Ветряная мельница

редактировать
Машина, преобразующая энергию ветра в энергию вращения [nl ] ветряная мельница в Утрехте, Нидерланды. Ветряная мельница Джеймса Корвита, Водяная мельница, Нью-Йорк

A ветряная мельница - это конструкция, которая преобразует энергию ветра в энергию вращения с помощью лопастей, называемых паруса или лопасти, в частности, для измельчения зерна (мельницы ), но этот термин также распространяется на ветряные насосы, ветряные турбины и другие приложения. Ветряные мельницы использовались в периоды высокого средневековья и раннего Нового времени; горизонтальная или ветряная мельница панемоне впервые появилась в Большом Иране в 9 веке, вертикальная ветряная мельница в северо-западной Европе в 12 веке.

Содержание

  • 1 Предтечи
  • 2 Горизонтальные ветряные мельницы
  • 3 Вертикальные ветряные мельницы
    • 3.1 Столбовая мельница
      • 3.1.1 Пустотелая мельница
    • 3.2 Башенная мельница
    • 3.3 Шатровая мельница
  • 4 Механика
    • 4.1 Паруса
    • 4.2 Машины
  • 5 Распространение и снижение
  • 6 Ветровые турбины
  • 7 Ветряные насосы
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Дополнительная литература
  • 11 Внешние ссылки

Forerunners

Реконструкция 19 века Герона ветряного органа описание.

Герой Александрии (Герон) в I веке Римский Египет описал то, что похоже на ветряное колесо для привода машины. Его описание ветряного органа - это не практическая ветряная мельница, а либо ранняя ветряная игрушка, либо концепция конструкции ветряной машины, которая могла быть или не быть рабочим устройством., так как есть двусмысленность в тексте и проблемы с дизайном. Еще одним ранним примером ветряного колеса было молитвенное колесо, которое, как полагают, впервые было использовано в Тибете и Китае, хотя дата его первого появления, которая могла быть около 400 г., VII век или после IX века.

Горизонтальные ветряные мельницы

Персидская горизонтальная ветряная мельница, первая практическая ветряная мельница. Мельница Хупера, Маргейт, Кент, европейская горизонтальная ветряная мельница восемнадцатого века

Первыми практическими ветряными мельницами были ветряные мельницы панемоне, использующие паруса, которые вращались в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси. Эти ветряные мельницы, сделанные из шести-двенадцати парусов, покрытых тростниковой циновкой или тканевым материалом, использовались для измельчения зерна или забора воды. Эти ветряные мельницы записаны персидским географом Эстахри в 9 веке как действующие в Хорасане (Восточный Иран и Западный Афганистан). Подлинность более раннего анекдота о ветряной мельнице с участием халифа 7-го века Умара (634–644) подвергается сомнению на том основании, что он был записан только в 10 веке. Такие ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и в Центральной Азии, а затем распространились оттуда в Европу, Китай и Индию. К XI веку ветряная мельница с вертикальной осью достигла некоторых частей Южной Европы, включая Пиренейский полуостров (через Аль-Андалус ) и Эгейское море ( на Балканах ). Подобный тип горизонтальной ветряной мельницы с прямоугольными лопастями, использовавшейся для орошения, также можно найти в Китае XIII века (во время династии Чжурчжэнь Цзинь на севере), представленной во время путешествий Елю Чукаи. - Туркестан в 1219 году.

Ветряные мельницы с вертикальной осью были построены в небольшом количестве в Европе в 18-19 веках, например Фаулерова мельница в Баттерси в Лондоне и Хуперс Милл в Маргейт в Кенте. На эти ранние современные образцы, похоже, не повлияло прямое влияние ветряных мельниц с вертикальной осью средневековья, но они были самостоятельными изобретениями инженеров 18 века.

Вертикальные ветряные мельницы

Горизонтальные - ось или вертикальная ветряная мельница (так называемая из-за плоскости движения парусов) - это разработка XII века, впервые использованная в северо-западной Европе, в треугольнике север Франции, восток Англия и Фландрия. Неясно, повлияло ли на вертикальную ветряную мельницу появление горизонтальной ветряной мельницы в Южной Европе в предыдущем столетии.

