Устройство ветряной мельницы схема: Устройство ветряной мельницы

Содержание

Ветряная мельница — устройство, принцип работы, история, фото. Как работает ветровая мельница в ветряную погоду Мельница строение

Ветряная мельница

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.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое «Ветряная мельница» в других словарях:

Ветряк, ветрянка (прост.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. ветряная мельница сущ., кол во синонимов: 7 … Словарь синонимов

ВЕТРЯНАЯ МЕЛЬНИЦА, устройство, приводимое в действие ветром, вращающим крылья или лопасти. Первые известные ветряные мельницы были построены на Среднем Востоке в VII в. В Европу это техническое новшество проникло в Средние века. На заре… … Научно-технический энциклопедический словарь

ветряная мельница

Ветряную мельницу человек знает давно и возможности ее использования на свое благо, можно сказать, изучил досконально. Лопасти, приводимые в движение силой ветра, передают вращающий момент к различным механизмам – если раньше они крутили исключительно жернова (от чего и пошло понятие ветряная мельница), то сегодня они вращают практически все что угодно, в том числе и электрогенераторы. Но суть не в этом – на сегодняшний день ветряная мельница, или, как ее еще называют, ветряк, является экологически чистым, а главное, условно бесплатным источником энергии. Только ради этого следует ознакомиться с устройством и принципом работы ветряной мельницы – именно этим мы и займемся в данной статье вместе с сайтом сайт.

Как работает ветряная мельница фото

Ветряные мельницы: устройство и принцип работы

Ветряная мельница, как и все гениальное, работает весьма просто – если говорить понятным языком, то посредством различных механизмов вращение пропеллера, приводимого в движение ветром, передается к устройству, выполняющему ту или иную работу. Если же усложнять все это дело, то конструкцию подобных агрегатов можно представить в виде трех различных узлов, собранных в едином корпусе. Кстати, корпус может быть весьма большим и иметь практически любую форму. Разберемся с этими узлами мельницы подробнее, а заодно и изучим ее принцип работы.

Как видите, работает ветряная мельница довольно просто, несмотря даже на сложность ее механической системы – в принципе, в самом простом исполнении ее конструкцию назвать сложной можно разве что с натяжкой. Основная проблема ее изготовления заключается только лишь в точности изготовления ее деталей – если осилите этот момент в домашних условиях, то все остальное покажется простым делом.

Ветряная мельница своими руками: для чего она может понадобиться

Как и говорилось выше, перерабатывая энергию ветра с помощью ветряной установки, запустить можно достаточно много полезных приспособлений. Но так уж сложилось, что используют их в современном мире сравнительно редко и запускают с их помощью считанное количество приспособлений. Мощность, габариты и зависимость от погоды – вот еще одна проблема, с которой необходимо считаться. И именно эта проблема накладывает некоторые ограничения на область применения ветряных мельниц в современном мире.

О том, как самостоятельно сделать декоративную ветряную мельницу, смотрите в этом видео.

Это, наверное, и все, на что могут сгодиться ветряные мельницы – по большому счету, этого достаточно. Зерно с их помощью точно никто перемалывать не станет и уж тем более никто не будет использовать их для работы сложных станков. Разве что в качестве развлечения.

Как сделать ветряную мельницу своими руками: принцип изготовления

Как вы уже поняли, изготовить своими руками можно практически любую ветряную мельницу, но следует понимать, что от ее назначения могут изменяться некоторые детали конструкции. К примеру, наличие в мельнице генератора электрической энергии потребует от вас выделить в корпусе специальное место для его установки. В целом же, решая вопрос, как сделать ветряную установку, вам придется изготовить как минимум две ее части – если говорить о функциональных мельницах, то и того больше.

В заключение темы про ветряные мельницы скажу несколько слов о подобных установках, только гидравлического принципа действия – в смысле, водяной мельницы. Это не менее популярный дачный декор, который, как и в случае с ветряком, может даже приносить пользу – это, конечно, если ваш дачный участок расположен на берегу тихой речушки. В таком случае могут не только вырабатывать электроэнергию, но и качать воду для . В общем, на этот агрегат тоже нужно обратить внимание – возможно и для вас он окажется весьма полезной вещью, которую при желании также можно достаточно просто изготовить своими руками.

Постройки, имеющиеся на приусадебном или дачном участке, обычно создаются в строгом функциональном стиле. Каких-либо специфических декоративных элементов они, как правило, не имеют и выглядят соответственно своему назначению. При этом, желание как-то украсить, оживить территорию участка свойственно большинству владельцев. Вариантов решения этого вопроса имеется очень много. Чаще всего используются технологии ландшафтного дизайна, с помощью которых может быть украшен абсолютно любой клочок земли.

Один из вариантов создания необычного облика является возведение ветряной мельницы . Решение несколько неожиданное, но неизменно эффектное, требующее подробного рассмотрения.

Устройство и принцип работы

Ветряная мельница — это устройство, преобразующее в работу мукомольного механизма. Таково традиционное назначение мельниц, выполнявших практически единственную работу — размол зерна, изготовление муки. Лопасти (крылья) мельницы принимали на свои плоскости поток ветра и начинали вращение. Оно передавалось на жернова, моловшие зерно и производившие муку. Устройство ветряной мельницы — это прообраз , насосов и прочих механизмов сегодняшнего дня, использующих потоки .

В настоящее время встретить действующую ветряную мельницу можно редко, в основном, их содержат в этнографических заповедниках как экспонаты. При этом, они вполне исправны и могут выполнять свою работу вполне эффективно.

Декоративный элемент или практичное сооружение?

Использовать ветряную мельницу в качестве полноценного сооружения, выполняющего помол муки, невозможно. Во-первых, размеры такого сооружения не подойдут для относительно небольших участков. Кроме того, необходимости в размоле зерна в настоящее время не имеется. Поэтому ветряные мельницы, возводимые на садовых участках, выполняют декоративную роль . При этом, вращающийся ротор, если он способен выполнять свои функции, вполне может быть использован для различных хозяйственных нужд:

производство электроэнергии;
приведение в действие водяного насоса;
корпус ветряка можно приспособить для хранения различного инвентаря.

