Ветряная мельница: интересные факты. История мельницы Мельница история изобретения

Ветряная мельница

На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы , для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Ветряная мельница" в других словарях:

Ветряк, ветрянка (прост.) Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александрова. 2011. ветряная мельница сущ., кол во синонимов: 7 … Словарь синонимов

ВЕТРЯНАЯ МЕЛЬНИЦА, устройство, приводимое в действие ветром, вращающим крылья или лопасти. Первые известные ветряные мельницы были построены на Среднем Востоке в VII в. В Европу это техническое новшество проникло в Средние века. На заре… … Научно-технический энциклопедический словарь

ветряная мельница - — EN windmill A machine for grinding or pumping driven by a set of adjustable vanes or sails that are caused to turn by the force of the wind. (Source: CED)… … Справочник технического переводчика

Пейзаж с ветряными мельницами нам более знаком на полотнах европейских мастеров живописи восемнадцатого-девятнадцатого века.

Сейчас множество работающих ветряных мельниц можно увидеть только в Нидерландах. Правда, они там вовсе не муку мелют, хотя есть и такие. Они откачивают воду из одних каналов в другие. Как же была устроена ветряная мельница? Увидеть это можно разве что в Прибалтике и самих Нидерландах. Первое, что нужно сделать, чтобы она хорошо работала, - поймать ветер. Для этого ее крышу разворачивали в нужном направлении с помощью специального колеса и рычага. Колесо как раз и было связано с крышей. Когда крыша достигала требуемого положения, колесо стопорили специальной цепью. Затем отпускали специальный тормоз, и крылья мельницы начинали вращаться, сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Вал, на котором крепились крылья, через деревянные передавал вращение на главную вертикальную ось.

Применение.

Далее устройство ветряной мельницы могло быть разным. С ее помощью откачивали воду, отжимали масло из семян, даже изготавливали с ее помощью бумагу и пилили лес, ну и, конечно, мололи муку. Мельница для муки делала свою работу с помощью все тех же каменных жерновов. С появлением парового и других видов двигателей она, можно сказать, утратила свое значение для промышленности. Но в наше время, когда люди учатся беречь энергию и природу, ветряная мельница возродилась в другом качестве, как дешевый и экологичный источник электроэнергии. Сотни ветряков, ее правнуков, работают в Голландии, Нидерландах и Германии. В США, Канаде и Австралии отдаленные фермерские хозяйства с успехом используют ветровые генераторы для производства электричества для нужд дома и хозяйства.

Декоративный элемент. Его строительство.

Сегодня ветряная мельница получила популярность в качестве декоративного элемента приусадебного хозяйства. Сделать ее несложно. Такая мельница, своими руками собранная возле загородного дома или дачи, украсит любой уголок сада. Начинается работа с изготовления фундамента. Роется яма на глубину 70 см, и закладывается кирпичный фундамент. Из 50х50 сваривается каркас по размерам 80х120х270. Каркас обшивается брусом 40х40. Можно конструкцию сверху обшить вагонкой. Каркас устанавливается на фундамент. Древесину сверху покрывают защитной пропиткой в несколько слоев. Изнутри корпус утепляется пенопластом и фанерой. Далее выполняется крыша. На стропила крыши стелется сплошная обрешетка, которая затем укрывается рубероидом в два слоя. На рубероид укладывается кровельный материал. Затем собирается механизм. Подбирается и устанавливается ось и два подшипника. Собираются лопасти из деревянных планок с сечением 20х40мм, которые скрепляются с помощью саморезов. Лопасти устанавливаются на ось. Верхняя часть фундамента также обшивается брусом. Внутреннее помещение можно использовать для хранения, например,

Сегодняшняя наша публикация посвящена истории изобретения мельницы — устройства, которое использует не мышечную энергию человека или животных, а энергию сил природы: воды и ветра.

Водяные мельницы

Первыми были изобретены водяные мельницы . В них происходило преобразование энергии водяного потока в энергию вращения. Это простейшее устройство состояло из основного , двух цевочных колес и рабочего органа – двух жерновов: подвижного и неподвижного. Первые мельницы появились на горных речках и быстро распространились повсюду, где можно создать перепад воды.
В XI–XII веках помол на ручных мельницах был повсеместно прекращен. Водяные мельницы в то время ставились не только на реках: на территории современного Ирака в Басре были построены мельницы в устьях каналов, питавшихся водой за счет приливов. Они приводились в движение водой, отступавшей во время прилива. В Месопотамии на Тигре действовали плавучие мельницы. Мельницы Мосула висели на железных цепях посреди реки.

