачу по обслуживанию сада. Внутри мельницы можно разместить насосное оборудование и основные узлы управления, что сохранит их от неблагоприятных погодных условий.

Ветряные мельницы предназначены для получения муки. Они используют энергию ветра. Первые упоминания о ветряных мельницах относятся к средневековью. Хотя полагают, что первые ветряные мельницы появились до нашей эры. Изобретение ветряной мельницы непосредственно связано с развитием технологий на основе изобретения колеса. Ветряные мельницы простейшего устройства устанавливаются на козлах, почему и известны под названием мельницы на козлах.

Особенность подобной мельницы заключается в том, что она может поворачиваться вокруг оси. Это необходимо для того, чтобы крылья мельницы всегда были повернуты к ветру, которые часто меняется свое направление. Вертикальныц неподвижный дубовый столб, длиной около 6 метров. Нижняя, квадратная часть столба, толщиной около 60 сантиметров, имеет в конце крестообразно расположенные гнезда, которыми насаживается на соединенные под прямым углом балки. Под балками, в направлении их расходящихся концов, помещаются каменные стенки или, иначе говоря, фундамент. Поворачивали мельницы с помощью животных, которых привязывали к рычагам и заставляли ходить по кругу.

В так называемых голландских мельницах поворачивается не вся мельница, а только верхняя ее часть, где располагается вал с крыльями. Здания таких мельниц устраиваются из кирпича, или из камня, в виде усеченного конуса, или их делают из дерева, в виде усеченной восьмигранной пирамиды, иногда же нижняя часть строения бывает каменная, а верхняя деревянная. В этой мельнице наклоненный к горизонту вал с крыльями поворачивается вместе с крышей по направлению ветра, так что крылья располагаются против ветра и получают вращательное движение, которое через конические колеса передается вертикальному валу, сообщающему движение мельничным машинам. На валу закреплено цилиндрическое колесо, которое сцепляется с колесами на веретенах четырех жерновов.

От того же вала получает движение вертикальный вал, а от этого последнего, через коническое колесо, приводится в движение горизонтальный вал, сообщающий движение другим валам, приводящим в движение винты и призматические сита. Размолотый продукт по выходе из жерновов поступает сначала в желоба винтов и затем уже винтами отводится в сита. Просеянный продукт собирается в мешках, прикрепляемых к трубам. Для подъема зерен и остатков, подлежащих перемалыванию, служит подъемная платформа, движущаяся вдоль направляющих столбов. Платформа соединяется с веревкой, навивающейся на вал, когда к нижнему ребру обода колеса нажимается плоский обод колеса, приподнимаемого вместе с валом при посредстве особого рычага. Вместо того чтобы поднимать мешки на платформе, их можно поднимать прямо веревкой, наматывающейся на вал.

Крылья ветряных мельниц состоят из махов, укрепленных к валу, из перьев или иглиц, соединяемых с махами, и из парусов или щитов, укладываемых на иглицах. Для вращения крыльев поверхность их, на которую давит воздух, располагается наклонно к направлению движения ветра.

Ветряные американские мельницы существенно отличаются от ранее рассмотренных: вместо 4-6 отдельных крыльев предыдущих устройств в них употребляются крылья в форме узких планок, расположенных в виде кольца, внутренний диаметр которого около 1/3 наружного его диаметра. Такое кольцо, закрепленное на оси, горизонтальной или слегка наклоненной к горизонту, сообщает ей вращательное движение и, в отличие от вала с крыльями, может быть названо ветряным колесом. Подобно голландским мельницам, американские ветряные колеса устраиваются с приспособлениями для автоматической установки их против ветра и для автоматического регулирования их при изменяющейся силе ветра, но механизмы для этой цели отличаются особой оригинальностью и простотой, облегчающей их исполнение, а также, что очень важно, конструкции эти не требуют пустотелых валов, вследствие чего уменьшается диаметр шеек и сберегается работа, расходуемая на преодоление трения на их поверхностях.

Мельницы.Ветряные мельницы, история, типы и конструкции. - ч.5.

