4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы ветряной мельницы

Принцип работы ветрогенератора

В упрощенном виде принцип работы ветрогенератора можно представить следующим образом.

Сила ветра приводит в движение лопасти, которые через специальный привод заставляют вращаться ротор. Благодаря наличию статорной обмотки, механическая энергия превращается в электрический ток. Аэродинамические особенности винтов позволяют быстро крутить турбину генератора.

Принцип работы

Дальше сила вращения преобразуются в электричество, которое аккумулируется в батарее. Чем сильнее поток воздуха, тем быстрее крутятся лопасти, производя больше энергии. Поскольку работа ветрогенератора основана на максимальном использовании альтернативного источника энергии, одна сторона лопастей имеет закругленную форму, вторая – относительно ровная. Когда воздушный поток проходит по закругленной стороне, создается участок вакуума. Это засасывает лопасть, уводя её в сторону. При этом создается энергия, которая и заставляет раскручиваться лопасти.

Схема работы ветрогенератора: показан принцип преобразования энергии ветра и действия внутренних механизмов

Во время своих поворотов винты также вращают ось, соединённую с генераторным ротором. Когда двенадцать магнитиков, закреплённых на роторе, вращаются в статоре, создаётся переменный электрический ток, имеющий такую же частоту, как и в обычных комнатных розетках. Это основной принцип того, как работает ветрогенератор. Переменный ток легко вырабатывать и передавать на большие расстояния, но невозможно аккумулировать.

Принципиальная схема ветрогенератора

Для этого его нужно преобразовать в постоянный ток. Такую работу выполняет электронная цепь внутри турбины. Чтобы получить большое количество электроэнергии, изготавливаются промышленные установки. Ветровой парк обычно состоит из нескольких десятков установок. Благодаря использованию такого устройства дома, можно получить существенное снижение расходов на электроэнергию. Принцип действия ветрогенераторов позволяет применять их в таких вариантах:

  • для автономной работы;
  • параллельно с резервным аккумулятором;
  • вместе с солнечными батареями;
  • параллельно с дизельным или бензиновым генератором.

Если поток воздуха движется со скоростью 45 км/час, турбина вырабатывает 400 Вт электроэнергии. Этого хватает для освещения дачного участка. Данную мощность можно накапливать, собирая её в аккумуляторе.

Специальное устройство управляет зарядкой аккумуляторной батареи. По мере уменьшения заряда вращение лопастей замедляется. При полной разрядке батареи лопасти снова начинают вращаться. Таким способом зарядка поддерживается на определённом уровне. Чем сильнее воздушный поток, тем больше электроэнергии может произвести турбина.

Система торможения вращения лопастей

Чтобы установка не вышла из строя при сильном напоре воздуха, она снабжена специальной системой торможения. Если раньше движущиеся магниты индуцировали ток в обмотках, то теперь данная сила используется для остановки вращающихся магнитов. Для этого создается короткое замыкание, при котором замедляется движение ротора. Возникающее противодействие замедляет вращение магнитов.

Конструкция ветрогенератора и узлов

При ветре больше 50 км/час тормоза автоматически замедляют вращение ротора. Если скорость движения воздуха доходит до 80 км/час, тормозная система полностью останавливает лопасти. Все части турбины сконструированы так, чтобы максимально использовалась воздушная энергия. Когда ветер дует, лопасти вращаются, и генератор преобразует их движение в электричество. Совершая двойное преобразование энергии, турбина производит электричество из обычного перемещения воздушных масс.

Внешне ветрогенератор напоминает флюгер — направлен в ту сторону, откуда дует ветер

Данное устройство весьма полезно не только в каких-то экстремальных условиях, но и в обычной повседневной жизни. Довольно часто системы ветрогенераторов применяются на дачах или в тех населенных пунктах, где регулярно бывают перебои с подачей электроэнергии. Самостоятельно сделанный автономный источник электричества имеет такие преимущества:

  • установка экологически чистая;
  • отсутствует потребность её заправки топливом;
  • не накапливаются какие-либо отходы;
  • устройство работает очень тихо;
  • имеет большой срок эксплуатации.

Все ветрогенераторы работают по одинаковой схеме. Сначала полученное от давления ветра переменное напряжение преобразуется в постоянный ток. Благодаря этому заряжается аккумулятор. Затем инвертором снова производится переменный ток. Это нужно для того, чтобы светились лампочки; работал холодильник, телевизор и т. д. Благодаря аккумуляторной батарее, можно пользоваться электроприборами в безветренную погоду. Кроме того, во время сильных порывов ветра напряжение в сети остаётся стабильным.