Выбор способа применения ветряка — прерогатива владельца участка, но наиболее распространенным назначением таких сооружений является украшение участка, привнесение фольклорных мотивов в стиль оформления.

Этот момент нельзя считать второстепенным или неважным, так как внешний вид так же нуждается в грамотном и творческом подходе, как и практическое применение.

Для чего может понадобиться?

В данном случае ключевым моментом становится самостоятельное изготовление сооружения. Помимо определенных практических целей, которые преследуются при создании ветряка, важен творческий подход, возможность приложить усилия для самостоятельного оформления участка.

Применить такое сооружение можно по-разному, например, с помощью ветряной мельницы можно декорировать скважину для воды. Часто подобными сооружениями прикрывают выход на поверхность канализационных коллекторов. Не исключается использование ветряка по прямому назначению — с целью приведения в движение механизмов или генерации электрического тока, например, для освещения участка.

Важно! Украшение территории — сам по себе немаловажный фактор, но, если имеется возможность практического применения ветряной мельницы для хозяйственных нужд, ее ценность возрастает во много раз.

Еще одним возможным применением такого элемента можно назвать место для детских игр. Ребятишки с удовольствием играют в различных домиках, а если он стилизован под мельницу, становится еще интереснее.

Выбор территории для установки

На выбор места влияет, в первую очередь, замысел владельца, назначение сооружения. Если планируется чисто декоративное использование, то мельницу размещают исходя из соображений живописности, внешнего эффекта, то есть на открытой площадке, обеспечивающей хороший обзор сооружения. Если же устройство будет функциональным, то на выбор повлияет уровень площадки, отсутствие поблизости крупных построек, способных закрыть лопасти от потоков ветра.

Кроме того, необходимо учитывать расположение инженерных коммуникаций, построек или сооружений, которым могут помешать вращающиеся крылья мельницы. Если они находятся напротив окна, постоянное мелькание в глазах создаст существенное неудобство для людей, находящихся в комнате.

Следует также учитывать, что к сооружению понадобится иметь нормальный подход, особенно, если планируется сделать его элементом детской игровой площадки. Учитывая все эти соображения, производится выбор оптимального места для строительства мельницы.

Пошаговая инструкция

Создание мельницы происходит по обычной схеме, используемой при строительстве любых сооружений:

создание проекта (рабочего чертежа)
приобретение материалов, подбор инструмента
подготовка площадки
сборка корпуса и ротора
установка механических элементов (если они запланированы)

запуск, отладка режимов работы

Некоторые шаги в этом перечне могут оказаться лишними, иногда, напротив, могут понадобиться дополнительные действия. Окончательный план действий может быть составлен только при рассмотрении конкретной конструкции, условий ее работы, размеров и прочих параметров.

Важно! Ни в коем случае не следует пренебрегать созданием проекта. Зачастую именно на этом этапе обнаруживаются значительные ошибки или дополнительные факторы, в корне меняющие подход к выполняемой работе. Изготовление наобум может привести к пустой трате времени и материалов.

Необходимые материалы и инструменты

Для создания декоративной ветряной мельницы лучше всего использовать традиционные материалы:

брус,
доски,
обточенные бревна,
гвозди,
саморезы.

Кроме того, в зависимости от размеров и назначения мельницы могут понадобиться материалы для создания фундамента:

цемент,
песок,
арматурный пруток.

Не менее важно иметь необходимые инструменты:

электропила,
электрорубанок,
ручная ножовка,
стамеска, долото,
пассатижи,
молоток,
электродрель с набором сверл,
линейка, рулетка.

В зависимости от проекта сооружения, могут быть привлечены и другие инструменты или приспособления, если в них возникнет необходимость.

Фундамент

Первые шаги, которые понадобится выполнить на начальном этапе, это — подготовка площадки под строительство. Если сооружение запланировано достаточно крупное, например, под мельницу надо задекорировать хранилище для инструментов, инвентаря, инженерных устройств, то потребуется устройство фундамента.

Самым простым способом заливки фундамента будет создание ленточного типа основания. Для этого по периметру будущих стен выкапывается ров, внутрь которого устанавливается опалубка, вяжется арматурный каркас и заливается бетон. Фундамент выдерживается нужное время для достаточной кристаллизации бетона, после чего можно вести дальнейшие работы.

Примечание: для небольших декоративных сооружений фундамент не требуется, достаточно немного приподнять их над уровнем земли, чтобы исключить контакт с грунтовыми водами.

После завершения фундамента приступают к созданию корпуса ветряной мельницы.

Выбираем тип стен и кровлю

Возведение стен и крыши мельницы ведется в точном соответствии с рабочими чертежами, выполненными заблаговременно в самом начале. Возможны разные варианты:

постройка стен из обточенных бревен. Выполняется при создании большой мельницы, предназначенной для выполнения определенных хозяйственных функций.
возведение стен из бруса. Этот способ несколько проще, так как подгонка бруса намного проще, чем бревен. Величина мельницы при этом также достаточно большая.
создание каркаса с последующей обшивкой досками. Такое строительство подойдет для мельницы меньших размеров.

Рассмотренные варианты подразумевают строительство сооружения непосредственно на месте. Могут быть варианты, когда все сооружение собирается в одном месте, например, в гараже или в мастерской, и устанавливается уже готовым на предназначенное место. Такой подход может быть использован при создании небольших декоративных мельниц, которые можно переносить в пределах участка.

Строительство стен завершается с началом создания крыши. Традиционно делается двух- или четырехскатная конструкция. В качестве кровельного материала используется какое-либо из старинных, традиционных кровельных покрытий — черепица, дранка и т. п.

Древесина — неустойчивый к воздействию атмосферной влаги и дождей материал. Готовое строение необходимо защитить от воды, нанеся слой лака или олифы. Оптимальным вариантом будет предварительная пропитка антисептиком и антипиреном для защиты стен от насекомых или огня.

