Allt om väderkvarnar

Att veta allt om väderkvarnar, vad det är och hur det fungerar, är nödvändigt inte bara av tomgångsintresse. Enheten och beskrivningen av bladen är inte allt, du måste förstå vad kvarnarna är till för. Det räcker med att säga om väderkvarnar och deras konstruktion för el, om andra ekonomiska värden.

Kvarnarna skapades vid en tidpunkt då massodlingen av vete och andra spannmål började. Men de kunde inte omedelbart använda vindens kraft för att rotera strukturen. I forna tider vändes hjulen av slavar eller dragdjur. Senare började de skapa vattenkvarnar. Och slutligen, trots allt, fanns det redan en vindstruktur.

Trots sin uppenbara enkelhet är den i verkligheten tvärtom väldigt komplex. Det blev möjligt att skapa en sådan produkt endast när man tar hänsyn till belastningen från vinden och med rätt val av mekanismens varaktighet för en specifik uppgift. Och dessa arbetsuppgifter var väldigt mångsidiga – både att hugga ved och pumpa vatten. De tidigaste modellerna - "getter" - byggdes på samma sätt som ett trähus.

Då dök de så kallade tältkvarnarna upp som har en fast kropp, endast toppen med huvudaxeln roterar.

Sådana modeller kan driva 2 kvarnstenar och kännetecknas därför av ökad produktivitet. Bruket ansågs, vilket är typiskt, inte bara ett utilitaristiskt verktyg. Hon fick stor betydelse i myter, legender och sagor. Det fanns inga länder där sådana idéer saknades. Det fanns olika motiv för myter: människor immurerade under byggandet av stiftelsen, andar som bodde vid bruket, gömda skatter, mystiska underjordiska gångar och så vidare.

En väderkvarn fungerar eftersom luftströmmarna verkar på bladen och sätter dem i rörelse. Denna impuls går till överföringsanordningen och genom den - till den faktiska arbetsdelen av bruket. I äldre modeller utökades bladen till flera meter. Endast på detta sätt var det möjligt att öka kontaktytan med luftströmmar. Värdet väljs i enlighet med huvudfunktionen och önskad effekt.

Om kvarnen är konstruerad med de största bladen kan den mala mjöl. Detta är den enda lösningen som säkerställer effektiv vridning av tunga kvarnstenar. Designförbättringar har möjliggjorts genom utvecklingen av aerodynamiska koncept. Modern teknisk utveckling gör det möjligt att ge ett bra resultat även med en relativt blygsam vindkontaktyta.

Omedelbart bakom bladen i kretsen finns en växellåda eller annan transmissionsmekanism. I vissa modeller visade det sig vara en axel som bladen var monterade på. Den andra änden av axeln var utrustad med ett verktyg (montage) som utförde arbetet. Denna design övergavs dock gradvis, trots sin enkelhet.

Växellådsversionen visade sig vara mycket mer effektiv och elegant. Växellådor omvandlar impulsen från de snurrande bladen till nyttigt arbete. Och det är värt att koppla bort växellådans delar, du kan snabbt sluta arbeta. Därför snurrar mekanismen inte förgäves, och till och med en kraftig ökning av vinden är inte så skrämmande. Viktigt: nu används kvarnar uteslutande för el.

Men även utseendet på de första bruken var en verklig revolution inom tekniken. Självklart, idag 5 - 10 liter. med. på vingen verkar vara en helt "barnslig" storlek. Men i en tid då det inte bara fanns motorskotrar, utan också flera århundraden före ånglok, visade sig detta vara en enorm prestation. Under XI-XIII århundraden fick människan makt till sitt förfogande, vilket var otillgängligt under den tidigare eran. Ekonomins kraftförsörjning ökade omedelbart avsevärt, och därför blev det i många avseenden möjligt att ta fart i den europeiska ekonomin under den perioden.

Det är mest bekvämt att jämföra en väderkvarn med en vattenanalog. Vattenstrukturen har en lång historia och är oberoende av vindförändringar. Vattenströmmarna är mycket mer stabila. Du kan också använda kraften från ebb och flod som är helt otillgänglig för ett vindkraftverk. Dessa omständigheter ledde till att förekomsten av vattenkvarnar var många gånger högre i alla delstater under medeltiden.

Vindkraften för att mala spannmål, som redan nämnts, började appliceras senare. Denna lösning medförde dessutom betydande merkostnader. Men i Holland på 1400-talet, och särskilt från början av 1600-talet, uppskattades andra fördelar med väderkvarnar. De sköt kedjor med slevar som tog bort grundvattnet. Utan denna innovation hade det varit omöjligt att utveckla en betydande del av det moderna Nederländernas territorium.