Вначале основным назначением мельниц был помол зерна. Но в XII в. жернова были заменены так называемыми кулаками, предназначенными для выполнения совсем другой работы. В простейшем варианте на главном валу мельницы вместо цевочного колеса был жестко закреплен кулак, управлявший рабочим органом. В XII–XIII веках появились сукноваляльные, железо– и делательные мельницы.

Стремление повысить мощность заставляло строить гидравлические установки больших размеров. Во Франции мастер Р. Салем под руководством А. де Виля соорудил в 1682 г. крупнейшую гидросиловую установку из 13 колес, диаметр которых достигал 8 м. Колеса, установленные на реке Сене, приводили в действие 235 насосов, поднимавших воду на высоту 163 м. Эта система, снабжавшая водой фонтаны королевских парков в Версале и Марли, получила у современников название «чудо Марли».

Больших успехов в области строительства гидротехнических сооружений добился русский изобретатель К. Д. Фролов на Колывано-Воскресенских рудниках Алтая. В 70-х годах XVIII в. на Алтае начали разработку серебряных руд, залегавших на более глубоких горизонтах. Использовавшиеся ранее водоотливные подъемные машины, приводимые в движение вручную или конной тягой, не могли обеспечить откачку воды и подъем руды на поверхность. Для увеличения количества добываемой руды Фролов разработал проект строительства комплекса вододействующих установок. После длительной борьбы с чиновниками Горного ведомства К. Д. Фролову удалось добиться утверждения своих предложений. В течение 1783–1789 гг. он внедрил свой проект. Это было самое крупное гидротехническое сооружение XVIII века.

К. Д. Фролов построил плотину высотой 17,5 м, шириной по верху 14,5 м, в основании – 92 м, длиной 128 м, создававшую необходимый напор воды.

Ветряные мельницы

В Афганистане ветряные мельницы впервые появились в IX в. Лопасти ветряного колеса располагались в вертикальной плоскости и были прикреплены к валу, который и приводил в действие верхний жернов. Почти одновременно с ветряными мельницами были изобретены и регулирующие устройства. Они были необходимы, поскольку крылья мельницы были связаны с жерновом практически напрямую и, следовательно, скорость его вращения очень зависела от капризов ветра. В Афганистане все мельницы и водочерпальные колеса приводились в движение господствующим северным ветром, поэтому ориентировались только по нему. На мельницах были устроены люки, которые открывались и закрывались, чтобы регулировать силу ветра.

В Европе ветряные мельницы появились в XII в., в основном в тех местах, где было недостаточно рек. По своей конструкции они отличались от водяных мельниц лишь положением движителя и главного вала.

Различают два вида ветряных мельниц. В первом при смене направления ветра поворачивается весь корпус мельницы, во втором – лишь головная часть.

Следует отметить, что ветряные мельницы, которые являются неотъемлемой частью пейзажа Голландии, предназначены не для помола зерна, а для откачки воды. Поэтому можно отметить, что изобретение, сделанное в Афганистане, помогло сохранить европейскую страну.

На десерт предлагаем посмотреть видео о необычных механизмах, за работой которых интересно наблюдать.

Как друг на друга повлияли три элемента древнейших технологий человечества: колесо, гончарный круг и жернова? Но совершенно однозначно, что уже в эпоху позднего неолита c этих трёх приспособлений и начиналось то, что мы называем «прогрессом». Об арбалетах, дверных замках и часах ещё никто и не задумывался, а жернова уже вертелись. Ещё в древнейшие времена растирание зерна в муку стали выполнять на вращающихся один относительно другого жерновах. Довольно долго они продолжали крутиться, благодаря усилию человеческих рук. Возможно, применение механической силы оказалось впервые востребовано в производстве муки потому, что очень уж этот труд монотонен и непроизводителен. Величайшим открытием в истории человечества, сопоставимым, пожалуй, только с умением пользоваться огнём, стало применение для работы механического устройства силы, отличной от мускульной. Вода и ветер - вот что впервые призвано на помощь. Как происходил процесс превращения зерна в муку? По лежащему горизонтально нижнему жернову двигался вращательно верхний жернов, имеющий отверстие в середине. В это отверстие засыпали зерно. Оно перетиралось в муку по мере продвижения к внешнему краю. Для облегчения процесса помола на жернова наносились радиальные прямые или спиралевидные канавки. Установить тяжеленные каменные круги вертикально тогда было невозможно, да и как к ним подводить тогда зерно для помола? Вал, который передаёт к верхнему камню усилие, располагался вертикально.