Морской вид с ветряной мельницей на берегу

Ветряная мельница — аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счёт энергии ветра, улавливаемой крыльями мельницы. Наиболее известным применением ветряных мельниц является их использование для помола муки.На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы, для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.С развитием в XIX в. паровых машин использование мельниц постепенно стало сокращаться.«Классическая» ветряная мельница с горизонтальным ротором и удлиненными четырёхугольными крыльями является широко распространенным элементом пейзажа в Европе, в ветреных равнинных северных регионах, а также на побережье Средиземного моря. Для Азии характерны другие конструкции с вертикальным размещением ротора.Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чём свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 до н. э.). Описание орга́на, приводившегося в действие ветряной мельницей, — первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связаны с осью, мельница не будет вращаться.Ещё один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк.

Китайская мельница .

Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса. Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии.В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру.

Брейгель Старший. Ян (Бархатный) Пейзаж с ветряной мельницей

Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях . Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию. В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня. До конца XVIII века ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силен. Средневековая иконография ясно показывает их распространенность.

Ян Брейгель Старший, Йос де Момпер.Жизнь в поле .Prado Museum (справа в верхней части картины за полем ветряная мельница).

В основном они были распространены в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции, Нижних Землях, где в прибрежных районах некогда имелось 10 000 ветряных мельниц, Великобритании, Польше, Прибалтике, Северной России и Скандинавии. В других европейских регионах было всего несколько ветряных мельниц. В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией. Когда в XIX веке произошел общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьёзный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошел единовременный рост числа мельниц.

В первом типе мельничный амбар вращался на врытом в землю столбе. Опорой служили либо дополнительные столбы, либо пирамидальная бревенчатая клеть, рубленная «в реж», либо рама.
Принцип мельниц-шатровок был иной

Мельницы шатровки :
а - на усечённом восьмирике; б - на прямом восьмерике; в - восьмерик на амбаре.
— нижняя их часть в виде усеченного восьмигранного сруба была неподвижной, а меньшая по размеру верхняя часть вращалась под ветер. И этот тип в разных районах имел немало вариантов, в том числе мельницы-башни - четвериковые, шестериковые и восьмериковые.

Все типы и варианты мельниц поражают точным конструктивным расчетом и логикой врубок, выдерживавших ветры большой силы. Народные зодчие уделяли также внимание внешнему облику этих единственных вертикальных хозяйственных сооружений, силуэт которых играл немалую роль в ансамбле селений. Это выражалось и в совершенстве пропорций, и в изяществе плотницких работ, и в резьбе на столбах и балконах.

Описание конструкций и принципа действия мельниц.

Столбовками мельницы названы за то, что их амбар покоится на столбе, вкопанном в землю и обложенном снаружи срубом-ряжем. В нем заделаны балки, удерживающие столб от смещения по вертикали. Конечно, амбар покоится не только на столбе, но на срубе-ряже (от слова режь, бревна, врубленные не плотно, а с прозорами).

Принципиальная схема мельницы столбовки .

Поверх такого ряжа делается ровное круглое кольцо из пластин или досок. На него и опирается нижняя рама собственно мельницы.

Ряжи у столбовок могут быть разной формы и высоты, но не выше 4 метров. Они с земли могут подниматься сразу в виде четырехгранной пирамиды или сначала вертикально, а с какой-то высоты переходить в усеченную пирамиду. Встречались, правда очень редко, мельницы на невысокой раме.

Jan van Goyen . Ветряная мельница у реки (вот типичная столбовка или козловка).

Jan van Goyen Сцена на льду возле Дордрехта (еще одна столбовка - козловка вдали на возвышенности у канала).

Основание шатровок тоже может быть по форме и конструкциям различным. Например, пирамида может начаться с уровня земли, а конструкция быть не срубной, а каркасной. Пирамида может опираться на срубный четверик, а к нему могут быть пристроены подсобные помещения, тамбур, помещение для мельника и т.д.

Salomon van Ruysdael Вид на Deventer с северо-запада .(тут можно разглядеть и шатровку, и столбовки).