Особенности постройки функциональной мельницы

Если ветряк будет выполнять полезную работу, то он устроен довольно сложным образом. Конструкция состоит из вращающегося ротора, передающего движение на генератор, с которого полученное напряжение передается на аккумулятор и инвертор. Это — самая сложная , могут быть варианты и попроще. Но все они объединены одним признаком: вал ротора соединяется с определенным механизмом.

Такое обстоятельство вынуждает подходить к постройке с другой стороны:

сначала монтируется рабочий механизм;
вокруг него строятся стены или защитный короб с возможностью доступа к оборудованию для ремонта или обслуживания.

В таких ситуациях строительство ведется так, чтобы стены и крыша мельницы не препятствовали вращению крыльев или не перекрывали доступ к механике. В остальном работы ведутся подобным образом с использованием тех же материалов и инструментов.

Установка ветрогенератора

Установка ветряной мельницы необходима в тех случаях, когда она была изготовлена в мастерской. Обычно такие сооружения имеют небольшие размеры и вполне доступны для транспортировки в пределах участка. Такой вариант хорош для производства ремонта, модернизации или технического обслуживания. Возможность произвести работы в условиях нормальной мастерской, а не под открытым небом, дает множество плюсов и обеспечивает высокое качество ремонта или ухода.

Установка мельницы производится на сухую подготовленную площадку. При необходимости, устройство крепится к ней с помощью анкеров. Если конструкция горизонтальная и не имеет возможности установки на ветер, то следует заранее позаботиться о выборе места, позволяющего использовать преобладающее направление потока для данного региона.

Прародители ветровых мельниц появились почти четыре тысячи лет назад в Египте. Изначально ветряная мельница имела постоянное направление лопастей и ременной привод к оси каменного жернова. Позже в конструкции появились шестерни и подшипники, поворотные механизмы. Такое устройство без радикальных изменений успешно использовалось до начала прошлого века и сейчас тоже имеет применение.

Причины успеха энергии ветра

Характеристики ветровой энергии уникальны. Заслуживают отдельного упоминания свойства, ставшие причиной длительного успеха ветряных мельниц. Сравнение характеристик источников энергии позволяет понять столь продолжительное и географически широчайшее применение энергии ветра:

Но есть у ветра и недостатки. Например, вошедшее в поговорку непостоянство. Направление ветра меняется так часто, что пришлось даже создавать мельницы с вращающимся корпусом. А изменение силы ветра от ураганной до штиля не позволяет рассчитывать на стабильность поступления энергии. Другие природные источники энергии тоже нестабильны и со своими недостатками. Солнце не дает энергии по ночам, а днем может уйти за тучи. Реки есть не везде, а там, где есть, могут пересохнуть или замерзнуть на месяцы.

Еще одним минусом является малая плотность ветра — 1,29 кг/м3. К примеру, плотность воды составляет почти тонну. Для получения одинаковой по величине энергии площадь лопастей у ветряной мельницы должна быть в 750 раз больше, чем у водяной. А для таких конструкций должен быть и соответствующий корпус.

Но, тем не менее, почти четыре тысячи лет ветер был востребован, как источник энергии, на Европейском, Азиатском и Африканском континентах. И сейчас о нем не забывают.

Как ветер крутит лопасти

Так как воздух имеет массу, то движение воздуха имеет кинетическую энергию. Когда на пути ветра, дующего в определенном направлении, появляется предмет, их взаимодействие можно описать с помощью векторов силы. Ветер будет отталкивать препятствие и отталкиваться сам в противоположенном направлении. При этом лопасть, закрепленная на оси конструкции, будет изгибаться вдоль оси вращения и крутиться на ней. Графически это выглядит следующим образом:

Ветер после соприкосновения отражается от лопасти, оставляя ей часть энергии:

на изгиб лопасти по направлению ветра, чему конструкция противостоит с силой Fл2-1, создающей потенциальную энергию. На величину этой силы уменьшится вектор силы ветра Fв2-1;
создавая кинетическую энергию вращения, на лопасть действует сила Fл2-2. При этом уменьшается вектор силы ветра Fв2-2, меняя его направление.

Величина кинетической энергии, передаваемой ветром через лопасти, зависит от массы взаимодействующего с лопастью воздуха, скорости его движения, направления относительно лопастей — чем перпендикулярней, тем лучше.

В самой мельнице, кроме конструкции лопастей, можно минимизировать потери на трение, применяя на оси подшипники, а передаточном механизме — шестерни, либо устанавливая генератор непосредственно на ось лопастей.

Зная, как работает мельница, можно попробовать изготовить ее самостоятельно. Хотя бы в декоративных целях.

Как рассчитать крылья мельницы

Сначала нужно решить, для чего и где строить мельницу. Обычно ветровая машина ставится на открытой местности , например — на даче. Если вокруг забора близко и плотно растут деревья, придется делать высокий корпус для ветряка. В этом случае обязательно потребуется фундамент.

Фундамент нужен и невысоким, но тяжелым корпусам. Для дачных дел достаточно по периметру будущего строения уложить на глубину до 0,7 метра бетон или плотные ряды кирпичей. Для декоративных сооружений достаточно подмостить и утрамбовать один слой кирпича, изолирующего сооружение от влаги.

Теперь надо решить, для чего следует строить мельницу . Вариантов много:

для подъема воды из скважины;
для получения электроэнергии;
для отпугивания кротов;
для хранения садовых инструментов;
в декоративном назначении.

Порядок вариантов представлен по снижению требований к мощности устройства, т. е. по упрощению механизма. Определение требований к дизайну остается правом и обязанностью владельца.

Сразу запомним, что реальная мощность бытового ветряка не превышает 500 Вт при скорости ветра 5-8 м/с. Однако электроэнергию можно накапливать, включая при необходимости мощные потребители на короткий срок. Например, насос для подъема воды.