Самое раннее достоверное упоминание ветряной мельницы в Северной Европе (предположительно, относится к вертикальному типу) датируется 1185 годом, в бывшей деревне Уидли в Йоркшире, которая была расположена на южной оконечности Уолда с видом на устье Хамбера. Также был обнаружен ряд более ранних, но менее достоверно датированных европейских источников XII века, относящихся к ветряным мельницам. Эти самые ранние мельницы использовались для измельчения зерновых.

Почтовая мельница

В настоящее время есть свидетельства того, что самым ранним типом европейской ветряной мельницы была мельница для столбов, названная так из-за большой вертикальной стойки, на которой Основная структура мельницы («корпус» или «бак») сбалансирована. При такой установке корпуса мельница может вращаться против ветра; важное требование к ветряным мельницам для рентабельной работы в северо-западной Европе, где направления ветра изменчивы. В кузове размещено все фрезерное оборудование. Первые столбовые мельницы были затонувшего типа, где столб был закопан в земляной вал, чтобы поддерживать его. Позже была разработана деревянная опора - эстакада. Его часто накрывали или окружали навесом, чтобы защитить эстакаду от погодных условий и обеспечить место для хранения. Этот тип ветряных мельниц был наиболее распространен в Европе до 19 века, когда их заменили более мощные башенные и шатровые мельницы.

Мельница для пустотелых столбов

В стане с полыми столбами стойка, на которой установлен корпус, имеет полую часть для размещения приводного вала. Это позволяет управлять механизмами ниже или снаружи тела, сохраняя при этом возможность вращать корпус против ветра. Приводные ковшовые колеса фрез с полыми столбами использовались в Нидерландах для осушения водно-болотных угодий с 14 века и далее.

Башенная мельница

Башенные мельницы в Консуэгра, Испания

К концу 13 века появилась каменная башенная мельница, на которой вращается только колпак, а не весь корпус мельницы. Распространение башенных мельниц сопровождалось ростом экономики, которая требовала более крупных и стабильных источников энергии, хотя их строительство было дороже. В отличие от стоечной мельницы, только верхнюю часть башенной мельницы нужно повернуть против ветра, поэтому основную конструкцию можно сделать намного выше, что позволит сделать паруса длиннее, что позволяет им выполнять полезную работу даже при низких температурах. ветры. Крышку можно повернуть против ветра либо с помощью лебедки, либо зацепления внутри крышки, либо от лебедки на хвостовой стойке за пределами мельницы. Метод автоматического удержания крышки и парусов против ветра заключается в использовании веерного хвоста, небольшой ветряной мельницы, установленной под прямым углом к ​​парусам, в задней части мельницы. Они также устанавливаются на хвостовые опоры почтовых мельниц и распространены в Великобритании и англоязычных странах бывшей Британской империи, Дании и Германии, но редко в других местах. В некоторых частях Средиземного моря были построены башенные мельницы с фиксированными крышками, потому что большую часть времени направление ветра мало менялось.

Шатровая мельница

Две шатровые мельницы со ступенью в Greetsiel, Германия

Шатровая мельница - это более поздняя разработка башенной мельницы, где каменная башня заменена деревянным каркасом, называемым «шатер», который покрыт соломой, доской или покрытые другими материалами, такими как шифер, листовой металл или гудрон. Рубашка обычно имеет восьмиугольную форму, хотя есть примеры с разным количеством сторон. Более легкий, чем башенные мельницы, делает шатровые мельницы практичными в качестве дренажных мельниц, которые часто приходилось строить в районах с неустойчивым грунтом. Шатровые мельницы возникли для дренажа, но используются и для других целей. При использовании в застроенной территории его часто кладут на каменную основу, чтобы поднять его над окружающими зданиями.

