Вятърна мелница: как работи, история и приложения

Вятърната мелница е механично устройство, което преобразува енергията на вятъра във въртеливо движение. За това преобразуване се използват въртящи се лопатки — наричани още платна или перки, които прихващат силата на вятъра и я предават на валове и механизми.

Как работи

Основните части на типична вятърна мелница са въртящият се ротор (с лопатките), валовете, предавките и работният механизъм в долната част — например каменни жрца за смилане или помпа за вода. Когато вятърът духа, лопатките се завъртат и завъртат главния вал. Чрез система от предавки това въртене се усилва или забавя и се насочва към изпълнителния механизъм (смилане, изпомпване, рязане или генератор за производство на електричество).

История

Вятърните мелници имат дълга история — първите примитивни форми се появяват преди много векове в Азия и Близкия изток, а по-късно се развиват и в Европа. В миналото те често са използвани за смилане на зърно в брашно за приготвяне на хляб, а в някои региони и за отводняване на земи. В течение на времето конструкциите се усъвършенстват — появяват се различни видове остъкления и управление на ъгъла на платната, за да работят по-ефективно при променливи ветрове.

Приложения

Енергията, произведена от вятърните мелници, може да се използва по различни начини:

• смилане на зърно или подправки;
• изпомпване на вода (напояване, отводняване на блата и др.);
• рязане на дърва и други механични работи;
• производство на електрическа енергия с помощта на модерни турбини.

Съвременните вятърни машини за производство на електроенергия се наричат от инженерите вятърни турбини, а в разговорния език често просто вятърни мелници. Тези турбини преобразуват кинетичната енергия на вятъра в механична, а след това в електрическа чрез генератор.

Видове и конструкции

• Класически хоризонтален ротор — най-разпространеният тип, при който оста на въртене е хоризонтална; подходящ за големи турбини.
• Вертикален ротор — оста е вертикална; използва се в специфични приложения и в тесни урбанизирани пространства.
• Традиционни вятърни мелници — с платна и механични предавки за смилане или помпане.

Предимства и ограничения

• Предимства: възобновяем източник на енергия, ниски оперативни разходи след инсталиране, липса на директни емисии при работа.
• Ограничения: зависимост от наличието и силата на вятъра, променливо производство на енергия, визуално и шумово въздействие в някои места, възможно въздействие върху птици и прилепи.

Поддръжка и културно значение

Традиционните вятърни мелници често са част от историческото и културно наследство на много региони и се запазват като музеи или туристически атракции. Модерните вятърни паркове изискват редовна поддръжка на перата, лагерите, трансмисионните системи и електрониката, за да се гарантира дълъг и безопасен експлоатационен живот.

Вятърната мелница — и в историческия, и в съвременния си вариант — остава важен пример за това как природната сила на вятъра може да бъде използвана за практични нужди и за производство на чиста енергия.

История

За орган, задвижван от ветроходно колело, пише гръцкият инженер Херо през II в. от н.е. Възможно е това да е първата машина в историята, която използва силата на вятъра. Към 60 г. от н.е. в Източна Персия (Систър) се използват вятърни мелници с вертикални оси. Вятърните мелници с хоризонтална ос са изобретени в Северозападна Европа през 80-те години на ХІХ век. Това е видът, който често се използва днес.

Ранна история

Първите вятърни мелници са имали дълги вертикални валове с правоъгълни лопатки. Те са съществували в Персия през IX век. Съществува история за вятърна мелница и втория халиф Умар (634\644 г.). Не е известно дали това е истинска история. Тези вятърни мелници са били направени от шест до дванадесет платна. Платната са били покрити с тръстикова рогозка или плат. Те са се различавали много от европейските версии. Подобен тип вятърна мелница с вертикален вал и правоъгълни лопатки може да се открие и в Китай през XIII век. Те са били използвани за напояване.

 
Вятърно задвижван орган на героя (реконструкция)  

Как работят

Лопатките или платната на вятърната мелница се въртят от вятъра. Зъбните колела и зъбните колела карат задвижващия вал във вятърната мелница да се върти. Във вятърна мелница, използвана за производство на брашно, той завърта мелещите камъни. Докато камъните се въртят, те раздробяват пшеницата (или друго зърно) между тях. Във вятърна мелница, използвана за изпомпване на вода, въртенето на задвижващия вал движи бутало. Буталото може да засмуква и изтласква вода, докато се движи нагоре-надолу. Във вятърна мелница, използвана за производство на електроенергия, задвижващият вал е свързан с много зъбни колела. Това увеличава скоростта и се използва за завъртане на генератор за производство на електроенергия.

 
Зъбни колела и зъбни колела в стара вятърна мелница  

Вятърните мелници в културата и литературата

В книгата на Мигел де Сервантес "Дон Кихот де Ла Манча" има важна сцена, в която Дон Кихот напада вятърни мелници. Той смята, че те са жестоки великани. Поради това Ла Манча и нейните вятърни мелници са известни. Оттук произлиза и фразата "tilting at windmills" ("накланяне на вятърни мелници"). Тя означава безполезно действие. "Мулен Руж" се превежда директно от френски и означава Червена вятърна мелница.

 
Испански вятърни мелници в Ла Манча.  

Въпроси и отговори

В: Какво представлява вятърната мелница?

В: Как може да се използва енергията, произведена от вятърните мелници?

Въпрос: Как инженерите наричат съвременните машини за вятърна енергия?

В: Как най-често са се използвали вятърните мелници преди съвременността?

В: Откога се използват вятърните мелници в историята?

В: Как се наричат лопатките на традиционната мелница?

Търсене по буква