Главное в ветряке, это лопасти. В первую очередь для определения конструкции лопастей нужно знать о том, что чем больше мощность — тем большую площадь проекции на плоскость вращения должны иметь лопасти. Это достигается увеличением количества, длины, площади и угла разворота лопастей.

Для расчета средней мощности конструкции потребуется знание силы обычных для местности строительства ветров. Кроме того, лопасти мельницы должны быть перпендикулярны преобладающим направлениям ветра. Эти сведения следует узнать в сети Интернет по запросам «статистика скорости ветра» и «роза ветров» для своего региона.

Осталось подсчитать размер лопастей. Например, средний ветер 5 м/с, а потребляемая мощность электроприбора 100 Вт. Потери на преобразование кинетической энергии вращения оси мельницы в электрическую составят порядка 20% — 40%.

Коэффициент полезного действия можно посчитать, учитывая точные паспортные значения КПД генератора на оси, выпрямителя, стабилизатора, преобразователя постоянного тока в переменный напряжением 220 В. При расчете проценты потерь не суммируются, надо последовательно перемножить КПД каждого прибора, чтобы получить КПД системы преобразования вращения в электричество. Еще половина мощности ветра теряется на лопастях.

Снизить потери преобразования можно исключив, например, преобразователь постоянного тока в переменный, если исполнительное устройство может работать от аккумулятора. Отсутствие какого-либо другого устройства также возможно, если напряжение и ток не имеют большого значения для работы устройства — например, небольшая лампочка накаливания, еще практичнее — светодиодная.

Мощность ветрогенератора прямо пропорциональна плотности воздуха , умноженного на скорость ветра в третьей степени (для 5 м/с — 125). Если разделить результат на удвоенную площадь проекции лопастей на плоскость вращения,получается мощность, которую может выработать генератор на оси вращения лопастей.

Для примера можно посчитать площадь проекции для 4 лопастей шириной 0,5 м, образовывающих при вращении круг диаметром 2 м, закрепленные под углом 60 градусов к плоскости вращения. Площадь по формуле d/2*sin(30)*0.5*4 равна 2/2*0,25*4=1 квадратному метру.

Такая конструкция, при наиболее распространенном в России среднем значении скорости ветра 5 м/с, получает от ветра энергию в количестве 1,29*125/2*1 = 80 Вт. Снять половину на преобразование во вращательное движение, убрать 25% на преобразование в электроэнергию и останется около 30 Вт для потребителей. Максимальная ветровая мощность при таком ветре на лопастях, полностью перекрывающих в проекции площадь круга, может вырасти в 3,14 раза. В итоге потребителю достанется максимум около 100 Вт. Не так уж и плохо.

Если в декоративных целях использовать светодиоды, размеры мельницы изменятся до смешных, был бы низкий ветер вдоль земли.

Без преобразования в электрическую используют энергию ветра для отпугивания мелких насекомых, живущих под землей. Достаточно опустить на 15 сантиметров в углубление деревянную ось, вращающуюся от ветряка, как вибрация почвы отпугнет их на несколько метров, не мешая хозяевам.

Разновидности лопастей ветряков

Конструкции лопастей бывают не только с вертикальным вращением, но и с горизонтальным. Лопасти могут иметь винтовую конструкцию , изменяемую парусность. Строились мельницы на века и так, чтобы в каждом строении была уникальность. Современные конструкции тоже поражают разнообразием.

Статистика и перспективы

В России конца 19 века работали около 200 000 мукомольных мельниц. Обычный ветряк вырабатывал мощность 3,5 кВт, большой с диаметром лопастей 24 метра — до 15 кВт. Суммарная вырабатываемая ими мощность в то время доходила до 750 мВт. Сейчас используются ветряные электрогенераторы и считанные единицы мельниц другого назначения. А энергии все они вырабатывают в 50 раз меньше, чем 100 лет назад, целых 15 мВт. Планы развития. конечно. создаются, ведь потенциал ветра над нашей страной составляет десятки миллиардов киловатт.

Пока планы не реализовались, можно перефразировать известное выражение Владимира Маяковского и сказать: «Если мельницы строят — значит — это кому-то нужно? Значит — кто-то хочет, чтобы они были?» Завораживающая красота работающих мельниц стала мощным вдохновляющим фактором для умельцев, создающих шедевры во дворах и на дачных участках.

Мельница – это механизм, в котором размалывают различные зёрна, например, пшеницу, для того, чтоб получить муку, или мелкий корм для животных.

Мельницы бывают разных форм и объёмов.

Существует несколько типов:
Ручные
Водяные
Ветряные
Электрические

У всех видов мельниц есть размалывающие механизмы, называемые жерновами. Они приводятся в движение с помощью разных сил.

Ручные мельницы работают от приложенной силы.

Пока человек крутит ручку, мельница работает, как только он устал, и решил отдохнуть, мельница не перемалывает зёрна.

Водяные мельницы используют силу воды. Такие мельницы строятся обычно возле рек с быстрым течением. У водяной мельницы на колесе есть специальные лопатки, когда вода течёт, она упирается в эти лопатки, тем самым толкая их и приводя в движение всё колесо, а они в свою очередь вращают жернова.

Подобным образом работает и

Ветряные мельницы работают с помощью ветра. Они имеют лопасти со скошенными краями. Когда дует ветер, он скользит о наклонные поверхности и отталкивает их. Они начинают крутиться.

Электрические мельницы вращают жернова с помощью специальных моторчиков, которые работают от электричества.

В настоящее время используются в основном электрические мельницы.

Когда человек хочет получить муку, он идёт на мельницу, высыпает пшеницу в специальный контейнер, из которого зёрна подаются в небольшом количестве в жернова. Там они размалываются на мелкие кусочки, которые очищаются и просеиваются. В конце мы получаем чистую белую муку, из которой наши мамы пекут нам вкусные булочки и пироги.

Мини-тест

1. Для чего нужна мельница?
2. Какие виды мельниц бывают?

4.4. Типы ветряных мельниц — Энергетика: история, настоящее и будущее

Технологические процессы производства с использованием ветряных мельниц крайне разнообразны. В соответствии с этим и мельницы подразделялись на различные типы.

Так, в мукомольном производстве были мельницы, работающие на один (см. рис. 4.3) или два (рис. 4.11) жерновых постава.

По конструктивным формам поворота на ветер существовало два основных типа ветряных мельниц – козловые и шатровые (рис. 4.12). Козловая ветряная мельница (рис. 4.12, а) целиком поворачивалась вокруг дубового столба. Столб устанавливался в центре тяжести, а не в центре симметрии, на фундаменте. Поворот на ветер требовал затраты больших усилий. Применялась одноступенчатая передача, вращающая короткий вал жернова. К козловому типу относится и мельница «Bock» (см. рис. 4.3). На рис. 4.13 представлен разрез более поздней конструкции козловой ветряной мельницы.

На рис. 4.12, б показан шатровый (голландский) тип. Неподвижное здание мельницы снабжалось сверху поворотной рамой, несущей ветроколесо и покрытой крышей в виде шатра. Поворот на ветер из-за меньшего веса поворачивающихся частей требовал значительно меньших усилий. Ветроколесо могло иметь увеличенный диаметр вследствие возможности его подъёма на большую высоту. Чаще всего применялась двухступенчатая передача (см. рис. 4.11). На рис. 4.14 представлена более совершенная конструкция шатровой мельницы.

Колчанный тип занимал промежуточное положение между шатровым и козловым типами. Поворотный круг располагался на половине высоты мельницы.

Дренажные мельницы, поворотная рама которых находились на уровне земли, относили к колчанному типу.

Быстроходность ветряных мельниц ограничивалась прочностью передачи с деревянными зубьями колёс и цевок шестерён. Поэтому повышение коэффициента использования энергии ветра за счёт увеличения быстроходности ветроколеса также было ограничено. Зубья и цевки (рис. 4.15) выполнялись по шаблону из сухого дерева (граб, акация, вяз, клён или берёза).

Рис. 4.11. Общий вид (а) и разрез (б) старинной европейской ветряной мельницы с двумя жерновами

Рис. 4.12. Схемы козловой (а) и шатровой (б) мельниц: 1 – ветроколесо; 2 – главный вал; 3 – одноступенчатая передача; 4 – вал жёрнова; 5 – засыпочный лоток; 6 – жёрнов; 7 – водило; 8 – центральный столб; 9 – двухступенчатая передача

Обод колеса на главном валу делался из досок берёзы или вяза, положенных в два слоя, с наружной стороны обрабатывался по окружности и притягивался болтами к спицам. Верхний и нижний диски цевочной шестерни вертикального вала связывались из досок толщиной 40 мм в два слоя. Диски также стягивались болтами. Колесо и шестерня крепились клиньями. Так как крылья являлись основной частью ветряных мельниц, то и развитие последних с момента их возникновения и до заката шло по пути совершенствования прежде всего конструкции крыльев.

В старых конструкциях решётка крыла покрывалась парусиной. Постепенно тёс вытеснил парус. Крылья начали обшивать тёсом (лучшим был еловый) толщиной в 6 мм, постоянной по длине (рис. 4.16). Обрывки полотна на парусном крыле, щели, грубо пригнанный тёс на дощатом крыле снижали в несколько раз подъёмную силу крыльев, а следовательно, во столько же раз и производительность ветряной мельницы.

У простейших мельниц крылья делали с постоянным углом заклинения лопасти (от 14 до 15°). Такие крылья были значительно проще в изготовлении, но коэффициент использования энергии ветра у них примерно в 1,5 раза меньше, чем у крыльев с винтовой лопастью. У некоторых шатровых мельниц крылья делали с переменным углом заклинения: на конце от 0 до 10° и у основания от 16 до 30°. Одна из последних конструкций крыльев с полуобтекаемыми профилями представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.13. Разрез козловой ветряной мельницы

Рис. 4.14. Разрез шатровой ветряной мельницы

В Европе здания шатровых ветряных мельниц к моменту заката их эпохи строили из камня. Общий вид такой мельницы показан на рис. 4.18 (на заднем плане – современная ветровая электрическая установка).

У ветряной мельницы с приводом к водяному насосу для орошения земельных участков (рис. 4.19) наиболее старого типа, как и у зерновых мельниц, в случае ветра большой силы во избежание повреждений площадь крыльев уменьшалась вручную путем частичного снятия паруса (или открытия жалюзей). За счёт применения ветроколеса «Геркулес» диаметром 15 м (рис. 4.20), построенного Объединённым обществом ветряных турбин в Дрездене, был сделан очередной шаг к улучшению экономичности подобных установок.

Но все это тихоходные ветродвигатели, для которых характерны большое число лопастей или широкие крылья (см. рис. 4.3–4.5, 4.7–4.11, 4.13, 4.14, 4.18–4.20). Им присущ большой страгивающий момент.

Увеличить быстроходность ветронасосных установок удалось с использованием ветроколеса «Адлер» фирмы «Кестер» в Гольштинии (рис. 4.21, а) с малым числом лопастей и большим расстоянием между ними.

б Рис. 4.15. Передачи: а – одноступенчатая верхняя; б – двухступенчатая нижняя

Рис. 4.16. Обшивка крыла тёсом

Установка с этим колесом обладала средней быстроходностью. Ветроколесо быстроходного типа фирмы «Аэродинамо» (Берлин) на подсасывающей стороне крыльев уже имело клапаны (рис. 4.21, б) для автоматического регулирования. В рабочем состоянии клапаны удерживались пружиной и упором в горизонтальном положении так, что при движении крыла они не создавали значительного сопротивления.

При превышении определённой частоты вращения под действием центробежных сил клапаны поворачивались и создавали большое сопротивление, а также весьма значительно нарушали плавность потока на крыле, так что подъёмная сила крыльев делалась меньше, вследствие чего ветер использовался в меньшей степени.