Один из самых ранних типов мельниц. Ротор (вращающаяся часть) ветряка расположен на вертекальной оси и его вал непосредственно соединенён с верхним жёрновом.
Ветроулавливающие стены направляют поток воздуха на половину ветряка, и заставляют его вращаться. Такие мельницы известны с VII века нашей эры и впервые, возможно появились в Персии. Макет из Немецкого музея (Модель в масштабе 1:20. Инв № 79235) воспроизводит персидскую мельницу XVIII в.

На больших жерновах к нему прикрепили рычаги, которые толкали работники, обходя жернов по кругу. Потом в рычаги впрягли животных. В тот момент, когда вместо рабов и животных стали использовать паруса, родился один из первых в истории человечества механический привод. Ветер вращал конструкцию из нескольких полотнищ, закреплённых на спицах гигантского колеса. И она приводила в движение верхний жернов. Никаких передач, и, следовательно, потерь мощности: прото-ротор работал при любом направлении ветра. Аналогичная схема встречалась и в Персии. Только там мягкие паруса были заменены жесткими деревянными лопастями, вся конструкция вытянулась в высоту, а сооружение было дополнено стенами для направления ветра. Такая мельница была несколько производительнее, но, к сожалению, она работала только при определенном направлении и силе ветра. И тут уместно вспомнить, что одновременно с ветровым приводом уже существовало водяное колесо, но оно вначале не использовалось для помола, а только для подъёма воды при искусственном орошении в земледелии. Для того, чтобы сила воды смогла привести в движение жернова необходимо было изобретение угловой передачи, позволявшую поворачивать рабочий вал под прямым углом. Такие сложности были неизбежны по тому, что ни поставить жернова на ребро, ни расположить колесо, приводимое силой падающей воды, горизонтально не удавалось. И как только с задачей поворота усилия справились, водяные колёса стали вращать жернова. В период поздней античности такие конструкции были довольно хорошо проработаны. Водяные мельницы широко распространилось в Европе и благополучно пережив крах Римской империи продолжали использоваться и в средневековье. Где то на юге Европы в начале второго тысячелетия нашей эры впервые «скрестили» привод водяной мельницы с ветряком, создав тот самый образец, который просуществовал с начала XII века до начала века XX.

Несмотря кажущуюся простоту конструкции и солидную давность изобретения, пирамида знаний и технологий, на вершине которой оказалась первая механическая мельница с ветровым приводом, была уже довольно велика. Здесь были и знания об обработке металлов, без которых нельзя сделать инструменты для работы с деревом, и колесо, а также его производная - ещё примитивная, но уже работающая передача из штифтовых и цевочных колёс, и керамика, аэродинамика (пока на уровне экспериментов и догадок, но…) и даже знания о погоде и преобладающих ветрах, т. е. зачатки метеорологии. Первые ветряные мельницы относились к башенным и не имели механизма поворота ветряка. Сам ветряк представлял собой мягкую конструкцию из косых парусов, натянутых на спицы колеса-реи. Позже паруса сменились лопастями. Домик-башня вместе с жерновами, механизмами, ветряком и мельником (как на картине Яна Брейгеля Старшего) стал поворачиваться на ветер. Возможно, что в народный фольклор в виде «избушки, что поворачивается к лесу задом, ко мне передом» вошла именно такая мельница. Козловую конструкцию, на которую опиралась мельница, назвать иначе, чем «куриной ногой», просто невозможно. В России такую мельницу называли столбовка, или немецкая мельница. Со временем столбовка сменилось устройством для поворота только шатра с ветряком. В этом случае поворот на ветер выполнялся намного легче. Неподвижную башню стали делать более прочной - каменной или кирпичной, что повышало срок эксплуатации и устойчивость к воздействию стихии. Мельницы, постепенно совершенствуясь, исправно мололи, пилили, толкли и перетирали до начала XX века. Только в Германии в 1910 году насчитывалось 22 000 ветряков, к 1938 году их осталось только 4500. После Второй мировой ветряные мельницы практически не использовались. Александр Иванов

Водяное колесо - первый в истории человечества механический привод. вода по специальному желобу подводится к колесу сверхи и своим весом заставляет его вращаться. Такие колёса использовались в горной промышленности в качестве привода лебёдок и подъёмниеов. При расходе воды примерно 50 л/сек. колесо развивает до 1,3 КВт мощности. Первые колёса появились ещё в Месопотамии 3000 лет назад и использовались для орошения. Два тысячелетия назад их стали применять на на водяных мельницах. Один из самых ранних типов мельниц. Ротор (вращающаяся часть) ветряка расположен на вертекальной оси и его вал непосредственно соединенён с верхним жёрновом. Ветроулавливающие стены направляют поток воздуха на половину ветряка, и заставляют его вращаться. Такие мельницы известны с VII века нашей эры и впервые, возможно появились в Персии. Макет из Немецкого музея (Модель в масштабе 1:20. Инв № 79235) воспроизводит персидскую мельницу XVIII в. Башенная мельница. Хотя макет в немецком музее (Масштаб 1:20. Инв. №79227) повторяет мельницу с острова Крит 1850 года постройки, мельницы с ветряком, оснащённым парусами появились в средиземноморском регионе в начале первого тысячелетия нашей эры. Сложная пространственная конструкция ветряка со спицами-реями, на которых закреплены паруса. Верёвочные растяжки воспринимают осевую ветровую нагрузку и делают всю конструкцию простой и надёжной. Ян Брейгель Старший. Дорога после наводнения, 1614
Однако идея приспособить к работе энергию ветра не умерла. В 2012 году ветроэлектростанции всего мира выработали 430 тераватт-часов (2,5% всей произведённой человечеством электрической энергии). Их суммарная мощность достигает 283 гига­ватт, что составляет около ¾ мощности всех атомных электростанций планеты. В Дании, например, треть всей электроэнергии вырабатывается ветряками, а Германия к 2020 году намеревается довести выработку до 20% от общего энерго­потреб­ления, а к 2030 - до половины от всего объёма.

Первыми инструментами для измельчения зерна в муку были каменная ступка и пестик. Некоторым шагом вперед по сравнению с ними явился метод перетирания зерна вместо толчения. Люди очень скоро убедились, что при перетирании мука получается гораздо лучше.

Каменные ступки и пестики

Однако это также была крайне утомительная работа. Большим усовершенствованием стал переход от движения терки вперед и назад к вращению. Пестик сменился плоским камнем, который двигался по плоскому каменному блюду. От камня, который перетирает зерно, было уже легко перейти к жернову, то есть заставить один камень скользить при вращении по другому. Зерно понемногу подсыпалось в отверстие в середине верхнего камня жернова, попадало в пространство между верхним и нижним камнем и растиралось в муку.

Ручная мельница

Эта ручная мельница получила самое широкое распространение в Древней Греции и Риме. Конструкция ее очень проста. Основанием мельницы служил камень, выпуклый посередине. На его вершине располагался железный штифт. Второй, вращающийся камень имел два колоколообразных углубления, соединенных между собой отверстием. Внешне он напоминал песочные часы и был внутри пустой. Этот камень насаживали на основание. В отверстие вставлялась железная полоса. При вращении мельницы зерно, попадая между камнями, перетиралось. Мука собирались у основания нижнего камня. Подобные мельницы были самых разных размеров: от маленьких, вроде современных кофемолок, до больших, которые приводили во вращение два раба или осел.

С изобретением ручной мельницы процесс размалывания зерна облегчился, но по-прежнему оставался трудоемким и тяжелым делом. Не случайно, именно в мукомольном деле возникла первая в истории машина, работавшая без использования мускульной силы человека или животного. Речь идет о водяной мельнице. Но сначала древние мастера должны были изобрести водяной двигатель.

Древние водяные машины-двигатели развились, по-видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, которые насаживались на обод большого колеса с горизонтальной осью. При повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб. Сначала такие колеса вращались вручную, но там, где воды мало, а бежит она по крутому руслу быстро, колесо стали снабжать специальными лопатками. Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека.