Увеличение мощности установки

Конструкцию некоторых ветрогенераторов имеет ветровой датчик. Он собирает данные о направлении и скорости воздушного потока. Генератор ветряка не может выдать больше номинальной мощности, однако, в любое оборудование заложен запас он может составлять от 10-30% от расчетных. На этот «запас» рассчитывать не стоит, так как программно и конструктивно в ветрогенератор заложена защита от перегрузок.

Увеличить мощность ветроустановки можно с помощью системы резервирования электроэнергии на базе аккумуляторных батарей.

Выходная мощность (кВт) ветрогенератора определяется мощностью инвертора. Исходя из выдаваемых киловатт, можно определиться с максимальным количеством подключаемых электроприборов. Чтобы увеличить выходную мощность установки, необходимо параллельно подключить несколько инверторов.

Для трехфазных схемы электропитания необходимо установить по инвертору на каждую фазу.

Если мощности на фазе недостаточно, увеличивают количество инверторов, если это предусмотрено производителем. При отсутствии ветра продолжительность подачи электроэнергии прекращается. Генерации энергии не происходит, поэтому к ветрогенератору подключают накопители энергии, смотрите схему ниже.

Схема увеличения мощности и емкости ветрогенератора

Накопитель энергии состоит из связки инвертор-батарея. О батареях вы можете прочитать в этой рубрике, а о накопителях в этой. Увеличение ёмкости аккумуляторных батарей увеличивает запас хранимой энергии, но и длительность зарядки. Скорость зарядки аккумулятора зависит от мощности генератора и количества инверторов, которые тоже могут пропустить через себя только ту мощность, которая заложена производителем. Соответственно, скорость зарядки аккумуляторов зависит от пропускной способности инвертора и не зависит от мощности ветрогенератора.

Выбор ветрогенератора

Самые качественные ветряки производят в Германии, Франции и Дании. Эти страны делают ветровые установки для снабжения электричеством жилого частного сектора, фермерских хозяйств, школ, небольших торговых точек. В России из-за низкой стоимости электроэнергии и негласной монополии на продажу электроэнергии ветроустановки, солнечные панели и другие виды альтернативной энергии не сильно распространены.

Мобильный ветрогенератор подойдет для нефтепромышленности или монтажных бригад, которые ведут строительство в полях (прототип)

Но высокая стоимость подключения удаленных объектов от электросетей (есть до сих пор не электрифицированные деревни), хамство чиновников, длительные процедуры хождения и получения ТУ у монопольных компаний вынуждают собственников использовать альтернативную энергию своих объектов.

Прежде все вы должны понимать, что КПД ветровой установки составляет около 60%, есть зависимость от скорости ветра, и потребуется периодически проводить ТО. Если вы все-таки решили сделать выбор в пользу ветрогенератора, следует знать. Выбирать ветрогенератор нужно исходя из конкретных обстоятельств его применения. Существуют новые разработки и модели: с повышенным КПД, вертикальные, горизонтальные, ортогональные, безлопастные.

Подсчитывается активная и резистивная мощность всех потребителей энергии.

Для предприятий или частного дома эти данные могут быть в проекте или счетах за электроэнергию. Если вам необходимо обеспечить электроэнергией дачу выбирается модель ветроустановки на 1-3 кВт, инвертор нужно небольшой мощности и можно обойтись без аккумуляторных батарей. Принцип наличия дачной ветроустановки прост: есть ветер — есть электричество, нет ветра — работаем в огороде или по хозяйству. Простой ветрогенератор можно сделать самому, достаточно собрать необходимые материалы и соединить их вместе.

Для частного дома постоянного проживания, такой принцип не подойдет. При частом отсутствии ветра следует придать особое значение аккумулятору. Здесь нужна большая ёмкость. Однако, чтобы он быстрее заряжался, сам генератор электричества также должен быть большой мощности. То есть отдельные узлы установки тесно взаимосвязаны друг с другом. Более надежная комбинация — симбиоз с дизель-генератором и солнечными панелями. Это 100% гарантия наличия электричества в доме, но и более дорогая.

При наличии скважины вы будете полностью энергонезависимые от внешних сетей.

Сейчас большое распространение получили коммерческие ветровые установки. Получаемая с их помощью электроэнергия продается различным предприятиям, испытывающим недостаток в энергоснабжении. Обычно такие электростанции состоят из нескольких ветрогенераторов различной мощности. Вырабатываемое ими переменное напряжение в 380 вольт подается непосредственно в электросеть предприятия. Кроме того, ветрогенераторы могут использоваться для зарядки большого числа аккумуляторных батарей, с которых потом преобразованная в переменное напряжение энергия также подается в электрическую сеть.