Быстроходные ветродвигатели позволяли получать высокие значения коэффициента использования энергии ветра и большую мощность при тех же размерах, имели малый страгивающий момент.

Рис. 4.17. Конструкция крыльев с полуобтекаемыми профилями

На рис. 4.22 показана ветроустановка, которая накачивала воду с помощью подъёмного винта. Ветроколесо у нее такого же типа, как и на рис. 4.21, а, той же фирмы. Обращает на себя внимание форма профилей крыльев.

В XVIII–XIX веках ветряные мельницы сооружались практически по всему миру. Развитие машиностроения позволило перейти от кустарного производства деревянных мельниц к изготовлению в мастерских деревометаллических и к массовому производству в заводских условиях многолопастных ветродвигателей металлической конструкции. К концу XIX столетия они уже были снабжены системами автоматического регулирования скорости вращения и мощности, механизмами фиксации ветроколеса по направлению потока. Суммарный годовой выпуск в основных промышленно развитых странах составлял сотни тысяч двигателей. Ряд стран начал в значительных количествах выпускать на заводах также более совершенные по конструкции и экономичные быстроходные ветродвигатели, предназначенные в первую очередь для получения электрической энергии. Эти двигатели небольшой мощности (0,75–1 кВт) обычно выполнялись с двух(рис. 4.23, а) или трехлопастным (рис. 4.23, б) ветроколесом крыльчатого типа, соединённым через редуктор с генератором постоянного тока. Они снабжались системой аккумулирования энергии, чаще всего аккумуляторной батареей. Их использовали в быту для освещения небольших и удалённых объектов и зарядки аккумуляторных батарей.

Характерна установка на ветер ветроагрегата «Беркут-3» (см. рис. 4.23, а) с помощью двух виндроз в отличие от большинства аналогичных ветродвигателей, где эту функцию выполняет хвост (см. рис. 4.23, б, а также рис. 4.8–4.10, 4.20–4.22). Механизм виндроз представляет собой два небольших ветроколеса, плоскость вращения которых перпендикулярна к плоскости вращения основного колеса, работающих на привод червяка, поворачивающего платформу головки ветроагрегата до тех пор, пока колёса не будут лежать в плоскости, параллельной направлению ветра.

Рис. 4.19. Немецкая ветронасосная мельница для орошения земельных участков

Рис. 4.20. Ветронасосная установка с ветроколесом «Геркулес»

Рис. 4.18. Каменная ветряная мельница шатрового типа

Ограничение числа оборотов в ветроагрегате «Роралайт» производится поворотом лопасти с помощью центробежного регулятора, смонтированного на валу ветроколеса.

Значение ветряных мельниц и других ветроагрегатов в жизни людей и развитии человеческой цивилизации столь велико, что они заслуживают не только строгого – технического – сухого описания, но и поэзии.

Большой мастер лирической прозы К.Г. Паустовский (1892–1968) в очерке «Ильинский омут» оставил нам в наследство «оду» ветряной мельнице.

«Однажды летом я жил в степях за Воронежем. Все дни я проводил или в одичалом липовом парке, или на мельнице3ветряке, стоявшей на сухом кургане.

Вокруг ветряка росло много шершавого лилового бессмертника. Тесовая крыша ветряка была наполовину сорвана воздушной волной в те дни, когда к Воронежу подходили немцы.

В отверстие крыши было видно небо. Я ложился на глиняный тёплый пол мельницы и читал романы Эртеля или просто смотрел на небо в отверстие над моей головой.

а б

Рис. 4.21. Ветроколёса фирм «Адлер» (а) и «Аэродинамо» (б)

В нём непрерывно возникали всё новые очень белые и выпуклые облака и медленной чредой уплывали на север.

Тихое сияние этих облаков достигало земли, проходило по моему лицу, и я закрывал глаза, чтобы уберечь их от резкого света. Я растирал на ладони венчик чабреца и с наслаждением вдыхал его запах – сухой, целебный и южный. И мне чудилось, что рядом, за ветряком, уже открылось море, и что пах3 нут чабрецом не степи, а его наглаженные прибоями пески.

Рис. 4.22. Ветроустановка для накачивания воды с помощью подъёмного винта

Иногда я задремывал около жерновов. Вы3 сеченные из розового песчаника жернова переносили мою мысль ко временам Эллады.

Несколько лет спустя я увидел статую египетской царицы Нефертити, высеченную из такого же камня, как и жернова. Я был поражён женственностью и нежностью, какая заключалась в этом грубом песчанике. Гениальный ваятель извлёк из сердцевины камня дивную голову трепетной и ласковой молодой женщины и подарил её векам, подарил её нам, своим далёким потомкам, так же как и он, взыскующим нетленной красоты.

А два года спустя я увидел во Франции, в Провансе, знаменитую мельницу писателя Альфонса Доде. Когда-то он устроил в ней своё жилище.

Очевидно, жизнь на ветряной мельнице, пропахшей мукой и старыми травами, была удивительно хороша. Особенно на нашей воронежской мельнице, а не на мельнице Альфонса Доде. Потому что Доде жил в каменной мельнице, а наша была деревянная, полная ми3 лых запахов смолы, хлеба и повилики, полная степных поветрий, света облаков, перелива жаворонков и цвиканья каких3то маленьких птичек – не то овсянок, не то корольков.

Рис. 4.23. Ветроэлектрические быстроходные агрегаты: а – советский «Беркут33»; б – американский фирмы «Роралайт»

Как работает ветряная турбина. Схема и руководство

Изучить принцип работы ветряной турбины легко, если вы сначала убедитесь, что знаете , как работает турбогенератор.

Схема ветряной турбины выше представляет собой вид сбоку ветряной турбины с горизонтальной осью с лопастями турбины слева. Большинство современных ветряных турбин построены с горизонтальной осью, подобной той, что показана на рисунке.