I Holland blev väderkvarnar populära av en annan anledning. - det blåser västliga vindar nästan oavbrutet och transporterar luft från Atlanten mot Östersjön. Därför var det inga speciella problem både med orienteringen av bladen och med användningen av teknik. Nuförtiden är det mest lämpligt att jämföra väderkvarnar med vattenkvarnar inte när det gäller kvalitet och spannmålsmalningsförmåga, utan när det gäller lämplighet för kraftgenerering. Strömförsörjningens stabilitet minskar, kostnaden för nätverksenergi stiger, och därför är det så viktigt att välja den typ som passar dig.

Vindkraftsparker drivs av praktiskt taget oändliga resurser. Så länge jorden har en atmosfär och solen lyser upp planeten kommer vindarna inte att sluta. Sådana enheter förorenar inte miljön eftersom de, till skillnad från diesel- och bensinsystem, inte avger giftiga ämnen. Det är dock omöjligt att kalla ett vindkraftverk helt miljövänligt, eftersom det skapar mycket buller, och i ett antal länder lägger man till och med lagliga restriktioner på det. Slutligen kan väderkvarnen inte fungera normalt under fågelvandringssäsonger.

I Ryssland finns det inga buller- eller kalenderbegränsningar ännu. Men de kan dyka upp när som helst. Och en vindkraftspark – både en modern väderkvarn och en klassisk kvarn – kan i alla fall inte ligga i omedelbar närhet av bostäder. Dessutom bestäms den verkliga effektiviteten av årstid, tid på dygnet, väder, terräng; allt detta påverkar direkt luftflödet och effektiviteten av dess applicering.

En annan nackdel med vindkraftsparken är den redan noterade vindinstabiliteten. Användningen av batterier löser delvis detta problem, men komplicerar samtidigt systemet och gör det dyrare. Ibland är det också nödvändigt att ytterligare använda andra energikällor. Men väderkvarnen installeras snabbt - med hänsyn till beredningen av platsen tar det inte mer än 10-14 dagar. Det krävs mycket utrymme för en sådan installation, särskilt med tanke på bladens spännvidd och det utrymme som bör vara ledigt av säkerhetsskäl.

Väderkvarnar av mjölmalningsproduktion arbetade med 1 eller 2 kvarnstenar. Att vända sig mot vinden sker på två sätt - med portal och höft. Gantrytekniken gör att hela kvarnen roteras helt runt ekstolpen. Denna pelare var monterad i tyngdpunkten och inte symmetriskt mot kroppen. Att vända sig till vinden förbrukade mycket energi och var därför mycket svårt.

Traditionellt har portalkvarnar utrustats med en enstegs mekanisk transmission. Hon vred effektivt axeltappen. Även Bockkvarnen tillverkades enligt portalmetoden. Ett mer perfekt alternativ är ett tält (alias holländskt) system. I den övre delen var byggnaden försedd med en gungram som stödde hjulet och kröntes med valmtak.

På grund av den lätta konstruktionen sker vändning mot vinden med mycket mindre ansträngning. Vindhjulet kunde ha ett mycket stort tvärsnitt, eftersom det höjdes till stor höjd. I de flesta fall var tältkvarnen utrustad med en tvåstegs transmission. Den mellanliggande strukturen är av en kvarn av kogertyp. I den var vändcirkeln belägen på en höjd av 0,5 av kroppen, en viktig underart är en dräneringskvarn.

Väderkvarnens hastighet har tidigare begränsats av kraften hos transmissionsanordningen. Restriktioner förknippades med trähjulskuggar och tarsus. Som ett resultat är det omöjligt att öka användningskoefficienten för vindenergi (effektivitet). Själva tänderna och skaften för dem gjordes enligt en mall av högkvalitativt torrt trä. Lämplig för detta ändamål:

• akacia;
• Björk;
• avenbok;
• alm;
• lönn.

Hjulfälgen på huvudaxeln var gjord av björk eller alm. Skivorna lades ut i två lager. Utanför var fälgen försiktigt trimmad i en cirkel; bultar användes för att hålla ekrarna. Samma bultar hjälpte till att dra åt skivorna. Huvuduppmärksamheten för att förbättra designen ägnades åt utförandet av vingarna.

I ganska gamla kvarnar var vinggallren täckta med duk. Men senare utfördes samma funktion framgångsrikt av styrelser. Man fann också att granplankor passade bättre. Ursprungligen skapades vingarna med en konstant kilvinkel på bladet, som varierade från 14 till 15 grader. Det är ganska enkelt att göra dem, men för mycket vindenergi gick till spillo.

Användningen av ett spiralformat blad gjorde det möjligt att öka effektiviteten upp till 50% jämfört med den äldre versionen. Den variabla kilvinkeln i spetsen varierade från 1 till 10 och vid basen från 16 till 30 grader. Ett av de modernaste alternativen är med en semi-strömlinjeformad profil. Mot slutet av tältkvarnarnas period byggdes de nästan uteslutande av sten. I vissa fall var givetvis vindsystemet kopplat till en vattenpump, vilket gjorde det möjligt att bevattna marken.

I den tidigaste typen av sådana strukturer, som i mjölkvarnar, var det möjligt att minska vingytan genom att delvis ta bort seglet eller öppna persiennerna. Denna lösning gjorde det möjligt att förhindra skador även vid ökad vind. Men fortfarande fanns problemet med ett låghastighetsvindkraftverk med ett stort antal blad eller med en stor vingbredd. Anledningen är ganska uppenbar - det är ett mycket allvarligt, frustrerande ögonblick. Lösningen hittades av det tyska företaget Kester, som tillverkade Adler-vindhjulet med ett minimum av blad och ett betydande avstånd mellan dem; denna design hade redan en medelhastighet.

Ännu mer avancerade konstruktioner på vingarnas sugsida var utrustade med specialventiler. Därför skedde justeringen automatiskt, vilket säkerställde högsta möjliga prestanda. I arbetstillståndet tillhandahölls kvarhållningen av ventilerna av en fjäder. Allt designades så att på grund av dessa ventiler, även med aktiv rörelse, fanns det inget starkt motstånd. Om den inställda hastigheten överskreds på grund av centrifugalkraften vreds ventilerna.

Samtidigt ökade motståndet mot luftflödet, det användes mycket mindre smidigt och inte lika effektivt som vanligt. Men normalt gick det att minska spänningsmomentet. Under 1700- och 1800-talen användes väderkvarnar redan över hela planeten. De upphörde att tillverkas med halvhantverksmetoder, de började tillverka flerbladiga vindmotorer av metall på fabriker. I slutet av 1800-talet saknade endast ett fåtal modeller funktionerna automatisk justering av torsionshastigheten och styv fixering av hjulet i motorns riktning.

I industrialiserade länder tillverkades redan hundratusentals anläggningar för kvarnar om året.... Produktionen av förbättrade ekonomiska modeller, designade främst för att generera el, har också påbörjats. Effekten hos sådana system är relativt låg, vanligtvis inte över 1 kW, oftast var det tänkt att vara utrustad med hjul med 2-3 skovelblad. Anslutningen till generatorn sker genom en reducering. För att lagra energi i sådana system användes batterier med liten och medelstor kapacitet.

Det finns ett antal nyanser att tänka på för att bygga en kvarn.

Det är viktigt att överväga bladens rotation. Därför bör det inte finnas några främmande byggnader och strukturer i närheten. Det är lämpligt att välja ett plant område, annars kan byggnaden bli sned. Platsen är rensad från all växtlighet och andra störande saker. De tar också hänsyn till hur allt kommer att se ut externt.

Du kan till och med bygga en väderkvarn av plywood, slitstark plast eller metall. Ingen förbjuder också att kombinera dem. Men ändå är det klassiska tillvägagångssättet optimalt anpassat till användningen av en träskiva, timmer, plywood. Polyeten används för vattentätning och takmaterial för taket. Det är därför vi behöver även hammare och spikar, borrar, sågar och andra verktyg för träbyggen: hyvlar, vinkelslipar, skopor och borstar.

Trots dekorativiteten hos de flesta väderkvarnar, innebär konstruktionsschemat fortfarande förberedelse av grunden. Att gräva ett hål och hälla murbruk är valfritt. Det räcker med att använda layouten på en bar eller stockar. Vanligtvis är designen nära en trapets i form. De inre och yttre ramarna är sammankopplade med hjälp av vertikala stolpar placerade i en given vinkel.

När du täcker strukturen, var uppmärksam på öppningarna av fönster och dörrar. Bladets monteringspunkt är också kritisk. Dörrar installeras med extra fästelement. Balkar med blad kan förstärkas med en stång. Klädsel är möjligt med vilket material som helst som ger en hermetiskt tillsluten yta, det mest färgstarka är trä.

Takform väljs individuellt. Smidig och rak täckning är inte sämre än en vinkeluppsättning. Ett lager av takmaterial ger tillräcklig vattentätning. Det främre taket erhålls med brädor eller plywood. Det finns ingen anledning att använda mer dekorativa ytbehandlingar.

Kvarnen bör placeras på ett torrt, förberett område. Ankare används vid behov för att säkerställa förankringens styvhet. Se till att kolla med lagar och förordningar för att inte få problem. I alla fall följs även rekommendationerna för elsäkerhet och jordning. Det är nödvändigt att ansluta generatorn genom ledningar av en viss sektion och i "gata" isolering.

Rhodos kvarnar, som ligger nära hamnen i Mandrnaki, krossade spannmål under mycket lång tid, som levererades direkt till hamnen sjövägen. Till en början fanns det 13 av dem, enligt andra källor - 14. Men endast 3 har överlevt till vår tid och är bevarade som monument. På Öland är situationen ungefär densamma – istället för 2 000 kvarnar överlevde bara 355. De monterades ner i början av förra seklet, eftersom behovet försvann, lyckligtvis överlevde de vackraste byggnaderna.

Också värt att notera:

• Zaanse Schans (norr om Amsterdam);

• kvarnarna på Mykonos öar;

• staden Consuegra;

• nätverket Kinderdijks bruk;

• väderkvarnar i iranska Nashtifan.