Механика

Паруса

Ветряная мельница в Куремаа, Эстония

Обычные паруса состоят из решетчатого каркаса, на который расстелена парусина. Фрезер может регулировать количество расстилаемой ткани в зависимости от ветра и необходимой мощности. В средневековых мельницах парусина наматывалась на паруса лестничного типа. Более поздние мельничные паруса имели решетчатый каркас, поверх которого расстилалась парусина, в то время как в более холодном климате ткань заменяли деревянными планками, с которыми было легче обращаться в морозных условиях. Парус кливера обычно встречается в странах Средиземноморья и состоит из простого треугольника ткани, намотанного на лонжерон.

Во всех случаях мельница должна быть остановлена, чтобы отрегулировать паруса. Изобретения в Великобритании в конце восемнадцатого и девятнадцатого веков привели к появлению парусов, которые автоматически подстраиваются под скорость ветра без необходимости вмешательства мельника, что привело к появлению патентованных парусов, изобретенных Уильямом Кубиттом в 1807 году. ткань заменяется механизмом соединенных створок.

Во Франции изобрели систему, состоящую из продольных деревянных реек, соединенных механизмом, позволяющим фрезеру открывать их во время вращения мельницы. В двадцатом веке расширение знаний об аэродинамике в результате разработки самолета привело к дальнейшему повышению эффективности немецким инженером Билау и несколькими голландскими монтажниками. У большинства ветряных мельниц четыре паруса. Многопарусные мельницы с пятью, шестью или восемью парусами были построены в Великобритании (особенно в графствах Линкольншир и Йоркшир и его окрестностях), Германии и реже в других местах. Ранее многопарковые мельницы находились в Испании, Португалии, Греции, некоторых частях Румынии, Болгарии и России. Преимущество мельницы с четным числом парусов состоит в том, что она может работать с поврежденным парусом, удалив как поврежденный, так и противоположный парус, что не выводит мельницу из равновесия.

Де Валк ветряная мельница в траурном положении после смерти королевы Нидерландов Вильгельмины в 1962 году

В Нидерландах неподвижное положение парусов, то есть когда мельница не работает, долгое время использовалось для подачи сигналов. Если лопасти остановлены знаком «+» (3-6-9-12 часов), мельница открыта для работы. Когда лопасти остановлены в конфигурации «X», ветряная мельница закрыта или не работает. Небольшой наклон парусов (верхняя лопасть в положении «1 час») сигнализирует о радостях, например о рождении здорового ребенка. Наклон лопастей на 11-2-5-8 часов сигнализирует о трауре или предупреждении. Он использовался для обозначения местного региона во время нацистских операций во время Второй мировой войны, таких как поиск евреев. В Нидерландах ветряные мельницы были размещены в траурных позах в честь голландских жертв авиалайнера в 2014 г. сбития рейса 17 Malaysian Airlines.

Машины

Механизмы внутри ветряной мельницы передают энергию от вращательного движения парусов к механическому устройству. Паруса держатся на горизонтальном валу. Windshafts может быть полностью изготовлен из дерева, или дерева с концом чугуна опроса (где установлены паруса) или целиком из чугуна. Тормозное колесо устанавливается на валу между передним и задним подшипником. Он имеет тормоз вокруг внешней стороны обода и зубья на боковой стороне обода, которые приводят в движение горизонтальное зубчатое колесо, называемое валлоувером, на верхнем конце вертикального вертикального вала. В мельницах большое прямозубое колесо, опускающееся по вертикальному валу, приводит в движение одну или несколько каменных гаек на валах, приводящих в движение каждый жернов. Столбовые мельницы иногда имеют головное и / или хвостовое колесо, приводящее непосредственно в движение каменные гайки, вместо цилиндрической шестерни. Дополнительные шестерни приводят в движение подъемник для мешков или другое оборудование. Оборудование отличается, если ветряная мельница используется не для измельчения зерна. дренажная мельница использует другой набор зубчатых колес на нижнем конце вертикального вала для приведения в движение ковшового колеса или винта Архимеда. Лесопильные заводы используют коленчатый вал для обеспечения возвратно-поступательного движения пил. Ветряные мельницы использовались для питания многих других промышленных процессов, в том числе бумажных фабрик, молотильных мельниц, а также для обработки масличных семян, шерсти, красок и изделий из камня.