Ветрогенераторы российского производства

В большинстве случаев владельцы предприятий ставят ветроустановки, солнечные панели и дизель-генераторы для нужд собственного производства. Получение разрешение на продажу электричества в России — это, скажем так, отдельная история. После проведения энергоаудита, высвобождаются мощности, например, путем замены ламп освещения на светодиодные. Подсчитывается срок окупаемости, при отсутствии бюджета можно разделить модернизацию на этапы.

Технологии развиваются. Создаются энергонезависимые дома, офисы, станции на земле и воде. Наша команда инженеров поможет вам с выбором, расчетом, проектом и монтажом оборудования. Готовы ответить на ваши вопросы в комментариях или через форму.

Ветряные мельницы

Мельница появилась много тысячелетий назад, когда древний человек начал засаживать поля пшеницей. Первую мельницу крутили рабы и волы в древнем Риме и Персии. Затем начали появляться конструкции, где колесо вращалось с помощью воды и последнее изобретение человечества – ветряная мельница появилась к 10 веку н.э.

Деревянная ветряная мельница, это довольно сложное строение, которое учитывает и ветровые нагрузки, и длительность работы механизма для совершения определенной работы. Ведь ветряная мельница не обязательно только молола муку – применялись мельницы для откачки воды, и для распиливания бревен и для подъема воды и тяжелых грузов. Мощность средней ветряной мельницы составляла около 60 квт – это мощность двигателя автомобиля «жигули»! Типы мельниц в основном разделяют по способу перемещения оси колеса к направлению ветра.

Первые ветряные мельницы назывались «козловки». Строительство деревянных домов являлось основой для сооружения корпуса мельницы. Весь корпус мог поворачиваться по своей оси. Механизм сооружения располагался у наветренной стороны, чем обеспечивалось центрирование мельницы. Снизу к балкам прикреплялся большой брус – дышель, с помощью которого и поворачивалась ветряная мельница. Вращение с основного вала передавалось на деревянные шестерни с таким расчетом, чтобы за один оборот вала жернов делал от 7 до 12 оборотов.

Несколько более современные мельницы – шатрового типа или голландские. Весь корпус стоит на месте, а по направлению ветра поворачивается только верхняя часть с основным валом. Они приводили в движение уже пару жерновов и были более производительными. На фото мы видим дышель с обратной стороны мельницы для поворота ветряка по ветру. В Голландии мельницы нашли наиболее активное применение в связи с её природно – климатическими условиями – необходимостью откачивать воду с низинных районов и сильными морскими ветрами.

Читать еще:  Приведите примеры растений выращиваемых в саду или огороде

В старой Румынии и других странах средиземноморья применялись ветряные мельницы с парусным типом ветряка, как на этом фото 1930 г.

Мельницы занимали большое место в народной мифологии, в каждом государстве есть легенда или сказание, связанное с мельницей. Например, есть такое сказание в Беларуси, что в фундамент оршанской мельницы замуровали девушку. И теперь по ночам между скрипами жерновов раздаются стоны. Считалось, что в мельницах обитают различные духи – ведьмы и колдуны, которые крутят хозяину крылья мельницы. Под мельницами спрятаны клады и начинаются подземные ходы.

Интересны художественные полотна, на которых изображены мельницы. Вот например известное полотно: «Ветряная мельница на берегу моря» 1837 Айвазовский.

Или картина Яна Брейгеля Старшего «Четыре ветряные мельницы» 1604 г.

И ещё – Винсент Ван Гог «Старая мельница»; Клод Моне «Мельница». На первых двух картинах изображены старинные ветряные мельницы козлового типа.

Принцип работы мельницы вполне прост и в то же время рассчитан до мелочей. Ветряк, различного типа для разных времен и регионов вращал ось, на которой устанавливались деревянные шестерни с углом 90 градусов и передаточным отношением 7-12. Схема работы голландской мельницы:

Более современные мельницы голландского типа имели дополнительный ветряк для автоматического поворота по ветру основного ветряка. Из схемы мы видим, что мельница имеет два жернова и механизмы для подъема мешков на верхние этажи. Мельницы имели вот такой каменный жернов с насечками (фото) – центр мироздания и мифологии.

Мы гоняемся за энергосберегающими технологиями, сооружаем для этого невероятно сложные процессы – но всё лежит на поверхности. Мы потеряли что – то ценное.