Главное в мельницах их механизмы .В шатровках внутреннее пространство разделено перекрытиями на несколько ярусов. Сообщение с ними идет по крутым лестницам чердачного типа через люки, оставленные в перекрытиях. Части механизма могут располагаться на всех ярусах. А их может быть от четырех до пяти. Стержнем шатровки служит могучий вертикальный вал, пронизывающий мельницу насквозь до "шапки". Он опирается через металлический подпятник, закрепленный в балке, которая лежит на брусчатой раме. Балка с помощью клиньев может перемещаться в разные стороны. Это позволяет придать валу строго вертикальное положение. Тоже самое можно проделать и при помощи верхнего бруса, где штырь вала заделан в металлическую петлю. В нижнем ярусе на вал надета большая шестерня с кулачками-зубьями, закрепленными по наружному контуру круглой основы шестерни. При работе движение большой шестерни, умноженное в несколько раз, передается на малую шестерню или цевку другого вертикального, уже металлического обычно вала. Этот вал прошивает неподвижный нижний жернов и упирается в металлическую планку, на которой через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова одеты деревянным кожухом с боков и сверху. Жернова устанавливаются на втором ярусе мельницы. Балка в первом ярусе, на которую опирается малый вертикальный вал с малой шестерней, подвешена на металлическом нарезном штыре и с помощью нарезной же шайбы с рукоятками может быть слегка поднята или опущена. С нею поднимается или опускается верхний жернов. Так регулируется тонкость помола зерна. От кожуха жерновов вниз наклонно пропущен глухой дощатый желоб с доской задвижкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой. Рядом с блоком жерновов устанавливается кран-укосина с металлическими дугами-захватами.

Claude-Joseph Vernet Строительство большой дороги.

С его помощью жернова могут сниматься со своих мест для отковки. Над кожухом жерновов с третьего яруса спускается жестко закрепленный к перекрытию подающий зерно бункер. Он имеет задвижку, с помощью которой можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму опрокинутой усеченной пирамиды. Снизу к нему подвешен качающийся лоток. Он для пружинистости имеет можжевеловую планку и штырь, опущенный в отверстие верхнего жернова. В отверстии эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо может быть и с двумя-тремя косыми перьями. Тогда устанавливается симметрично. Штырь с кольцом называются обечайкой. Пробегая по внутренней поверхности кольца, штырь все время меняет положение и раскачивает косо подвешенный лоток. Это движение ссыпает зерно в зевло жернова. Оттуда оно попадает в зазор между камнями, размалывается в муку, та поступает в кожух, из него в закрытый лоток и мешок.

Willem van Drielenburgh Пейзаж с видом Дордрехта (шатровки...)

Зерно засыпается в бункер, врезанный в пол третьего яруса. Мешки с зерном подаются сюда с помощью во"рота и веревки с крюком. Ворот может подключаться и отключаться от шкива, насаженного на вертикальный вал. Делается это снизу с помощью веревки и рычага. В досках перекрытия прорезан люк, перекрытый наклонно поставленными двухпольными створками. Мешки, проходя через люк, открывают створки, которые потом произвольно захлопываются. Мельник отключает ворот, и мешок оказывается на крышках люка. Операция повторяется. В последнем ярусе, находящемся в "шапке", на вертикальном валу установлена и закреплена другая, малая шестерня со скошенными кулачками-зубьями. Она заставляет вращаться вертикальный вал и запускает весь механизм. Но ее заставляет работать большая шестерня на "горизонтальном" валу. Слово в кавычки заключено потому, что фактически вал лежит с некоторым уклоном внутреннего конца вниз.

Abraham van Beveren (1620-1690) Морская сцена

Штырем этого конца он заключен в металлическом башмаке деревянной рамы, основы шапки. Приподнятый конец вала, выходящий наружу, спокойно лежит на камне-"подшипнике", слегка скругленном сверху. На валу в этом месте врезаны металлические пластины, предохраняющие вал от быстрого стирания. В наружную головку вала врезаются два взаимно перпендикулярных бруса-кронштейна, к которым крепятся хомутами и болтами другие балки - основа решетчатых крыльев. Крылья могут принимать ветер и вращать вал лишь тогда, когда на них будет расправлена парусина, обычно свернутая в жгуты в покойное, не рабочее время. Поверхность крыльев будет зависеть от силы и скорости ветра.