распространение и снижение

ветряная мельница в Уэльсе, Соединенное Королевство. 1815. Дон Кихот поражен ветряной мельницей, иллюстрация Поля Гюстава Луи Кристофа Доре. Нефтяная мельница Де Зокер, красочная мельница Де Кат и палтрок лесопилка De Gekroonde Poelenburg в Заансе Сханс

В 14 веке ветряные мельницы стали популярны в Европе; общее количество ветряных мельниц, по оценкам, составляло около 200 000 на пике в 1850 году, что немного по сравнению с примерно 500 000 водяных колес. Ветряные мельницы применялись в регионах, где было мало воды, где реки замерзают зимой, и на равнинах, где течение реки было слишком медленным, чтобы обеспечить необходимую мощность. С наступлением промышленной революции важность ветра и воды как основных промышленных источников энергии снизилась, и в конечном итоге они были заменены паром (в паровых мельницах ) и внутренними двигатели внутреннего сгорания, хотя ветряные мельницы продолжали строиться в большом количестве до конца девятнадцатого века. Совсем недавно ветряные мельницы были сохранены за их историческую ценность, в некоторых случаях как статичные экспонаты, когда старинное оборудование слишком хрупкое, чтобы привести его в движение, а в других случаях как полностью работающие мельницы.

Из 10 000 ветряных мельниц в в Нидерландах около 1850 г., около 1000 все еще стоят. Большинство из них находится в ведении добровольцев, хотя некоторые мельницы по-прежнему работают на коммерческой основе. Многие дренажные мельницы были назначены в качестве резервных для современных насосных станций. Считается, что Заан был первым промышленно развитым регионом мира, где к концу восемнадцатого века работало около 600 ветроэнергетических предприятий. Экономические колебания и промышленная революция оказали гораздо большее влияние на эти отрасли, чем на зерновые и дренажные мельницы, поэтому осталось очень мало.

Строительство мельниц распространилось на Капскую колонию в семнадцатом веке. Ранние башенные мельницы не пережили штормов полуострова Кейп, поэтому в 1717 году Херен XVII послали плотников, каменщиков и материалы для строительства прочной мельницы. Мельница, построенная в 1718 году, стала известна как Ауд Молен и располагалась между станцией Пайнлендс и Черной рекой. Давным-давно снесенный, он продолжает жить как техническое училище в Pinelands. К 1863 году в Кейптауне было 11 мельниц, простирающихся от Паарден Эйланд до Моубрея.

Ветряные турбины

Группа ветряных турбин в Чжанцзякоу, Хэбэй, Китай

A ветряная турбина представляет собой подобную ветряной мельнице конструкцию, специально разработанную для выработки электроэнергии. Их можно рассматривать как следующий шаг в развитии ветряной мельницы. Первые ветряные турбины были построены к концу девятнадцатого века профессором Джеймсом Блайтом в Шотландии (1887), Чарльзом Ф. Браш в Кливленде., Огайо (1887–1888) и Пол ла Кур в Дании (1890-е). Мельница Ла Кур с 1896 года впоследствии стала местной электростанцией села Асков. К 1908 году в Дании было 72 ветряных электрогенератора мощностью от 5 до 25 кВт. К 1930-м годам ветряные мельницы широко использовались для выработки электроэнергии на фермах в Соединенных Штатах, где системы распределения еще не были установлены, и были построены такими компаниями, как Jacobs Wind, Wincharger, Miller Airlite, Universal Aeroelectric, Париж- Данн, авиакомпания и Winpower. Корпорация Dunlite производила турбины для аналогичных мест в Австралии.