Посмотрите также:

Машины для циклёвки пола
Если Вы нашли эту статью, значит знаете, что хотите сделать со своими полами. Вас интересует технология проведения таких работ, инструмент и главный вопрос – как лучше и дешевле. Сегодня циклевка.

Гидроизоляция фундамента своими руками
Весна этого года выдалась быстрая, с большим объемом талой воды. Многие застройщики столкнулись с неприятным явлением – затоплением подвалов. Мало того, что такие затопления производят материальное опустошение, они приносят большой.

Малая энергетика
В связи с тем, что электроэнергия постоянно увеличивается в стоимости, думаю необходимо создать частникам экономические возможности для развития малой энергетики. Давайте посмотрим, как делают самодельные ветряки в других странах. Леопольд Зоннлайтнер.

​Ветряк или ветряные установки для выработки электроэнергии

Ветроэлектростанции (ВЭС), или как их еще называют ветряки – это устройства, преобразующие энергию движения ветра в электричество. Электричество, получаемое при помощи ветряков, является простым и экологичным источником энергии, поэтому в некоторых частях земли построены огромные комплексы, объединяющие множество ветрогенераторов в единую сеть. Такие массивы способны обеспечивать электроэнергией крупные населенные пункты, и даже целые регионы. Но для питания частного дома достаточно одного небольшого ветряка, и получать электричество при его помощи можно практически в любой местности.

Содержание

Классификация ВЭС

Существует множество разновидностей ВЭС, и все их можно классифицировать по различным признакам. Основным отличительным признаком являются конструктивные особенности. По конструкции они подразделяются на роторные и крыльчатые. По способу расположения выделяют следующие виды:

А по функциональному назначению ветряные электростанции бывают стационарные и мобильные.

Наиболее популярной конструкцией для промышленного получения электрической энергии являются ветряки крыльчатого типа. Они позволяют вырабатывать больше энергии, но, при этом, роторные конструкции издают меньше шума и не так сильно зависят от направления ветра.

Принцип работы

Все современные ветряки работают по проверенному веками принципу ветряной мельницы. Только в данном случае энергия вращения лопастей передается не на механический привод, а на генератор, при вращении ротора которого вырабатывается электричество. Затем электроэнергия накапливается в блоке аккумуляторных батарей и через инвертор передается к потребителям. Для обеспечения электроснабжения большого количества потребителей требуется объединение ветряков в единую сеть.

Для изготовления ветряка применены следующие элементы:

  • Лопасти;
  • Ротор турбины;
  • Редуктор;
  • Контроллер;
  • Ось электрического генератора;
  • Генератор
  • Инвертор;
  • Аккумулятор.

Для изготовления пропеллера можно использовать практически любые материалы, обеспечивающие достаточную парусность. Это может быть парусный ветряк из прочной ткани, ветряк из бочки или пластиковых бутылок. При изготовлении миниатюрной установки ветряк можно сделать даже из бумаги.

При изготовлении ветряка своими руками можно использовать ротор из шуруповерта или двигатель от любой бытовой техники. Для изготовления самодельного генератора для ветряка подойдет шаговый двигатель от принтера, а автомобильный генератор можно использовать практически без переделки.

Электрическая схема генератора на шаговом двигателе

С появлением на российском рынке неодимовых магнитов, популярность приобрела схема изготовления низкооборотистого аксиального генератора для ветряка на этих магнитах.

Подключение ветряка к генератору

При изготовлении своими руками ветряка мощностью до 3 кВт и рабочим напряжением 220В можно воспользоваться идеей разработки российской компании Аэрогрин. В конструкции данного ветряка применен принцип роторной авиационной турбины. В качестве лопастей используются небольшие лопатки из полимерных материалов. Вся конструкция укрыта кожухом из звукопоглощающего материала. Такой ветряк не тратит энергию на поиск ветра, создает минимум шума и не раздражает соседей постоянно вращающимися лопастями.

Сколько стоит ветряк

Для того чтобы купить ВЭС заводского производства в России можно сравнить цены на ветряки для выработки электроэнергии от различных производителей. Лучше всего для этого указать в запросе поисковой системы свой регион, это позволит быстрее найти поставщиков, которые работают ближе к планируемому месту установки ветряка и сэкономить на доставке и установке. Например, при необходимости организовать электроснабжение дачи в Ленинградской области, в поисковой строке можно набрать следующий запрос: «купить ветряк для частного дома цена СПб».

Приобрести можно как комплекс целиком, так и отдельные детали. Если лопасти и ротор можно изготовить самостоятельно, то генератор для ветряка можно купить по сравнительно низким ценам.

Выбор конструкции ветрогенератора

Основной проблемой при выборе конструкции ветряка является выбор между ветряками с горизонтальной и вертикальной осью вращения. Однозначного ответа на вопрос, какой ветряк лучше горизонтальный или вертикальный, не существует.

Классический ветрогенератор имеет горизонтальную ось вращения и механизм поиска ветра, работающий по принципу флюгера. Для его раскручивания необходим ветер, дующий со скоростью 7 – 8 м/с.

Тогда как спиралевидные ветряки с вертикальной осью вращения не так сильно зависят от скорости и направления ветра.

Но самое широкое распространения ВЭС получили на территории Крымского полуострова. В силу своего географического положения Крым имеет возможность использовать энергию ветра с максимальной пользой. Ветряки в Крыму расположены практически везде, где позволяет местность. Здесь расположено несколько крупных ветряных электростанций. На самой крупной из них работают 127 ветрогенераторов.

В прошлом году в Ульяновске был запущен комплекс из 14 ветряков общей мощностью более 30МВт. Строительство ветряной электростанции начато и в республике Адыгея. Планируется, что ветряки, установленные в Адыгее, будут давать мощность в 150МВт.

Также в прошлом году начало свою работу совместное российско-испанское предприятие по выпуску ветряков в Таганроге. Производство организовано на заводе «Красный котельщик».

Ветряки в Европе

Для многих европейских стран наличие ветряков в некоторых регионах уже давно стало привычным делом. Причем устанавливают их не только на суше но и в море.

Лидерами по производству и использованию ветряков являются Франция, Германия и скандинавские страны.

В последнее время в европейских странах построено множество гигантских ветряков. Например, одним из крупнейших ветряков в Германии является огромная башня высотой 120м с ротором, каждая из трех лопастей которого имеет длину 52 м, ширину 6 м и весит 20 т. Это гигантское сооружение построено под Магдебургом в 2002 году и его мощность составляет 4,5 МВт.

На данный момент самым большим в мире ветряком считается ветрогенератор мощностью 7 МВт и высотой 141 м, расположенный рядом с немецким городом Эмден. Но в ближайшее время в Норвегии планируется запуск ветряка высотой 162 м, который сможет обеспечить электроэнергией около 2000 домов.

Ветряная мельница — как сделать своими руками?

Обновлено: 4 мая 2019

Что такое ветряная мельница?

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 энергию ветра 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 ветряных генераторов, насосов и прочих механизмов сегодняшнего дня, использующих потоки ветра как источник энергии.

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.

Читать еще:  Самодельная мини сеялка для мелких семян

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:

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 схема подключения ветрогенератора, 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.

Зачем нужна ветряная мельница

Когда речь заходит о ветряных мельницах, сразу вспоминается знаменитый литературный герой Мигеля де Сервантеса Сааведра — Дон Кихот, в воспаленном мозгу которого они предстали в виде великанов. Первая ветряная мельница появились на берегах Нила (около трех тысячелетий назад), именно в этих краях пшеница давала щедрый урожай. Первые конструкции были довольно примитивными. Чтобы смолоть ведро зерна, требовалось не менее пяти-шести часов работы. Ручные жернова при наличии одного физически сильного мужчины позволяют перемолоть ведро пшеницы часа за полтора.

Принципы размола зерна в муку

Процесс превращения зерна в муку на современных мельницах проходит в несколько этапов. Перед размолом зерно очищается на специальных установках. Сита позволяют разделить массу по размеру, а специальные триеры удаляют из нее примеси. Это довольно хитрая машина, она распознает конфигурацию отдельных зерен и отбрасывает в сторону все, что отличается по форме. Далее масса замачивается. Эта операция нужна, чтобы поверхностный слой (его называют отрубным) легче снимался. В отрубях остается шелуха и зародышевые зоны зерна. Теперь наступает самый ответственный момент – выполняется обрубка. Она позволяет ускорить процесс размола зерна на жерновах. Современные жернова во многом напоминают те, которые использовались еще в древности. Это два круга. Один из них неподвижный, а другой вращается относительно первого. В верхнем имеется питающее отверстие, сюда поступают зерна. Зерно движется от центра к периферии, соприкасаясь с поверхностью жерновов. Те давят с определенным усилием, сдирая тонкий слой, который и превращается в муку. По мере истирания от цельных зерен не остается ничего, кроме муки, которая ссыпается с поверхности неподвижного жернова. Финишная операция – это разделение муки на ситах. Через самые тонкие проходит мука высшего сорта, далее отделяются и другие сортовые фракции. На самом грубом сите остаются сравнительно крупные частицы – это любимая многими (но кто-то ее и не любит) манная крупа.

Как поймать ветер

Природа ветра – это движение потока воздушных масс. Где-то ветер ежедневно дует с большой скоростью, но есть места, где его подолгу не могут дождаться. Первыми его сумели поймать моряки, паруса легко уловили легкое дуновение и потянули суда в направлении потока. Несколько позже научились ставить и косые паруса, появилась возможность двигаться и под углами, лавируя, опытные моряки могут плыть и навстречу ветру. Для привода вращающихся жерновов потребовалось иначе расположить несколько парусов. Их пришили к радиальным направляющим, сидящим на валу. Потом преобразовали в лопасти. Теперь давление воздушного потока заставляет двигаться каждую лопасть, здесь поступательное движение воздуха преобразуется во вращательное движение вала. Ветряная мельница упрощенного привода имела жернова, которые вращались в горизонтальной оси. Много сложностей преодолели изобретатели древности, чтобы найти способы поджимать неподвижный жернов к вращающемуся. Среди рисунков египетских пирамид есть такие, которые показывают, как ветер на мельнице перемалывает зерно в муку.

Классическая ветряная мельница

Вопрос о том, как передать вращение от горизонтальной оси к вертикальной, долго не мог разрешиться. Многократно пытались изменить направление вращения валов. Но техническое решение так и не находилось. В манускриптах есть схемы устройств для преобразования направлений вращения. Наиболее распространенная конструкция приписывается Архимеду (ветряная мельница по Архимеду изображена на фресках, вывезенных римлянами из Сиракуз). Он придумал зубчатые колеса, изготовленные из бревен, закрепленных на ободьях колес. Гениальная идея была воплощена в десятках тысяч мельниц, разбросанных по миру. В них ветер заставляет вращаться горизонтальный вал, на конце которого установлено колесо. На его ободе имеются крепко зафиксированные зубья (круглые бруски), установленные с определенным шагом. Перпендикулярно горизонтальному валу установлен вертикальный. На нем тоже имеется колесо с аналогичными зубьями. Получился аналог шестеренного механизма, передающий крутящий момент под заданным углом (в данном случае 90°). Вертикальный вал вращает подвижный жернов, в него равномерно засыпается зерно, которое превращается в муку. В результате получилась мельница для муки.

Читать еще:  Схема подкормок огурцов для обильного плодоношения

Как устроена современная мельница

В современных конструкциях вместо сложного шестеренного механизма, изготовленного из дерева, используются иные устройства для передачи вращения. Сегодня только на побережье Пиренейского полуострова работают несколько десятков мельниц. В них использованы фрикционные вариаторы – редукторы, преобразующие направление вращения, а также обеспечивающие нужную скорость вращения рабочего вала. В Норвегии и Исландии применяется несколько иной привод, там работают конические шестерни, изготовленные из бронзы. На улице XXI век, но ветряная мельница все равно находит применение и в наше время.

Какие мельницы используются сегодня

Большие объемы промышленной переработки зерна невозможно осилить только с использованием ветра. Для привода вращения жерновов применяются синхронные электродвигатели с фазовым ротором. Они могут плавно изменять частоту вращения вала. Для зерна и муки характерно проявление термопластических свойств – расплавление при нагревании. В процессе помола муки температура поверхности жерновов повышается, поэтому скорость вращения ограничивается разумными пределами. Если не ограничить, то может произойти возгорание муки, а ее наличие в воздухе, соответственно, привести к взрыву. Современные жернова внутри себя имеют довольно сложную систему охлаждения. В зоне их работы установлены термодатчики, которые контролируют ход технологического процесса. Внедрение компьютеров в технологии не обошло и мельничное производство. На современных мельницах датчики контроля разных параметров установлены по всей технологической цепи: от приема зерна на склад до упаковки муки в тару и погрузки в транспортное средство, которое доставит ее на хлебопекарный завод или в магазин.

Мельница своими руками

Мини-мельницы применяются в фермерских хозяйствах для приготовления кормов с использованием муки крупного помола. Известно, что организм животных лучше усваивает не цельное зерно, а дробленное. Для этого применяют небольшие зернодробилки или машинки для грубого помола. Мельница своими руками создается в следующей последовательности. Нужно изготовить жернова. Для этого применяют два толстостенных диска, их рабочие поверхности насекаются бородком или зубилом. В результате получаются жернова. Затем в верхнем жернове просверливается отверстие. К нему приваривают конус из тонкостенной жести (питатель, подающий зерно в зону помола). Организуют привод вращающегося жернова, здесь проще всего использовать клиноременную передачу. Поэтому болтами к верхнему диску прикручивают шкив. На валу электродвигателя также устанавливают шкив. Теперь вращение вала двигателя будет передано к жернову мельницы. Остается только заключить всю конструкцию в корпус и начать производить муку.

ВЕТРОДВИГ.RU

История использования энергии ветра человеком относится к глубокой древности. Первые упоминания об этом появились примерно за 1000 лет до нашей эры. Принято считать, что история западных ветряных мельниц начинается с первого документального появления европейской (или датской) ветряной мельницы в Нормандии в 1180 году. Вероятнее всего, что в Европу ветряные мельницы попали из Персии через средиземноморские страны.
Наиболее известным ранним типом ветряной машины является персидская мельница, представляющая собой простейшее устройство с ротором, расположенным вертикально (рис. 1.1). При этом в Западной Европе персидская мельница была быстро усовершенствована до более эффектного типа ветряной мельницы с горизонтальной осью вращения ветротурбины. Исследователи истории ветроэнергетики отмечают, что за короткий промежуток времени ветряные мельницы с горизонтальной осью практически полностью вытеснили из Европы установки с вертикальной осью.

Усложнение конструкции мельницы с горизонтальной осью оправдалась большей эффективностью работы. Британская мачтовая ветряная мельница, показанная на рис. 1.2, является триумфом инженерной мысли и наиболее сложным механизмом на период начала Индустриальной революции.

Интенсивно развиваясь с XII no XIX век, ветряные мельницы достигли определенного совершенства. Мощность этих мельниц была эквивалента 25. ..35 кВт.
Индустриальная революция, обусловленная созданием паровых машин, и удешевление угля привели к постепенному вытеснению агрегатов, использующих энергию ветра. Одним из очень интересных исторических феноменов ветроэнергетики, о котором упоминают многие авторы являются американские насосные ветроустановки. Особенностями таких установок являются много лопастный ротор, простая система ориентирования на ветер и возможность автономной автоматической работы. На рис. З.а показана установка Halladay Standard, которая впервые имела настоящий коммерческий успех. Вторым наиболее популярным типом ветронасосных установок были агрегаты с жестким ротором Eclipse (рис. 1.3, б). Третий шаг в развитии американских встронасосных установок был сделан в 1888 году компанией The Aermotor.

Ветроустановки Aermolor (рис. 1.4) были выполнены полностью из металла, а массовое производство позволило значительно уменьшить их стоимость. Революционным новшеством спала идея штамповать лопасти из жести. Штампованные лопасти имели определенную геометрию и устанавливались под необходимым углом. При больших скоростях ветра ротор, расположенный за стойкой, «всплывал» за счет шарнирного соединения. Следует отметить, что это были полностью металлические установки, выполненные оптимально с точки зрения конструкции, эффективности и
экономики производства.

Несмотря на широкую электрификацию сельской местности, данные ветряные мельницы остаются достаточно распространенным во многих странах.
Статистика по имеющимся на сегодняшний день ветронасосным установкам приведена в табл. 1.1. Общее их количество составляет больше миллиона ветряных мельниц (в основном многолопастные установки с диаметром колеса около 2,5 м), а суммарная мощность около 250 МВт.

Интересно сравнить параметры наиболее распространенных старых ветряных мельниц с современными агрегатами, имеющими те же размеры ветротурбины(табл. 1.2).

Как видно, за последние 50 лет ветроэнергетическая технология совершила мощный технологический скачок, увеличивший эффективность ветряных мельниц приблизительно в 10 раз.

От ветряной мельницы к ветроэнергетической установке

В конце девятнадцатого столетия появилась идея использовать энергию ветра для генерирования постоянного электрического тока. Потребность в таких установках была велика, поэтому в различных странах проводился целый ряд экспериментальных работ. В литературе встречаются описания двух очень разных ветроустановок, которые стали одними из первых в электрогенерированин. Первая из них, изображенная на рис. 1.5, это ветроустановка Браша мощностью 12 кВт, генерировавшая постоянный ток для зарядки аккумуляторных батарей. Система в целом работала
автоматически в течение 20 лет и требовала минимального ухода.

Ветряная мельница Браша стала важным этапом в истории развития ветроэнергетики.