Швейкхардт, Генрих Вильгельм (1746 Хамм, Вестфалия - 1797 Лондон) Забавы на замерзшем канале

Шестерня "горизонтального" вала снабжена зубьями, врезанными в боковую сторону круга. Сверху ее обнимает тормозная деревянная колодка, которая с помощью рычага может быть освобождена или сильно затянута. Резкое торможение при сильном и порывистом ветре вызовет высокую температуру при трении дерева о дерево, и даже тление. Этого лучше избегать.

Corot, Jean-Baptiste Camille Ветряная мельница.

До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами - "водило".

Вокруг мельницы вкапывали небольшие столбики количеством не менее 8 штук. К ним "водило" и крепилось цепью или толстой веревкой. Силою 4-5 человек, даже если верхнее кольцо шатра и части рамы хорошо смазаны солидолом или чем-то подобным (ранее смазывали свиным салом), провернуть "шапку" мельницы очень трудно, почти невозможно. "Лошадиная сила" тут тоже не годится. Поэтому пользовались небольшим переносным воротом, который попеременно одевали на столбики его трапециевидной рамой, служившей основанием всей конструкции.

Брейгель Старший. Ян (Бархатный).Четыре ветряные мельницы

Блок жерновов с кожухом со всеми частями и деталями, расположенными выше и ниже его, назывался одним словом - постав. Обычно небольшой и средней величины ветряки делались "об одном поставе". Большие ветряки могли строиться с двумя поставами. Были ветряные мельницы и с "толчеями", на которых отжималось льняное или конопляное семя для получения соответственного масла. Отходы - жмых, - тоже использовали в домашнем хозяйстве. "Пильные" ветряки как будто не встречались.

Bout, Pieter Деревенская площадь

Разрумянилось солнце под вечер.
Над рекою туман уже стелется.
Приутих безобразник ветер,
Только хлопает крыльями мельница.

Деревянная, чёрная, старая -
Ни на что ни кому не годная,
От забот, от хлопот усталая,
И, как ветер в поле свободная.

История применения энергии ветра человеком идет из глубокой древности. Самые первые упоминания об этом возникли около 1000 лет до нашей эры. Считается, что история ветряных мельниц западных стран ведется с первого документального возникновения датской или европейской ветряной мельницы в 1180 году в Нормандии. Скорее всего, что ветряные мельницы попали в Европу из Персии через средиземноморские страны.

Самым известным ранним типом данного устройства является персидская мельница, которая представляла собой элементарное устройство с вертикальным ротором. В Западной Европе при этом персидская мельница была усовершенствована быстро до более эффективного типа ветряной мельницы, имеющей горизонтальную ось вращения, ветряной турбины. Исследователи истории ветряной энергетики отмечают, что за небольшой промежуток времени ветряные мельницы, имеющие горизонтальную ось вращения, почти полностью вытеснили из Европы мельницы с вертикальной осью.

Усложнение конструкции ветряной мельницы с горизонтальным расположением оси объяснялось большей эффективностью работы. Мачтовая ветряная мельница Британии является триумфом инженерной мысли и самым сложным механизмом на начало Индустриальной революции.

Ветряные мельницы, развиваясь интенсивно с XII по XIX век, достигли определенного совершенства. Мощность данных мельниц приравнивалась к 25-35 кВт.

Индустриальная революция в виде создания паровых машин, снижения стоимости угля привела к вытеснению агрегатов, применяющих энергию ветра. Одним из самых интересных феноменов в истории ветряной энергетики, о котором часто пишут авторы, является американская насосная установка. Такие установки отличаются многолопастным ротором, простой системой ориентирования на ветер и возможностью автоматической автономной работы.

Установка Halladay Standard самая первая получила настоящий коммерческий успех. Следующим наиболее известным типом ветронасосных установок стали агрегаты с жестким ротором Eclipse. Третий шаг на пути американских ветронасосных установок был совершен в 1888 году компанией The Aermotor. Данные ветряные установки были сделаны из металла, а широкомасштабное производство их значительно сократило их стоимость.

Революционным новшеством явилась идея штампования лопасти из жести. Штампованные лопасти характеризовались определенной геометрией и устанавливались под нужным углом. При больших скоростях потоков ветра ротор, находящийся за стойкой, «всплывал» за счет соединения на шарнирах. Нужно отметить, что эти установки были сделаны полностью из металла, с точки зрения конструкции, экономики и эффективности производства они были выполнены оптимально.

Несмотря на значительную электрификацию сельской местности, эти ветряные мельницы во многих странах остаются достаточно распространенными.

Общее количество этих установок составляет более миллиона штук (это в основном установки с несколькими лопастями с диаметром колеса 2,5 м), а общая мощность составляет 250 МВт.

За последние 50 лет технология ветроэнергетики совершила мощный технологический рывок, повысивший эффективность ветряных мельниц почти в десять раз.

В конце XIX века возникла идея применения энергии ветра для получения постоянного электрического тока. Потребность в подобных установках была большой, поэтому в разных странах проводился ряд экспериментов. В литературе можно встретить описания двух весьма разных ветроустановок, которые стали одними из самых первых в генерировании электроэнергии. Первая из них – ветряная установка Браша, ее мощность 12 кВт, она генерировала постоянный ток для подзарядки аккумуляторных батарей. В целом система действовала автоматически в течение 20 лет и практически не требовала ухода.

Ветряная мельница Браша занимает важное место в истории развития ветряной энергетики. Она, во-первых, была крупной. Во-вторых, в ней применялась двухступенчатая повышающая ременная трансмиссия, передаточное число которой 50:1, генератор при этом имел скорость вращения 500 об/мин. Это была первая попытка объединить прекрасно развитую систему ветряной мельницы с электрической технологией. Установка в то же время показала, что многолопастные ветряные турбины очень медленные и низкоэффективные для получения энергии.

Следующий шаг в переходе от ветряных мельниц к энергетическим ветряным установкам совершил Пол Лакур в Дании в начале предыдущего века. Он первым создал аэродинамическую трубу и использовал аэродинамический профиль в ветряных установках.

К 1910 году примерно сто таких ветроустановок мощностью 5-25 кВт функционировали в Дании в сельской местности. В 20-30-е годы в США возникли коммерческие экземпляры небольших ВЭУ, используемые для подзарядки аккумуляторных батарей, они получили большое распространение.

Трехлопастная ветротурбина Jacobs Wind Electric, обладающая лопастями с аэродинамическим профилем, вращала генератор, мощность которого 3 кВт, при напряжении 110 В. Именно на стадии развития ветряных установок небольших размеров для заряда аккумуляторов образовалась проблема оптимального числа лопастей для турбины. Двухлопастные ветряные турбины испытывали существенные вибрации в случае изменения направления потока ветра, в то время как ветротурбины с тремя лопастями этого недостатка не имели. Этот вид ВЭУ перешел и к современным конструкциям почти без изменений.

В 1925 году был разработан ротор нового вида – ротор Савониуса, который был назван в честь его создателя инженера из Финляндии С. Савониуса. Преимущества данного типа роторов – высокий стартовый момент и способность принимать ветер со всех сторон, недостатки – низкий коэффициент обработки энергии ветра и небольшая быстроходность, большая масса конструкции.

В 30-х годах предыдущего столетия образовался новый тип ветротурбин – вертикальная ветряная турбина, предложенная Ф. Дарье. Ротор Дарье обладал двумя или тремя изогнутыми лопастями, зафиксированными снизу и сверху центральной колонны, он может перерабатывать ветер со всех сторон. Ветротурбина данного вида почти не использовалась до начала 1970-х годов, когда в Канаде, а затем и в некоторых других странах стали исследовать ветряные агрегаты с ротором Дарье.

Эволюция ветряных мельниц

В некоторых странах научно-исследовательские работы в сфере развития ветряной энергетики усиленно развивались с 1940-х до 1960-х годов. Но потом цены на ископаемое топливо значительно сократились и с точки зрения себестоимости электрической энергии ветроэлектрические установки уже не конкурировали с тепловыми электростанциями. В это время коммерческая ветряная энергетика почти не развивалась. Были разработаны экспериментальные образцы, например, ВЭС в Курске.

В начале 1970-х годов начался следующий подъем ветряной энергетики, который, прежде всего, был обусловлен известным энергетическим кризисом. В это время правительства большинства стран развернули масштабные программы по разработке ветряных мельниц . Разработка технологий согласно данным программам, конструкторские работы и эксперименты должны были проводиться, находясь в постоянном взаимодействии.

Планы предусматривали формирование трех поколений экспериментальных агрегатов. Самое первое поколение давало возможность получить базовые данные и наработки для создания четкой концепции ветроэнергетики. Второе поколение было нужно для наработки практического опыта получения ветряных мельниц. И третье поколение могло довести уровень эффективности и надежности ветряных установок до коммерческого применения. Эти серии ВЭУ должны были усовершенствовать ветряные технологии до отметки, когда коммерческий риск был бы настолько маленьким, что мог привлечь существенные коммерческие капиталы.

Исследования подразделялись по двум направлениям: ВЭУ с вертикальной осью и ВЭУ с горизонтальной осью вращения. В 1974 году в США была создана Федеральная Программа по развитию ветряной энергетики, согласно которой были разработаны экспериментальные прототипы с кодами MOD-1, MOD-2, MOD-3, MOD-O, MOD-OA. В Европе самыми крупными и интересными проектами является Growian, мощностью 3МВт (Германия,1983), LS-1 3 МВт (Великобритания, 1987) и некоторые другие. Немецкий проект Growian считается наиболее крупным из всех построенных когда-либо ВЭУ: турбина в диаметре 100 м, башня высотой 100 м. Данная ВЭУ была первой, работающей с переменной скоростью вращения, ветряной турбиной и обладала асинхронизированным синхронным генератором.

Слишком большой объем новинок вызвал множество проблем в деятельности ветряной мельницы, но данная ВЭУ внесла существенный вклад в осознание проблем других агрегатов.

Для выполнения заданий используйте план на форзаце учебника.

По плану местности можно решать практические задачи. Так, например, на плане местности хорошо видно, что холм, обозначенный на нём, имеет абсолютную высоту 160,7 м, юго-западный склон его пологий, а восточный - крутой.

Или другой пример. По плану нужно определить, виден ли от ветряной мельницы паром через реку Нить. Ответ: паром можно увидеть. Ведь место, где построена мельница, выше уровня воды в реке Нить, и от мельницы к реке местность всё время понижается.

1-2. Изображение холма с помощью горизонталей.

Если же наблюдатель находится на 150 м восточнее вершины холма, то паром он не увидит, потому что в этом случае его закрывает вершина холма. И действительно, в 150 м от вершины холма проходит горизонталь 155 м. К западу от наблюдателя в направлении парома через реку Нить местность повышается более чем на 5 м (от 155 до 160,7 м). Чтобы увидеть паром, надо встать у отметки 160,7 м или западнее её.

Выполните самостоятельно несколько заданий по плану местности.

Задание 1

Определите высоту холма, изображённого на плане местности:

1. абсолютную;
2. относительную.

Задание 2

Можно ли увидеть от посёлка Петрово озеро Утиное? Поясните свой ответ.

Задание 3

Наблюдатель стоит при впадении реки Луч в реку Нить. Определите, увидит ли он автомобиль, стоящий у северного подножья холма. Аргументируйте свой ответ.

Задание 4

Велосипедист от посёлка Лесной доехал до холма и вернулся обратно. В каком направлении ему было легче ехать?

Задание 5

Где на реке Луч лучше строить плотину? Обоснуйте свой ответ.

Задание 6

На каком берегу реки Нить можно загорать на пляже?