На рисунке также показана обычная ветряная турбина, а это означает, что для эффективной работы турбины нос и лопасти турбины должны быть обращены к ветру.

Чтобы узнать больше о том, как работают ветряные турбины, можно начать с рассмотрения приведенной выше схемы и изучения каждого компонента ветряной турбины.

Пошаговый просмотр каждой части ветряной турбины на приведенной выше схеме:

(1) Обратите внимание на рисунке, что направление ветра дует вправо и в носовую часть ветряной турбины сталкивается с ветром.

(2) Носовая часть ветряной турбины имеет аэродинамическую конструкцию и обращена к ветру.

(3) лопасти ветряной турбины крепятся к носу и ротору и начинают вращаться при достаточной скорости ветра.

(4) Главный вал турбины соединяет вращающиеся лопасти с внутренними механизмами машины. Вал турбины вращается вместе с лопастями и является механизмом, передающим вращательную/механическую энергию лопастей электрическому генератору.

(5) A тормоз устанавливается для предотвращения механических повреждений от сильного ветра и высоких скоростей вращения. Он также может останавливать турбину, когда в ней нет необходимости.

(6) Редуктор используется для увеличения скорости вращения вала турбины. Коробка передач работает как шестерня на велосипеде, когда шестерни меняются, скорость вращения тоже меняется. Затем он передает энергию вращения на вал высокоскоростной турбины и на генератор.

(7) 9Вал высокоскоростной турбины 0018 соединяет коробку передач и генератор. Высокие скорости вращения — это то, что вращает турбогенератор.

(8) Турбогенератор – это наиболее важная часть работы ветряной турбины. Турбогенератор — это то, что преобразует механическую энергию ветра в электрическую энергию, используя вращающую силу, которая передается от шестерен и вала турбины.

(9) Анемометр – устройство для измерения скорости ветра. Обычно они устанавливаются, чтобы дать контроллеру команду остановить или запустить турбину при определенных условиях скорости ветра.

(10) Контроллер устанавливается на случай, если скорость ветра достигает нежелательной скорости, анемометр может дать указание контроллеру использовать тормоз и остановить вращающиеся лопасти. Контроллер также используется для запуска вращения лопастей и ротора при низких скоростях ветра.

(11) флюгер — это прибор для измерения направления ветра. Флюгер важен для направленных вверх ветряных турбин, которые должны быть обращены к ветру, чтобы работать должным образом.

(12) Привод рыскания в механизме, который получает данные от флюгера и дает команду ветряной турбине повернуться лицом к ветру.

(13) Двигатель рыскания — это устройство, которое физически поворачивает турбину по направлению ветра или в соответствии с указаниями привода рыскания.

(14) Башня турбины содержит электропроводку, поэтому генератор может подавать электроэнергию в трансформатор или аккумулятор, который в конечном итоге будет распределять полезную электроэнергию. Башня также является важной структурной опорной системой, которая удерживает турбину высоко в воздухе, где скорость ветра более желательна.

(15) Ветряная турбина хорошо работает на открытом воздухе и при сильном ветре благодаря тому, что все компоненты установлены наверху башни турбины и безопасно размещены внутри турбины гондола . Башня и гондола ветряной турбины обычно изготавливаются из цилиндрической стали и могут поддерживаться растяжками и растяжками или стоять отдельно, используя решетчатое стоячее основание.

Опять же, на этой диаграмме показан пример ветряной турбины с горизонтальной осью, направленной против ветра, которая может быть сделана из стали и иметь высоту в несколько этажей. То, как работает ветряная турбина, требует не только отличной инженерии, но и вдумчивого анализа и стратегии, чтобы найти желаемые места с достаточной скоростью ветра.

Сколько энергии производят ветряные турбины?

В 1919 году немецкий физик Альберт Бетц обнаружил, что ни один ветряк не может физически уловить более 59,3% кинетической энергии ветра. Простой способ объяснить это состоит в том, что если бы ветряная турбина когда-либо захватывала 100% ветра, через другую сторону лопастей ветряной турбины не проходил бы ветер. Если нет ветра, проходящего с другой стороны, то, согласно физическому закону движения ветра, больше не будет места для прохождения ветра через переднюю часть ветряной турбины, что сделает ветряную турбину бесполезной. 3 )

Обратите внимание на взаимосвязь каждой переменной в уравнении и на то, как она связана с работой ветряной турбины. Площадь лопасти ротора (A) имеет прямую положительную зависимость от выходной мощности, а скорость ветра (v) имеет положительную кубическую зависимость от выходной мощности.

Количество электроэнергии, которое может генерировать ветряная турбина, в основном зависит от размера турбины, площади, охватываемой лопастями турбины, плотности воздуха и скорости ветра. Общая конструкция ветряной турбины также имеет решающее значение для того, насколько эффективно лопасти могут захватывать ветер.

Меньшие ветряные турбины, используемые для лодок, караванов или небольших машин, обычно производят от 250 Вт до 100 киловатт ветровой электроэнергии. Некоторые из самых больших ветряных турбин в мире производят около 7 мегаватт электроэнергии.

Важно помнить, что скорость ветра непостоянна, поэтому теоретическая мощность электроэнергии, которую может производить ветряная турбина, представляет собой максимальный потенциал выработки энергии, который редко достигается. Фактическая энергия, вырабатываемая ветровой турбиной, в соотношении с теоретическими ожиданиями ветряной турбины называется коэффициентом мощности.

Ветряная турбина мощностью 10 киловатт в районе со скоростью ветра около 12 миль в час будет производить около 10 киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что примерно соответствует количеству, необходимому для снабжения электроэнергией среднего домохозяйства.

Ветряная турбина мощностью 5 мегаватт может производить около 15 миллионов киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что может обеспечивать электроэнергией более 1000 домохозяйств.

Вывод: Ветряная турбина работает только тогда, когда дует ветер, и понимание того, как работает ветряная турбина, означает понимание аэродинамики ветра и лопастей, а также знание того, как турбогенератор вырабатывает электричество. По своей сути ветряная турбина работает, позволяя ветру вращать турбогенератор.