Во-первых, она была достаточно крупной. Во вторых, в ней была использована повышающая двухступенчатая ременная трансмиссия с передаточным числом 50:1, при этом генератор вращался со скоростью 500 об/мин. И, наконец, это была первая попытка соединить хорошо развитую систему ветряной мельницы с новой электрической технологией. В то
же время установка показала, что многолопастные ветротурбины слишком медленные и малоэффективные для электрогенерирования.
Следующий важный шаг перехода от ветряных мельниц к ветроэнергетическим установкам сделал Пол Лакур (Poul Ia-Cour) в Дании в начале прошлого века. Он был первым, кто создал аэродинамическую трубу и применил аэродинамический профиль в своих ветроустановках (рис. 1.6).

К 1910 году около сотни таких ветроустановок мощностью от 5 до 25 кВт работали в сельской местности Дании. В 20 — 30-е годы и США появились коммерческие экземпляры маленьких ВЭУ для зарядки аккумуляторных батарей, которые стали очень популярными.

Ни рис. 1.7 показана установка Jacobs Wind Electric. Скоростная трехлопастная ветротурбина, имеющая лопасти с аэродинамическим профилем вращала генератор мощностью 3 кВт при напряжении 110 В. Интересно отметить, что именно на этапе развития маленьких ветроустановок для заряда аккумуляторов встала проблема оптимального количества лопастей для ветротурбины. Двухлопастные ветротурбины испытывали значительные вибрации при изменении направления ветра, в то время как трехлопастные не имели этого недостатка.

Необходимо отметить, что этот тип ВЭУ перешел к современным конструкциям практически без изменений.
В 1925 году был создан новый вид ротора — ротор Савониуса , названный в честь ею создателя финскою инженера С.Савониуса. Преимуществами такою типа роторов являются высокий стартовый момент и способность воспринимать ветер с любой стороны, а недостатками — низкие быстроходность и коэффициент использования энергии вегра, а также значительная масса конструкции.
Другим новым типом ветротурбины, появившейся н 30-х годах прошлого столетия, была вертикальная ветротурбина, предложенная Ф. Дарье .
Ротор Дарье имеет две или три изогнутые лопасти, закрепленные сверху и снизу центральной колонны, и может воспринимать ветер со всех сторон. Данный тип ветротурбины практически не использовался до начала 1970-х
годов, когда в Канаде, а потом и в других странах начались исследования крупных ветроагрегатов с таким ротором Дарье.

Эволюция современных ветряных мельниц. От ветряных мельниц к ветроэлектрогенераторам

В ряде стран научно-исследовательские работы в области развития ветроэнергетики усиленно развивались с конца 1940-х до начала 1960-х годов. Однако к тому времени цены на ископаемое топливо заметно снизились и с точки зрения стоимости электроэнергии ветроэлектрические установки не могли уже конкурировать с тепловыми электростанциями. В этот период коммерческая ветроэнергетика практически не развивалась. Были созданы различные экспериментальные образцы, в том числе ВЭС в Курске.
В начале 1970-х годов произошел новый взлет ветроэнергетики, обусловленный прежде всего известным энергетическим кризисом. В этот период правительства многих стран развернули широкомасштабные программы по созданию ветряных мельниц. Согласно этим программам разработка технологий, конструкторские рабогы и экспериментальные исследования должны были проводиться в постоянном взаимодействии. Планы предусматри-
вали создание трех поколений экспериментальных агрегатов. Первое поколение позволяло получить базовые наработки и данные, чтобы создать четкую концепцию ветроэнергетики. Второе поколение было необходимо для наработки практического опыта создания ветряных мельниц. И, наконец, третье поколение
молжно было довести уровень надежности и эффективности ветроустановок до коммерческого использования. Эти серии ВЭУ должны были усовершенствовать ветротехнологии до той отметки, когда технический риск
мал настолько, что может привлечь значительные коммерческие капиталы.
Исследования были разделены на два направления — ВЭУ с горизонтальной осью и ВЭУ с вертикальной осью вращения.Например, в США в 1974 году была разработана Федеральная Программа по развитию ветроэнергетике , согласно которой были созданы экспериментальные прототипы MOD-O, MOD-OA, MOD-1, MOD-2, MOD-3. В Европе наиболее интересными и крупными проектами были Growian мощностью
3МВт и Германии (1983), KaMeWe 2,5 МВт в Швеции, LS-1 3 МВт в Великобритании(1987) и др. Необходимо отметить, что немецкий проект Growian был наиболее крупным из когда-либо построенных ВЭУ: диаметр турбины 100 м, высота башни 100 м. Эта ВЭУ была первой, которая работала с переменной скоростью вращения ветротурбины и имела асинхронизированный синхронный генератор. Слишком большое количество новинок вызвало огромное количество непредвиденных проблем в работе ветряной мельницы, но эта ВЭУ внесла значительный вклад в понимание проблем
иных агрегатов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector