Основная часть
Мельница – источник энергии
Никто не знает когда и кем были изобретены ветряные мельницы. Лодки могли передвигаться под прямым углом к ветру, слегка наклонив паруса. Подобным образом действуют крылья ветряной мельницы, двигаясь по кругу, когда попадают под прямой угол к ветру. Ветряная мельница напоминает огромный пропеллер.
Впервые ветряная мельница была использована в Голландии около 800 лет назад для осушения полей от воды. В большинстве стран мельницы строились около рек потоков, там же сооружались водяные плотины, и вода могла приводить плотину в движение. Но в равнинных странах реки текут настолько плавно и медленно, что не могут быть использованы для этой цели. Поэтому строились ветряные мельницы для обмолота зерна.
В Голландии в направлении ветра на мельницах поворачивались только крыши (Приложение 2).Это делалось с помощью маленькой мельницы, которая располагалась на другой стороне крыши, перпендикулярно к большой. Когда маленькая мельница начинала работать, она приводила в движение механизм. Этот механизм крутил колесики, на которых устроении крыша. И вскоре большая мельница поворачивалась к ветру. Крылья мельницы обычно изготавливают из дерева, натягивая на них холст или парусину. К крыльям крепятся веревки, чтобы можно было остановить мельницу, если ветер слишком сильный. Крылья иногда достигают 12 метров в длину.
В Германии мельница отличается другой особенностью. Чтобы улавливать переменный ветер, она вращается вокруг своей оси вся целиком (Приложение 3). Основной северной мельницы и ее осью служит толстый сруб – «мертвяк», глубоко врытый в землю, и прочный бревенчатый сруб – фундамент. Чтобы лучше ловить ветер, мельницы часто поднимают высоко над землей, а мертвяк при этом для прочности обстраивают на всю высоту бревенчатыми пирамидальным срубом – «костром».
Усовершенствованные ветряные мельницы все еще применяются. Они сделаны главным образом из гальванизированных стальных листов. На них установлен руль, поворачивающий мельницу так, чтобы поймать ветер, дующий в любом направлении. Они являются дешевым источником энергии для накачивания воды из колодцев, для орошения полей и для кормления скота на пастбище.
И это еще не все! Существовали мельницы-мукомольни, мельницы-лесопилки, мельницы-шерстобитни, выжимальщицы масла из семян льна и репейника (Приложение 4)…
Мельницы перетирали древесину для производства бумаги, дробили дубовую кору, потребляемую кожевенным производством, мололи пряности, привозимые кораблями с Востока.
Существуют также ветряные мельницы, которые качают подземную воду из глубины на поверхность. А известный специалист по гидравлике Жан Лиуотер (1575 – 1650) смог осуществить осушение озер с помощью насосов, приводимых в действие ветряными мельницами.
Вывод:
Таким образом мы доказали, что мельница является наиболее дешевым источником энергии для накачивания воды, орошения полей, обмолота зерна и многого другого.
Работа турбины
В наше время для получения энергии чаще всего используют турбины (Приложение 5).
В вольном переводе с латинского слово «турбина» означает «волчок. Так стали называть в середине 19 века вращающиеся устройства – первичные двигатели, в которых энергия воды пара или газа преобразуется в механическую энергию, т. е. в работу.
Устройство турбины несложно (Приложение 6). Она состоит из двух рядов изогнутых лопаток, один из которых размещается в неподвижном корпусе, а второй на вращающемся рабочем классе. Вода, газ или пар по неподвижным направляющим лопаткам поступает к лопаткам рабочего колеса и давит на них, заставляя вращаться.
В зависимости от того, какое вещество (рабочее тело) заставляет вращаться турбину, они делятся на гидравлические (гидротурбины), паровые и газовые. Основы теорий паровых и газовых турбин создал в конце прошлого века знаменитый чешский ученый А. Стодола.
В различных типах турбин изменение направления струи воды или пара достигается различными устройствами. Примером такого устройства служит паровая турбина, главной частью которой является колесо с лопатками (ротор), косо насаженными на обод. Силовая струя пара ударяется о лопатки, отражаясь от них, изменяет свое направление. При этом возникает сила реакции, действующая со стороны струи на лопатки. Эта сила и вращает колесо турбины. Несколько иначе устроены водяные турбины гидростанций, но и здесь турбину вращает сила реакции струй воды, отклоняемых лопастями.
На этом же явлении реакции струи основано действие ветряных мельниц и ветродвигателей. Набегающий поток воздуха отклоняется крыльями ветряной мельницы, косо насаженными на ось. При этом на каждое крыло действует сила реакции потока воздуха, которая вращает крылья ветряного двигателя.
Наиболее часто ветряки используют для обмолота зерна или накачивания воды. Приводимое в движение ветром колесо, которое называется ветряным колесом, состоит из нескольких точно сбалансированных (уравновешенных) крыльев, или парусов, которые расходятся во все стороны от оси вала. Когда ветер дует на крылья, ветряное колесо крутится, и вращается вал. Эта вращающая сила передается через шестеренки от вала к тем частям механизма, которые выполняют работу. Источником энергии в данном случае выступает ветер, а не механизм.
Несмотря на то, что при конструировании современных турбин используются все достижения современной науки и техники, их теорию до сих пор нельзя считать завершенной. Математические уравнения, описывающие движение воды, пара или газа по лопаткам турбины, еще не решены.
Вывод:
Из выше изложенного следует, что ветряк работает по тому же принципу, что и паровая турбина.