Реконструкция водяной мельницы (I в.)

Изобретение водяного колеса имело огромное значение для истории техники. Впервые человек получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. Вскоре стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать не только для качания воды, но и для других надобностей, например, для перемалывания зерна. В равнинных местностях скорость течения рек мала для того, чтобы вращать колесо силой удара струи. Для создания нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направлять струю по желобу на лопатки колеса.

Водяная мельница

Однако изобретение двигателя сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение. Разрешая эту проблему, древние механики опять обратились к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим образом. Представим себе два колеса с параллельными осями вращения, которые плотно соприкасаются своими ободьями. Если теперь одно из колес начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободьями начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободьях, равны. Это справедливо при всех диаметрах колес.

Стало быть, большее колесо будет делать по сравнению со связанным с ним меньшим во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если мы разделим диаметр одного колеса на диаметр другого, то получим число, которое называется передаточным отношением данной колесной передачи. Представим себе передачу из двух колес, в которой диаметр одного колеса в два раза больше, чем диаметр второго. Если ведомым будет большее колесо, мы можем с помощью этой передачи в два раза увеличить скорость движения, но при этом в два раза уменьшится крутящий момент.

Такое сочетание колес будет удобно в том случае, когда важно получить на выходе большую скорость, чем на входе. Если, напротив, ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится в два раза. Эта передача удобна там, где требуется "усилить движение" (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ободом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие, и колеса проскальзывают. Этот недостаток можно устранить, если вместо гладких колес использовать зубчатые.

Первые колесные зубчатые передачи появились около двух тысяч лет назад, однако широкое распространение они получили значительно позже. Дело в том, что нарезка зубьев требует большой точности. Для того чтобы при равномерном вращении одного колеса второе вращалось тоже равномерно, без рывков и остановок, зубцам необходимо придавать особое очертание, при котором взаимное движение колес совершалось бы так, как будто они перемещаются друг по другу без скольжения, тогда зубцы одного колеса будут попадать во впадины другого. Если зазор между зубьями колес будет слишком велик, они станут ударяться друг о друга и быстро обломаются. Если же зазор слишком мал - зубья врезаются друг в друга и крошатся.

Расчет и изготовление зубчатых передач представляли собой сложную задачу для древних механиков, но уже они оценили их удобство. Ведь различные комбинации зубчатых колес, а также их соединение с некоторыми другими передачами давали огромные возможности для преобразования движения.

Червячная передача

Например, после соединения зубчатого колеса с винтом, получалась червячная передача, передающая вращение из одной плоскости в другую. Применяя конические колеса, можно передать вращение под любым углом к плоскости ведущего колеса. Соединив колесо с зубчатой линейкой, можно преобразовать вращательное движение в поступательное, и наоборот, а присоединив к колесу шатун, получают возвратно-поступательное движение. Для расчета зубчатых передач обычно берут отношение не диаметров колес, а отношение числа зубьев ведущего и ведомого колес. Часто в передаче используется несколько колес. В таком случае передаточное отношение всей передачи будет равно произведению передаточных отношений отдельных пар.

Реконструкция водяной мельницы Витрувия

Когда все затруднения, связанные с получением и преобразованием движения, были благополучно преодолены, появилась водяная мельница. Впервые ее детальное устройство описано древнеримским механиком и архитектором Витрувием. Мельница в античную эпоху имела три основные составные части, соединенные между собой в единое устройство: 1) двигательный механизм в виде вертикального колеса с лопатками, вращаемого водой; 2) передаточный механизм или трансмиссию в виде второго вертикального зубчатого колеса; второе зубчатое колесо вращало третье горизонтальное зубчатое колесо - шестерню; 3) исполнительный механизм в виде жерновов, верхнего и нижнего, причем верхний жернов был насажен на вертикальный вал шестерни, при помощи которого и приводился в движение. Зерно сыпалось из воронкообразного ковша над верхним жерновом.

Конические зубчатые колеса

Цилиндрические зубчатые колеса с косыми зубьями. Зубчатое зубчатая линейка

Создание водяной мельницы считается важной вехой в истории техники. Она стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла античная механика, и исходной точкой для технических поисков механики Возрождения. Ее изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.

Смотрите другие статьи раздела .