Энергия ветряной мельницы: определение, применение, работа, типы

Изучая, как энергия ветра преобразуется в другие формы энергии, вы должны быть знакомы с термином ветряная мельница. Энергия ветра известна как одна из самых чистых форм производства электроэнергии. Ветряная мельница представляет собой устройство для отбора энергии ветра с помощью парусов, закрепленных на его вращающемся валу. Эти паруса также называют лопастями или лопастями. Сегодня вы познакомитесь с определением, приложениями, компонентами, схемой, типами и работой энергии ветряных мельниц. Вы также узнаете преимущества и недостатки ветряных мельниц.

Подробнее: Знакомство с ветряной турбиной

Содержание

1 Что такое ветряная мельница?
2 Применения
3 Компоненты ветряной мельницы
- - 3,0,1 Диаграмма Ветряной мельницы:
4 Типов Windmills

4 Типов Windmills

4 Типов

4 типа

. больше о работе ветряка:

6 Преимущества и недостатки ветряка

6.1 Преимущества:
6. 2 Недостатки
6.3 Подпишитесь на нашу рассылку новостей

7 Заключение

7.1 Пожалуйста, поделитесь!

Что такое ветряная мельница?

Ветряная мельница представляет собой конструкцию, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью своих парусов и используется специально для измельчения зерна, перекачивания (ветряные насосы) и выработки электроэнергии (ветряные турбины). Многие другие приложения могут быть разработаны для использования энергии ветра. У ветряной мельницы паруса установлены под углом или слегка закручены, так что сила ветра против них делится на плоскость парусов и придает вращение. Итак,

Ветряную мельницу можно определить как машину, которая преобразует кинетическую энергию ветра в механическую энергию, поскольку все лопасти ветряной мельницы всегда вращаются по часовой стрелке. сила ветра была впервые использована моряками, которые смогли узнать подъемную силу и использовать силу ветра с помощью парусов. Эти знания привели к разработке парусного ветряка с вертикальной осью. Он использовался древними персами и китайцами для перекачивания воды и измельчения зерна.

Подробнее: Типы ветряных турбин

Применение

Как уже говорилось ранее, ветряная мельница используется для помола зерна, перекачки воды и извлечения масла из семян. Основной целью ветряных мельниц сегодня является преобразование энергии ветра в электрическую энергию, и эта электрическая энергия в дальнейшем используется для питания конечных приложений.

Компоненты ветряной мельницы

Компоненты ветряной мельницы включают лопасти, ротор, анемометр и башню.

Лопасти являются одним из основных компонентов ветряной мельницы, они регулируют работу скорости вращения ротора.
Ротор – на него ушло примерно 20% стоимости устройства, включая лопасти, преобразующие энергию ветра в низкоскоростную энергию вращения.
Генератор — ушло около 34% стоимости ветряка, включая электрогенератор, управляющую электронику и, скорее всего, редуктор (например, планетарный редуктор), привод с регулируемой скоростью или бесступенчатую трансмиссию. Эти компоненты ветряной турбины отвечают за преобразование низкоскоростного поступающего вращения в высокоскоростное вращение, подходящее для выработки электроэнергии.
Окружающая конструкция – составляет примерно 15% от стоимости ветряка, включает в себя башню и механизм рыскания ротора.
Анемометр – используется для измерения скорости ветра.

Подробнее: Понимание невозобновляемых источников энергии

Схема ветряной мельницы:

Типы ветряных мельниц

Различные типы ветряных мельниц — это ветряные мельницы с вертикальной осью и ветряные мельницы с горизонтальной осью.

Ветряная мельница панемоне — первая практическая ветряная мельница с парусами, вращающимися в горизонтальной плоскости. Подобный тип горизонтального ветряка с прямоугольными лопастями используется для орошения. Горизонтально-осевой или вертикальный ветряк обусловлен плоскостью движения его парусов. Ниже приведены четыре типа ветряных мельниц с горизонтальной осью:

Почтовая мельница
Шатровая мельница
Башенная мельница
Вентиляторная мельница

Подробнее: Понимание возобновляемых источников энергии

Принцип работы

Принцип работы ветряных мельниц несложный и понятный. Обычно ветряные мельницы проектируются с тремя лопастями после различных исследований наиболее подходящего количества лопастей. Лопасти соприкасаются с ветром, который заставляет лопасти двигаться вместе с валом. Это то, что производит энергию через генератор. Этот генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Посмотрите видео ниже, чтобы узнать больше о работе ветряной мельницы:

Преимущества и недостатки ветряных мельниц

Преимущества:

Ниже приведены преимущества ветряных мельниц в различных областях их применения:

Для ветряных мельниц с горизонтальной осью и высокой башней , база дает доступ более сильному ветру на участках со сдвигом ветра.
Высокая эффективность, так как лопасти движутся перпендикулярно ветру, получая мощность на протяжении всего оборота в HAWT.

Подробнее: Источники энергии

Для ветряков с вертикальной осью

Они производят электроэнергию при любом направлении ветра
Низкие производственные затраты по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью.
Прочная опорная башня не требуется
Простота транспортировки с одного места на другое
Низкая стоимость обслуживания.
Может устанавливаться в городских условиях.

Недостатки

Несмотря на хорошие преимущества этих типов ветряков, все же имеют место некоторые ограничения. Ниже приведены недостатки ветряков.

Для ветряков с горизонтальной осью:

Требуется конструкция массивной башни.
Такие компоненты, как редуктор, вал ротора и тормоз в сборе, поднимаются на место.
Варианты с подветренной стороны подвержены усталости и разрушению конструкции.

Для ветряков с вертикальной осью:

Эффективность очень низкая по сравнению с HAWT.
Наблюдается сильная вибрация.
Создается шумовое загрязнение.
Из-за вибрации увеличивается износ подшипников, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание.
Требуется начальный толчок для запуска.