Ветряная мельница

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.

Как построить каменную декоративную мельницу своими руками

На первый взгляд построить корпус ветряка намного проще, чем сделать его из досок или фанеры. С одной стороны это так, нужно лишь выложить башню декоративной мельницы из камня. Но это только на первый взгляд. Обычно в саду не так много подходящего материала для кладки, придется привезти бутовый камень, или же сделать коробку из кирпича с последующей облицовкой галечником на глиняном растворе. Подобный подход потребует уйму материала, цемент, песок для бетонного фундамента, да и сделать такую башню идеально вертикальной не всегда получается.

Проще всего сделать мельницу на каркасе. Принцип постройки декоративной башни следующий:

• Нарезаем рейку сечением 40х40 мм, не меньше, из сосны или лучше лиственницы;
• Сбиваем гвоздями каркас в форме правильной пирамиды. Обтягиваем его сперва упаковочной пленкой, затем скотчем и полиэтиленом;
• Выкладываем галечник на стены, в качестве кладочного раствора можно использовать печной раствор. Из-за наличия положительного уклона стен кладка не деформируется и не обвалится;
• Через двое-трое суток в верхней части каменной башни устанавливаем деревянную полку, к которой крепим узел вращения с осью, коком и готовыми лопастями.

Верхнюю часть декоративной мельницы можно задекорировать любым имеющимся в саду материалом. Подойдет все, от спила бревна с дуплом до старого скворечника.

Если толщина стен каменной мельницы больше 5 см, то под возведение башни нужно будет сделать фундамент или хотя бы отсыпку площадки смесью песка и гравия. Иначе после первого же сильного дождя или полива в саду тяжелая конструкция может дать крен или опрокинуться на бок.

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:

1. 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;
2. 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.

Инструменты и материалы

Потому, если с электроинструментом у вас все в порядке и руками вы привыкли не только кепку поправлять, есть хорошая возможность изготовить кое-что интересное, да еще и сэкономить пару тысяч для семейного бюджета.

Для работы понадобится:

1. Брус сечением 30×30 мм.
2. Рейка сечением 20×20 мм.
3. Брус сечением 50×50 мм.
4. Обрезки реек толщиной до 10 мм.
5. Лист фанеры толщиной 10 мм.
6. Лист фанеры толщиной 5 мм.
7. Два подшипника с внутренним диаметром 11-16 мм.
8. Стальной прут по внутреннему диаметру подшипника.
9. Саморезы.
10. Небольшого размера гвоздики.
11. Малярный скотч.
12. Столярный клей.
13. Лак для наружных работ.

Из инструмента будут нужны:

1. Электролобзик.
2. Шуруповерт.
3. Дрель.
4. Рейсмус (по возможности).
5. Рубанок.
6. Фрезер.
7. Наждачная шкурка.
8. Кисточки.
9. Молоток.
10. Рулетка.
11. Карандаш.
12. Уголок.
13. Циркуль.
14. И транспортир.

Если покупать все это для изготовления поделки – окажется, конечно же, неоправданно дорого. Но обычно весь этот инструмент в обязательном порядке присутствует в мастерской каждого не ленивого дачника.

Плюсы и минусы ветряных мельниц

Сравнивать ветряную мельницу удобнее всего с водяным аналогом. Водяная конструкция насчитывает более давнюю историю и независима от перемены ветра. Водные течения гораздо более стабильны. Можно также использовать силу прилива и отлива, что для ветряного аппарата совершенно недоступно. Эти обстоятельства обусловили тот факт, что распространенность водяных мельниц была во много раз выше в любых государствах средневековья.

Сила ветра для размола зерна, как уже говорилось, начала применяться позже. Такое решение вдобавок влекло существенные дополнительные расходы. Однако в Голландии в XV веке, а особенно с начала XVII столетия оценили другие достоинства ветряных мельниц. Они толкали цепи с черпаками, удалявшими грунтовые воды. Без этого нововведения было бы невозможно освоить значительную часть территории современных Нидерландов.

В Голландии ветряные мельницы стали популярны и по другой причине — там почти беспрерывно дуют западные ветры, переносящие воздух от Атлантического океана в сторону Балтийского моря. Потому особых проблем как с ориентированием лопастей, так и с использованием техники не возникало. В наши дни сравнивать ветряные мельницы уместнее всего с водяными не по качеству и возможностям размола зерна, а по пригодности для электрогенерации

Стабильность электропитания падает, стоимость сетевой энергии растет, и потому так важно выбрать подходящий для себя тип

Ветряные электростанции работают фактически от бесконечного ресурса. До тех пор, пока на Земле сохраняется атмосфера и планету освещает Солнце, ветры не прекратятся. Такие устройства не засоряют окружающую среду, потому что в отличие от дизельных и бензиновых систем они не выбрасывают токсичных веществ. Однако назвать ветряную электроустановку совсем экологичной нельзя, потому что она создает сильный шум, и в ряде стран на него даже устанавливают законодательные ограничения. Наконец, ветряная мельница не может нормально работать в сезоны пролета птиц.

В России ни шумовых, ни календарных ограничений пока нет. Но они могут появиться в любой момент. И в любом случае ветряная электростанция — как современный ветряк, так и классическая мельница — не может находиться в непосредственной близости от жилья. Кроме того, реальная эффективность определяется сезоном, временем суток, погодой, рельефом местности; все это прямо влияет на скорость потока воздуха и на эффективность его применения.

Еще одним минусом ветроэлектростанции является уже отмеченная нестабильность ветра. Использование аккумуляторов частично решает эту проблему, но одновременно усложняет систему и делает ее более дорогой. Иногда приходится также дополнительно применять другие источники энергии. Зато ветряная мельница монтируется быстро — с учетом подготовки площадки понадобится не более 10-14 суток. Под такую установку требуется довольно много места, особенно если учитывать размах лопастей и пространство, которое должно быть свободно по соображениям безопасности.

Особенности строительства ветряных мельниц

• Корпус. Его изготавливают четырех- или пятиугольным. Габариты выбирает хозяин, в основном они зависят от назначения сооружения. Например, если в нем будут играть дети, платформа должна быть массивной, а само строение надежно закреплено, чтобы не опрокинулось. Часто основание изготавливают из бетона.
• Лопасти. На декоративных мельницах форма и конфигурация лопастей не имеет значения. Если они вращают механизмы, их изготавливают большими, по определенным правилам.
• Энергетическая установка. Используется только в случае выработки электроэнергии. Самостоятельно ее изготовить трудно, поэтому все части электрической системы покупают. Устанавливаются узлы во внутреннюю полость сооружения.

1. Для маскировки мест, не предназначенных для посторонних глаз, например, канализационных люков.
2. Построенная из легкого материала конструкция может выступать защитным колпаком для инженерных сооружений.
3. Прочное большое строение становится игровой комнатой для детей.
4. В постройке часто хранят садовый инвентарь.
5. Каменные мельницы совмещают с мангалом.
6. Конструкцию иногда используют для отпугивания кротов. Вращение лопастей создает вибрацию, которая передается через ножки на грунт и отпугивает животных.

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.

Что собой представляет современный ветрогенератор

Отличие современного ветрогенератора от мельницы заключается в выдаваемом продукте (механическая сила и электроэнергия), а также в конструкции.

Интенсивность работы зависит от силы ветра, поэтому одной турбины на участке может не хватить для обеспечения дома бесперебойным электричеством.

Ветровой парк обычно состоит из нескольких турбин. Их можно использовать:

• параллельно с солнечными батареями;
• для автономной работы;
• наряду с дизельными или бензиновыми генераторами;
• другими видами аккумуляторов.

Как относитесь к ветрогенераторам?

Положительно, хочу себе поставить
66.36%

Предпочитаю более надежные источники
16.82%

Нейтрально
16.82%

Проголосовало: 107

Устройство и принцип работы

Высота ветрогенератора около 80 метров. Конструкция имеет 3 лопасти. Они достаточно узкие в отличие от мельницы, где крыльев больше и они шире. Это оптимальные характеристики для качества работы. Далее в дело включается ветер, который раскручивает лопасти, после чего энергия передается на систему шестерен, усиливающих вращение и увеличивающих количество энергии.

Внутри преобразователя механической энергии в электрическую находится батарея, в которой данная энергия накапливается и расходуется по мере необходимости. Аккумуляторной батареей управляет специальный механизм, который замедляет или ускоряет вращение лопастей. При полной разрядке устройство подает сигнал, чтобы ветряк начинал крутиться.

Плюсы и минусы ветрогенератора

Экологическая чистота
Не нужно топливо
Нет отходов
Бесшумная работа
Минимальные потери при передаче электроэнергии
Небольшие расходы на техническое обслуживание
Длительный срок эксплуатации

Высокая стоимость электростанции
Зависимость КПД от силы ветра
Изменения в природном ландшафте
Есть опасность падения турбины

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.

Конструкция и принцип работы ветротурбин

Ветровые генераторы представляют собой спецустройства, которые трансформируют кинетическую энергию ветра в электрическую. Это независимые источники электроэнергии, которые отлично подходят для установки в частных жилых домах, на небольших и средних фермерских хозяйствах, производственных базах.

Конструкция стандартной мини-электростанции для бытового использования включает такие функциональные элементы:

1. Лопасти аэродинамической формы для улавливания ветра.
2. Генератор для продуцирования переменного тока.
3. Контроллер для автоматического управления ветряной станцией. Позволяет регулировать подзарядку аккумуляторов, распределяет потоки энергии между устройствами.
4. Накопитель. Специальные аккумуляторные батареи для накопления сгенерированного электричества.
5. Инвертор для приведения параметров вырабатываемой энергии к сетевым стандартам.
6. Мачта, приподнимающая лопасти на определённую высоту над уровнем земли.

Мачты бывают разными: свободностоящие без растяжек, жёстко зафиксированные и поворотные на растяжках. Последние могут опускаться и подниматься для обслуживания, а также проведения ремонтно-восстановительных работ.

Под воздействием ветра лопасти, насаженные на генераторный вал, начинают вращаться, способствуя запуску ротора. В результате происходит преобразование кинетической энергии воздушных потоков в механическую, а потом и в электрическую энергию. Так выглядит сильно упрощённая схема работы ветряка

В действительности энергия от ветряной электростанции напрямую к потребителю не поступает. В системе обязательно должны быть подключены специальные приборы для преобразования электротока.

В цепи после генератора размещается контроллер. Он конвертирует переменный ток в постоянный. В таком виде электричество аккумулируется и сохраняется в батареях, а потом от них через инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный, энергия подаётся в частную электросеть.

Такая схема даёт возможность сгладить нестабильность напряжения, а также накапливать энергию в периоды полного отсутствия потребления. А это, в свою очередь, позволяет задействовать ветряные генераторы меньшей мощности, чем суммарная мощность бытовых электроприборов.

В ходе конвертации электротока по схеме переменный-постоянный-переменный происходят определённые потери энергии, которые составляют примерно 20%

Вместе с автономной ветряной станцией можно устанавливать и солнечные модули, и топливные генераторы.

Если задействовано сразу несколько устройств для получения электричества, схему дополняют ещё одним элементом – автоматическим выключателем (ABP). Он необходим, чтобы при отключении одного источника альтернативной энергии запускался другой – резервный.

В составе современных ветряных станций используются различные конструкции роторов – вращающихся частей. Они имеют свои преимущества и недостатки, разную эффективность и функциональные возможности. В настоящее время существует много разработок автономных систем, способных взаимодействовать с ветрами разной скорости и силы.

Принцип работы

Как уже говорилось, ВЭС имеют роторную или крыльчатую конструкцию. Роторные станции, как правило, имеют устройства с вертикальной осью вращения. Они во многом удобнее, чем крыльчатые, так как не издают при работе сильный шум и не требовательны к установке по направлению ветра. При этом, роторные конструкции менее эффективны и могут использоваться на небольших частных станциях.

Крыльчатые устройства способны выдавать максимальный эффект. Они используют получаемую энергию намного эффективнее, чем роторные образцы, но нуждаются в правильном ориентировании по отношению к потоку, что означает присутствие дополнительных приспособлений или оборудования.

Все виды действуют по одному принципу — поток ветра раскручивает подвижную часть, которая передает вращение на генератор, вследствие чего в системе образуется электроток. Он заряжает аккумуляторы, от которых питаются инверторы, преобразующие полученный ток в стандартное напряжение и частоту, подходящие для приборов потребления.

Для обеспечения большого числа потребителей отдельные ветрогенераторы соединяются в систему, образуя станции — ВЭС.

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

Консуэгра

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 — 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.