Три ветряные турбины во время шторма

Предшественниками современных горизонтально-осевых ветряных генераторов были WIME-3D, находящиеся на вооружении в Балаклаве СССР с 1931 по 1942 год, генератор мощностью 100 кВт на 30-метровой башне, ветряная турбина Смита – Патнэма, построенная в 1941 году на горе, известной как Дедушкина ручка. в Каслтоне, Вермонт, США, мощностью 1,25 МВт и ветряных турбинах НАСА, разработанных с 1974 по середину 1980-х годов. При разработке этих 13 экспериментальных ветряных турбин были впервые использованы многие из технологий конструкции ветряных турбин, используемых сегодня, в том числе: башни из стальных труб, генераторы с регулируемой скоростью, композитные материалы лопастей, а также управление шагом частичного пролета. как возможности аэродинамического, структурного и акустического проектирования. Современная ветроэнергетика началась в 1979 году с серийного производства ветряных турбин датскими производителями Kuriant, Vestas, Nordtank и Bonus. Эти первые турбины были небольшими по сегодняшним меркам, мощностью 20–30 кВт каждая. С тех пор коммерческие турбины значительно увеличились в размерах: Enercon E-126 способен выдавать до 7 МВт, в то время как производство ветряных турбин расширилось во многих странах.

Как 21-е число. В начале века растущие опасения по поводу энергетической безопасности, глобального потепления и возможного истощения ископаемого топлива привели к росту интереса ко всем доступным формам возобновляемой энергии. энергия. По всему миру в настоящее время работают тысячи ветряных турбин с общей мощностью паспортной мощности 591 ГВт по состоянию на 2018 год.

Windpumps

Aermotor -style windpump в Южная Дакота, США

Ветряные насосы использовались для перекачивания воды по крайней мере с 9 века на территории нынешних Афганистана, Ирана и Пакистана. Использование ветряных насосов стало широко распространенным в мусульманском мире, а позже распространилось на Восточную Азию (Китай ) и Южную Азию (Индия ). Позднее ветряные мельницы широко использовались в Европе, особенно в Нидерландах и Восточной Англии области Великобритании, начиная с конца средневековья и далее, чтобы осушить землю для сельскохозяйственных или строительных целей.

Американская ветряная мельница, или ветряная машина, была изобретена Дэниелом Халладей в 1854 году и использовалась в основном для подъема воды из колодцев. Более крупные версии также использовались для таких задач, как распиловка древесины, рубка сена, лущение и измельчение зерна. В ранней Калифорнии и некоторых других штатах ветряная мельница была частью автономной системы водоснабжения, которая включала выкопанный вручную колодец и деревянную водонапорную башню, поддерживающую резервуар из красного дерева, обнесенный деревянной обшивкой, известной как резервуар. В конце 19 века стальные лопасти и стальные башни заменили деревянную конструкцию. На пике своего развития в 1930 году использовалось около 600 000 единиц. Такие фирмы, как US Wind Engine and Pump Company, Challenge Wind Mill and Feed Mill Company, Appleton Manufacturing Company, Star, Eclipse, Fairbanks-Morse, Dempster Mill Manufacturing Company и Aermotor стали основными поставщиками в Северной и Южной Америке. Эти ветряные насосы широко используются на фермах и ранчо в США, Канаде, Южной Африке и Австралии. У них большое количество лопастей, поэтому они медленно вращаются со значительным крутящим моментом при слабом ветре и саморегулируются при сильном ветре. Коробка передач с верхней частью башни и коленчатый вал преобразуют вращательное движение в возвратно-поступательные ходы, передаваемые вниз через шток к цилиндру насоса ниже. Такие мельницы перекачивали воду и приводили в действие комбикормовые заводы, лесопилки и сельскохозяйственную технику.

В Австралии братья Гриффитс в Тувумба производили ветряные мельницы американского образца с 1876 года, с торговым названием Southern Cross Windmills, использовавшиеся с 1903 года. Они стали символом австралийского сельского сектора. за счет использования воды Большого Артезианского бассейна. Другим известным производителем является Metters Ltd. из Аделаида, Перт и Сидней.

См. Также

  • значок Портал возобновляемой энергии
  • значок Портал ветроэнергетики

Ссылки

Дополнительная литература

  • R. Грегори, Промышленная ветряная мельница в Великобритании. Филлимор, 2005
  • Ваулс, Хью Пембрук : «Исследование происхождения ветряной мельницы», Журнал Общества Ньюкомен, Том. 11 (1930–31)

Внешние ссылки

Викиисточник содержит текст Справочной работы нового студента статьи «Ветряная мельница ".
Викискладе есть материалы, связанные с по Ветряные мельницы.
Последняя правка сделана 2021-06-21 10:38:40
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте