Схема вращения крыльев мельницы

Как работает ветровая мельница в ветряную погоду

Прародители ветровых мельниц появились почти четыре тысячи лет назад в Египте. Изначально ветряная мельница имела постоянное направление лопастей и ременной привод к оси каменного жернова. Позже в конструкции появились шестерни и подшипники, поворотные механизмы. Такое устройство без радикальных изменений успешно использовалось до начала прошлого века и сейчас тоже имеет применение.

  • Причины успеха энергии ветра
  • Как ветер крутит лопасти
  • Как рассчитать крылья мельницы
  • Разновидности лопастей ветряков
  • Статистика и перспективы

Причины успеха энергии ветра

Характеристики ветровой энергии уникальны. Заслуживают отдельного упоминания свойства, ставшие причиной длительного успеха ветряных мельниц. Сравнение характеристик источников энергии позволяет понять столь продолжительное и географически широчайшее применение энергии ветра:

  • ветер бесплатен и неиссякаем. Такое можно сказать только о воде, солнце и геотермальных источниках. Ядерная энергия, уголь, нефть этим похвастаться не могут;
  • преобразование ветра – экологически чистый процесс, как и у всех природных источников энергии. А вот нефть, уголь и ядерные реакции при преобразовании производят отходы, вредные для флоры и фауны, в том числе человека;
  • ветер доступен в любом месте планеты. Так можно сказать еще и о солнечной энергии. Больше ни один источник энергии так не распространен;
  • перевести ветровую кинетическую энергию очень просто. Такая же простота присуща только для энергии речной воды. Из любого другого источника получить кинетическую энергию позволят только по сложным технологиям, создавая специальные сооружения и устройства, постоянно их контролируя и управляя процессом.

Но есть у ветра и недостатки. Например, вошедшее в поговорку непостоянство. Направление ветра меняется так часто, что пришлось даже создавать мельницы с вращающимся корпусом. А изменение силы ветра от ураганной до штиля не позволяет рассчитывать на стабильность поступления энергии. Другие природные источники энергии тоже нестабильны и со своими недостатками. Солнце не дает энергии по ночам, а днем может уйти за тучи. Реки есть не везде, а там, где есть, могут пересохнуть или замерзнуть на месяцы.

Еще одним минусом является малая плотность ветра – 1,29 кг/м3. К примеру, плотность воды составляет почти тонну. Для получения одинаковой по величине энергии площадь лопастей у ветряной мельницы должна быть в 750 раз больше, чем у водяной. А для таких конструкций должен быть и соответствующий корпус.

Но, тем не менее, почти четыре тысячи лет ветер был востребован, как источник энергии, на Европейском, Азиатском и Африканском континентах. И сейчас о нем не забывают.

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.

Как рассчитать крылья мельницы

Сначала нужно решить, для чего и где строить мельницу. Обычно ветровая машина ставится на открытой местности, например – на даче. Если вокруг забора близко и плотно растут деревья, придется делать высокий корпус для ветряка. В этом случае обязательно потребуется фундамент.

Фундамент нужен и невысоким, но тяжелым корпусам. Для дачных дел достаточно по периметру будущего строения уложить на глубину до 0,7 метра бетон или плотные ряды кирпичей. Для декоративных сооружений достаточно подмостить и утрамбовать один слой кирпича, изолирующего сооружение от влаги.

Теперь надо решить, для чего следует строить мельницу. Вариантов много:

  • для подъема воды из скважины;
  • для получения электроэнергии;
  • для отпугивания кротов;
  • для хранения садовых инструментов;
  • в декоративном назначении.

Порядок вариантов представлен по снижению требований к мощности устройства, т.е. по упрощению механизма. Определение требований к дизайну остается правом и обязанностью владельца.

Сразу запомним, что реальная мощность бытового ветряка не превышает 500 Вт при скорости ветра 5-8 м/с. Однако электроэнергию можно накапливать, включая при необходимости мощные потребители на короткий срок. Например, насос для подъема воды.

Главное в ветряке, это лопасти. В первую очередь для определения конструкции лопастей нужно знать о том, что чем больше мощность – тем большую площадь проекции на плоскость вращения должны иметь лопасти. Это достигается увеличением количества, длины, площади и угла разворота лопастей.

Для расчета средней мощности конструкции потребуется знание силы обычных для местности строительства ветров. Кроме того, лопасти мельницы должны быть перпендикулярны преобладающим направлениям ветра. Эти сведения следует узнать в сети Интернет по запросам “статистика скорости ветра” и “роза ветров” для своего региона.

Осталось подсчитать размер лопастей. Например, средний ветер 5 м/с, а потребляемая мощность электроприбора 100 Вт. Потери на преобразование кинетической энергии вращения оси мельницы в электрическую составят порядка 20% – 40%.

Коэффициент полезного действия можно посчитать, учитывая точные паспортные значения КПД генератора на оси, выпрямителя, стабилизатора, преобразователя постоянного тока в переменный напряжением 220 В. При расчете проценты потерь не суммируются, надо последовательно перемножить КПД каждого прибора, чтобы получить КПД системы преобразования вращения в электричество. Еще половина мощности ветра теряется на лопастях.

Снизить потери преобразования можно исключив, например, преобразователь постоянного тока в переменный, если исполнительное устройство может работать от аккумулятора. Отсутствие какого-либо другого устройства также возможно, если напряжение и ток не имеют большого значения для работы устройства – например, небольшая лампочка накаливания, еще практичнее – светодиодная.

Мощность ветрогенератора прямо пропорциональна плотности воздуха, умноженного на скорость ветра в третьей степени (для 5 м/с – 125). Если разделить результат на удвоенную площадь проекции лопастей на плоскость вращения,получается мощность, которую может выработать генератор на оси вращения лопастей.

Для примера можно посчитать площадь проекции для 4 лопастей шириной 0,5 м, образовывающих при вращении круг диаметром 2 м, закрепленные под углом 60 градусов к плоскости вращения. Площадь по формуле d/2*sin(30)*0.5*4 равна 2/2*0,25*4=1 квадратному метру.

Такая конструкция, при наиболее распространенном в России среднем значении скорости ветра 5 м/с, получает от ветра энергию в количестве 1,29*125/2*1 = 80 Вт. Снять половину на преобразование во вращательное движение, убрать 25% на преобразование в электроэнергию и останется около 30 Вт для потребителей. Максимальная ветровая мощность при таком ветре на лопастях, полностью перекрывающих в проекции площадь круга, может вырасти в 3,14 раза. В итоге потребителю достанется максимум около 100 Вт. Не так уж и плохо.

Если в декоративных целях использовать светодиоды, размеры мельницы изменятся до смешных, был бы низкий ветер вдоль земли.

Без преобразования в электрическую используют энергию ветра для отпугивания мелких насекомых, живущих под землей. Достаточно опустить на 15 сантиметров в углубление деревянную ось, вращающуюся от ветряка, как вибрация почвы отпугнет их на несколько метров, не мешая хозяевам.

Разновидности лопастей ветряков

Конструкции лопастей бывают не только с вертикальным вращением, но и с горизонтальным. Лопасти могут иметь винтовую конструкцию, изменяемую парусность. Строились мельницы на века и так, чтобы в каждом строении была уникальность. Современные конструкции тоже поражают разнообразием.

Статистика и перспективы

В России конца 19 века работали около 200 000 мукомольных мельниц. Обычный ветряк вырабатывал мощность 3,5 кВт, большой с диаметром лопастей 24 метра – до 15 кВт. Суммарная вырабатываемая ими мощность в то время доходила до 750 мВт. Сейчас используются ветряные электрогенераторы и считанные единицы мельниц другого назначения. А энергии все они вырабатывают в 50 раз меньше, чем 100 лет назад, целых 15 мВт. Планы развития. конечно. создаются, ведь потенциал ветра над нашей страной составляет десятки миллиардов киловатт.

Пока планы не реализовались, можно перефразировать известное выражение Владимира Маяковского и сказать: “Если мельницы строят – значит – это кому-то нужно? Значит – кто-то хочет, чтобы они были?” Завораживающая красота работающих мельниц стала мощным вдохновляющим фактором для умельцев, создающих шедевры во дворах и на дачных участках.

–>К ЗЕМЛЕ С ЛЮБОВЬЮ И ЗНАНИЕМ –>

Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись как семейные мельницы до начала ХХ в. и представляли собой ручные жернова из двух круглых в сечении камней из твердого кварцевого песчаника диаметром 40—60 см. Древнейшим типом мельниц считаются сооружения, где жернова вращались с помощью домашних животных. Последняя мельница такого типа прекратила свое существование в России в середине ХIХ в.

Энергию падающей на колесо с лопастями воды россияне научились использовать в начале второго тысячелетия. Водяные мельницы всегда были окружены ореолом таинственности, овеяны поэтическими легендами, сказаниями и суевериями. Мельницы-колесухи с омутом и водоворотом сами по себе небезопасные конструкции, что отражено в русской пословице: «Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет».

Письменные и графические источники свидетельствуют о широком распространении в средней полосе и на Севере ветряных мельниц. Нередко крупные села были окружены кольцом в 20—30 мельниц, стоявших на высоких, открытых ветрам местах. Ветряные мельницы за сутки размалывали на жерновах от 100 до 400 пудов зерна. В них имелись также ступы (крупорушки) для получения крупы. Для того чтобы мельницы работали, их крылья надо было поворачивать под менявший направление ветер — это обусловило сочетание в каждой мельнице неподвижной и подвижной частей.

Русскими плотниками создано много разнообразных и остроумных вариантов мельниц. Уже в наше время зафиксировано более двадцати разновидностей их конструктивных решений. Из них можно выделить два принципиальных типа мельниц: «столбовки»

Мельницы столбовки:
а – на столбах; б – на клети; в – на раме.

и «шатровки ». Первые были распространены на Севере, вторые — в средней полосе и Поволжье. Оба названия отражают также принцип их устройства.
В первом типе мельничный амбар вращался на врытом в землю столбе. Опорой служили либо дополнительные столбы, либо пирамидальная бревенчатая клеть, рубленная «в реж», либо рама.
Принцип мельниц-шатровок был иной

Мельницы шатровки:
а – на усечённом восьмирике; б – на прямом восьмерике; в – восьмерик на амбаре.

— нижняя их часть в виде усеченного восьмигранного сруба была неподвижной, а меньшая по размеру верхняя часть вращалась под ветер. И этот тип в разных районах имел немало вариантов, в том числе мельницы-башни – четвериковые, шестериковые и восьмериковые.

Все типы и варианты мельниц поражают точным конструктивным расчетом и логикой врубок, выдерживавших ветры большой силы. Народные зодчие уделяли также внимание внешнему облику этих единственных вертикальных хозяйственных сооружений, силуэт которых играл немалую роль в ансамбле селений. Это выражалось и в совершенстве пропорций, и в изяществе плотницких работ, и в резьбе на столбах и балконах.

Водяные мельницы

Схема ветряной мельницы

Мельница на ослиной тяге

Мельничный постав

Самая существенная часть мукомольной мельницы —мельничный постав или снасть – состоит из двух жерновов: верхнего, или бегуна, А и – нижнего, или нижняка, В. Жернова представляют каменные круги значительной толщины, имеющие в средине сквозное отверстие, называемое очком, а на мелющей поверхности т. н. насечку (см. ниже). Нижний жернов лежит неподвижно; его очко плотно закрыто деревянною втулкою, кружловиною g, сквозь отверстие в центре которой проходитъ веретено С; на вершине последнего насажен бегун посредством железного стержня CC, укрепленного концами в горизонтальном положении в очке бегуна и называемаго параплицею, или порхлицею. В средине параплицы (и, следовательно, в центре жернова) с нижней ее стороны проделано пирамидальное или коническое углубление, в которое и входитъ соответственно заостренный верхний конец веретена С. При таком соединении бегуна с веретеном, первый вращается при вращении последнего и, в случае надобности, легко снимается с веретена. Нижний конец веретена вставлен шипом в подшипник, укрепленный на балке D. Последнюю можно поднимать и опускать и таким образом увеличивать и уменьшать раcстояние между жерновами. Веретено С вращается помощью т. н. цевочной шестерни Е; это – два диска, надетые на веретено в небольшом расстоянии друг от друга и скрепленные между собою, по окружности, вертикальными палочками. Цевочная шестерня вращается помощью лобового колеса F, имеющего на правой стороне своего обода зубья, захватывающие за палочки цевочной шестерни и таким образом вращающие ее вместе с веретеном. На ось Z надето крыло, которое и приводится в движение ветром; или, в водяной мельнице, – водяное колесо, приводимое в движение водою. Зерно вводится через ковш а и очко бегуна в промежуток между жерновами. Ковш состоит из воронки а и корытца b, подвешенного под очком бегуна. Размол зерна происходит в промежутке между верхнею поверхностью нижняка и нижнею бегуна. Оба жернова одеты кожухомъ N, который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающихъ зерен) от центра нижняка к окружности, падают с нижняка и идут, по наклонному желобу, в пеклевальныйрукав R—для просеивания. Рукав Е сделан из шерстяной или шелковой ситяной ткани и помещен в закрытом ящике Q, из которого выставляется его нижележащий конец. Сначала просеивается тонкая мука и падает в задней части ящика; более грубая высевается в конце рукава; отруби задерживаются на ситке S, а самая грубая мука собирается в ящик T.

Поверхность жёрнова разделена глубокими желобами, называемыми бороздами, на отдельные плоские участки, называемые мелющими поверхностями. От борозд, расширяясь, отходят более мелкие желобки, называемые оперением. Борозды и плоские поверхности распределяются в виде повторяющегося рисунка, называемого гармошкой. У типичного мукомольного жёрнова имеется шесть, восемь или десять таких гармошек. Система желобов и желобков, во-первых, образует режущую кромку, а во-вторых, обеспечивает постепенное ссыпание готовой муки из-под жерновов. При постоянном использовании жернова́ требуют своевременного подтачивания, то есть подравнивание краев всех желобов для поддерживания остроты режущей кромки.

Жернова используются парно. Нижний жёрнов устанавливается стационарно. Верхний жёрнов, он же бегун, — подвижный, и именно он производит непосредственное перемалывание. Подвижный жернов приводится в движение крестообразным металлическим «штифтом», установленным на головке главного стержня или ведущего вала, вращающегося под действием основного механизма мельницы (использующего энергию ветра или воды). Рельефный рисунок повторяется на каждом из двух жерновов, таким образом обеспечивая эффект «ножниц» при размалывании зерен.

Жернова должны быть одинаково сбалансированными. Правильное взаимное расположение камней критически важно для обеспечения помола муки высокого качества.

Лучшим материалом для жерновов служит особенная каменная порода – вязкий, твердый и неспособный полироваться песчаник, называемый жерновым камнем. Так как каменные породы, в которых все эти свойства развиты достаточно и при том равномерно, встречаются редко, то хорошие жернова весьма дороги.

На трущихся поверхностяхъ жернов делают насечку, т. е. пробивают ряд углубленных бороздок, и промежутки между этими бороздками приводят в грубо-шероховатое состояние. Зерно попадает во время размола между бороздками верхнего и нижнего жернов и разрывается и разрезывается острыми режущими краями бороздок насечки на более или менее крупные частицы, которые размалываются окончательно по выходе из бороздок.


Бороздки насечки служат также какъ бы путями, по которым размалываемое зерно подвигается от очка к окружности и сходить с жернова. Так как жернова, даже из лучшего материала, стираются, то насечка должна быть возобновляема время от времени.

Описание конструкций и принципа действия мельниц

Столбовками мельницы названы за то, что их амбар покоится на столбе, вкопанном в землю и обложенном снаружи срубом-ряжем. В нем заделаны балки, удерживающие столб от смещения по вертикали. Конечно, амбар покоится не только на столбе, но на срубе-ряже (от слова режь, бревна, врубленные не плотно, а с прозорами). Поверх такого ряжа делается ровное круглое кольцо из пластин или досок. На него и опирается нижняя рама собственно мельницы.

Ряжи у столбовок могут быть разной формы и высоты, но не выше 4 метров. Они с земли могут подниматься сразу в виде четырехгранной пирамиды или сначала вертикально, а с какой-то высоты переходить в усеченную пирамиду. Встречались, правда очень редко, мельницы на невысокой раме.

Основание шатровок тоже может быть по форме и конструкциям различным. Например, пирамида может начаться с уровня земли, а конструкция быть не срубной, а каркасной. Пирамида может опираться на срубный четверик, а к нему могут быть пристроены подсобные помещения, тамбур, помещение для мельника и т.д.

Главное в мельницах их механизмы. В шатровках внутреннее пространство разделено перекрытиями на несколько ярусов. Сообщение с ними идет по крутым лестницам чердачного типа через люки, оставленные в перекрытиях. Части механизма могут располагаться на всех ярусах. А их может быть от четырех до пяти. Стержнем шатровки служит могучий вертикальный вал, пронизывающий мельницу насквозь до “шапки”. Он опирается через металлический подпятник, закрепленный в балке, которая лежит на брусчатой раме. Балка с помощью клиньев может перемещаться в разные стороны. Это позволяет придать валу строго вертикальное положение. Тоже самое можно проделать и при помощи верхнего бруса, где штырь вала заделан в металлическую петлю.

В нижнем ярусе на вал надета большая шестерня с кулачками-зубьями, закрепленными по наружному контуру круглой основы шестерни. При работе движение большой шестерни, умноженное в несколько раз, передается на малую шестерню или цевку другого вертикального, уже металлического обычно вала. Этот вал прошивает неподвижный нижний жернов и упирается в металлическую планку, на которой через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова одеты деревянным кожухом с боков и сверху. Жернова устанавливаются на втором ярусе мельницы. Балка в первом ярусе, на которую опирается малый вертикальный вал с малой шестерней, подвешена на металлическом нарезном штыре и с помощью нарезной же шайбы с рукоятками может быть слегка поднята или опущена. С нею поднимается или опускается верхний жернов. Так регулируется тонкость помола зерна.

От кожуха жерновов вниз наклонно пропущен глухой дощатый желоб с доской задвижкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой.

Рядом с блоком жерновов устанавливается кран-укосина с металлическими дугами-захватами. С его помощью жернова могут сниматься со своих мест для отковки.

Над кожухом жерновов с третьего яруса спускается жестко закрепленный к перекрытию подающий зерно бункер. Он имеет задвижку, с помощью которой можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму опрокинутой усеченной пирамиды. Снизу к нему подвешен качающийся лоток. Он для пружинистости имеет можжевеловую планку и штырь, опущенный в отверстие верхнего жернова. В отверстии эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо может быть и с двумя-тремя косыми перьями. Тогда устанавливается симметрично. Штырь с кольцом называются обечайкой. Пробегая по внутренней поверхности кольца, штырь все время меняет положение и раскачивает косо подвешенный лоток. Это движение ссыпает зерно в зевло жернова. Оттуда оно попадает в зазор между камнями, размалывается в муку, та поступает в кожух, из него в закрытый лоток и мешок.

Зерно засыпается в бункер, врезанный в пол третьего яруса. Мешки с зерном подаются сюда с помощью во’рота и веревки с крюком. Ворот может подключаться и отключаться от шкива, насаженного на вертикальный вал. Делается это снизу с помощью веревки и рычага. В досках перекрытия прорезан люк, перекрытый наклонно поставленными двухпольными створками. Мешки, проходя через люк, открывают створки, которые потом произвольно захлопываются. Мельник отключает ворот, и мешок оказывается на крышках люка. Операция повторяется.

В последнем ярусе, находящемся в “шапке”, на вертикальном валу установлена и закреплена другая, малая шестерня со скошенными кулачками-зубьями. Она заставляет вращаться вертикальный вал и запускает весь механизм. Но ее заставляет работать большая шестерня на “горизонтальном” валу. Слово в кавычки заключено потому, что фактически вал лежит с некоторым уклоном внутреннего конца вниз. Штырем этого конца он заключен в металлическом башмаке деревянной рамы, основы шапки. Приподнятый конец вала, выходящий наружу, спокойно лежит на камне-“подшипнике”, слегка скругленном сверху. На валу в этом месте врезаны металлические пластины, предохраняющие вал от быстрого стирания.

Читайте также:  Освещения и визуальное расширение площади

В наружную головку вала врезаются два взаимно перпендикулярных бруса-кронштейна, к которым крепятся хомутами и болтами другие балки – основа решетчатых крыльев. Крылья могут принимать ветер и вращать вал лишь тогда, когда на них будет расправлена парусина, обычно свернутая в жгуты в покойное, не рабочее время. Поверхность крыльев будет зависеть от силы и скорости ветра.

Шестерня “горизонтального” вала снабжена зубьями, врезанными в боковую сторону круга. Сверху ее обнимает тормозная деревянная колодка, которая с помощью рычага может быть освобождена или сильно затянута. Резкое торможение при сильном и порывистом ветре вызовет высокую температуру при трении дерева о дерево, и даже тление. Этого лучше избегать.

До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами – “водило”.

Вокруг мельницы вкапывали небольшие столбики количеством не менее 8 штук. К ним “водило” и крепилось цепью или толстой веревкой. Силою 4-5 человек, даже если верхнее кольцо шатра и части рамы хорошо смазаны солидолом или чем-то подобным (ранее смазывали свиным салом), провернуть “шапку” мельницы очень трудно, почти невозможно. “Лошадиная сила” тут тоже не годится. Поэтому пользовались небольшим переносным воротом, который попеременно одевали на столбики его трапециевидной рамой, служившей основанием всей конструкции.

Блок жерновов с кожухом со всеми частями и деталями, расположенными выше и ниже его, назывался одним словом – постав. Обычно небольшой и средней величины ветряки делались “об одном поставе”. Большие ветряки могли строиться с двумя поставами. Были ветряные мельницы и с “толчеями”, на которых отжималось льняное или конопляное семя для получения соответственного масла. Отходы – жмых, – тоже использовали в домашнем хозяйстве. “Пильные” ветряки как будто не встречались.

Как сделать шаровую мельницу своими руками из старого принтера

Сначала немного теории – что такое шаровая мельница, для чего она нужна и как устроена.

Шаровая барабанная мельница – это машина измельчения материала истирающе-ударного действия. Такой способ измельчения сыпучих материалов позволяет добиваться очень высокой дисперсности (тонкого помола).

От дробилок шаровые мельницы отличаются более тонким помолом частиц – менее 0,1 мм. Высококачественные шаровые мельницы способны перемолоть сырьё до частиц размером 100 нм, увеличив удельную поверхность вещества до 5000 см 2 /г.

Устройство

Свое название шаровые мельницы получили от формы корпуса и конфигурации мелящих тел. Рабочий объем мельницы представляет собой цилиндр с горизонтальной осью вращения. Внутри цилиндра находятся измельчаемый материал и мелющие тела округлой, сферической либо цилиндрической формы, изготавливаемые из различных твердых материалов – чугуна, стали, керамики.

В стержневых мельницах в качестве мелющих тел используются длинные стержни.

Перспективным материалом для изготовления мелющих шаров и футеровки является керамика из оксида алюминия Al2O3. Керамика практически не поглощает влагу ( где D – внутренний диаметр барабана (в метрах)

Различные режимы работы шаровой мельницы приведены в таблице:

Режим скольжения
n=0.2nкр
Каскадный режим
n=0.4-0.5nкр
Смешанный режим
n=0.7-0.8nкр
Водопадный режим
n=nкр
Шары катятся по внутренней поверхности барабана, эффективное измельчение отсутствует.Шары перекатываются друг по другу. Измельчение вещества происходит преимущественно за счет трения.Часть шаров перекатывается друг по другу, часть увлекается наверх, срывается оттуда и падает. Измельчение происходит за счет трения и ударов.Шары прижимаются к стенке центробежными силами. Измельчения почти не происходит.

Самым высокопроизводительным считается смешанный режим, который возникает при скорости около 75% от критической.

Процессы, происходящие внутри шаровой мельницы при разной скорости вращения барабана, наглядно продемонстрированы в этом видео:

В видеоролике не показан только режим скольжения, т.к. он в принципе недостижим при таком объеме заполнения барабана.

К слову сказать, при определенной скорости вращения, даже самая гладкая поверхность начнет увлекать за собой мелющие тела вместе с измельчаемым материалом. Поэтому неровности футеровки (выступающие элементы типа лопаток, ребер внутри барабана) требуются только при невозможности обеспечить оптимальную скорость вращения.

В то же время, надо отметить, что производительность мельниц с гладкой футеровкой всегда ниже, чем с ребристой или волнистой. Это важный момент.

Диаметр шаров

Должно соблюдаться правильное соотношение между диаметром шара и размером частиц измельчаемого материала.

Диаметр и вес шаров должен быть достаточным для оказывания разрушающего воздействия на исходное сырье. В то же время, шары не должны быть слишком большими, т.к. это приводит к уменьшению эффективной рабочей поверхности мельницы и снижению ее производительности.

Известна формула для расчета диаметра стальных шаров, кому надо – пользуйтесь:

d н – начальный размер частичек сырья, dк – конечный размер

На практике для небольших настольных мельниц берут шары диаметром от 6 до 13 мм. Иногда, чтобы убить двух зайцев, засыпают шары разного диаметра.

Мощность двигателя

Следующим обязательным этапом расчета шаровой барабанной мельницы является вычисление необходимой мощности двигателя.

Зная массу загрузки и диаметр барабана, можно приблизительно прикинуть необходимый крутящий момент двигателя (а следовательно и его мощность). Наверное, лучше все рассчитать на конкретном примере.

В качестве барабана для своей будущей мельницы я планирую использовать полипропиленовую соединительную муфту из магазина сантехники. Ее внутренний диаметр и высота равны 110 мм. Таким образом, полный объем барабана составляет 1045 см 3 . Если не превышать рекомендуемый уровень заполнения, равный 40-45%, то полезный объем составит примерно 420 см 3 .

В качестве мелющих тел планирую применить фарфоровые шары, насыпная плотность которых составляет в среднем 1.3 г/см 3 . Таким образом, масса всех шаров получается около 550 г.

Коэффициент заполнения объема мелющими шарами принято считать равным 0.5. Это означает, что половину объема насыпанных в барабан шариков занимают пустоты между этими шариками. Именно эти пустоты и отводятся для измельчаемого продукта. Другими словами, моя будущая мельница за одну загрузку сможет вместить не более 420⋅0.5 = 210 см 3 исходного сырья. Так как в моем случае сырьем будут являться различные сухие травы и коренья, то его масса вряд ли превысит 50 г.

Итак, масса всех загруженных в шаровую мельницу шаров и исходного сырья не будет превышать 600 г (в моем случае). Для простоты расчетов предположим, что вся эта масса будет сосредоточена в одной точке на окружности барабана. Расстояние от центра до этой точки равно радиусу барабана – 5.5 см или 0.055 м, следовательно, для вращения такой системы потребуется крутящий момент:

M = 0.055 ⋅ 0.6 = 0.033 (N⋅m)

Но не забываем, что обычный двигатель вращается со скоростью большей, чем нужно для наших целей. Значит, не обойтись без редуктора. А редуктор, как известно, хоть и понижает обороты, но зато увеличивает крутящий момент в такое же число раз.

Следовательно, крутящий момент на валу двигателя можно смело разделить на передаточное число редуктора.

Например, если двигатель рассчитан на 1350 об/мин, а нам нужно, чтобы барабан вращался со скоростью 90 об/мин, то передаточное число редуктора должно быть равно 15. А значит, достаточно двигателя, развивающего на валу всего лишь 0.033 / 15 = 0.0022 Н⋅м.

Чтобы перевести это значение в мощность двигателя в Ваттах, воспользуемся формулой:

P = M⋅n/9.00055, где
M – крутящий момент в Н⋅м,
n – скорость вращения вала двигателя (обороты в минуту)

Подставляем значения и получаем двигатель мощностью всего-навсего 0.33 Вт. Конечно, нужно еще немного накинуть сверху, чтобы компенсировать потери на трение, но, в целом, порядок цифр не изменится.

Приступаем к сборке

Вообще, в продаже имеются готовые механизмы фабричного производства. Но стоят они очень дорого, поэтому лучше будет сделать шаровую мельницу своими руками (видео того, что получилось, смотрите в конце статьи).

Я решил попытаться сделать мельницу из запчастей от ненужного струйного принтера. В моем распоряжении как раз оказался засохший HP DeskJet D1663, который был успешно разобран на запчасти (фотоотчет доступен по ссылке).

После такой долгой и занудной теории может показаться, что и сама мельница будет какой-нибудь супер-нанотехнологичной. Но нет. Конструкция проста как советские 5 копеек, и была собрана за один выходной.

Теперь немного подробностей.

Итак, барабан – это ремонтная муфта Ø110 мм и две заглушки с обеих сторон. Наружний диаметр равен 125 мм, полезный объем – чуть больше 1 литра.

Переходим к запчастям от принтера. Самое ценное в нем – это два вала бумаго-протягивательного механизма вместе с резиновыми валиками:

Вал приводится в движение небольшим двигателем, а также редуктором с передаточным числом – 12:1. Вот этот узел в сборе:

В данном узле стоит двигатель M28N-4 японской фирмы Mitsumi (hp-шная маркировка C9045-60001). Его крутящий момент, в зависимости от оборотов, достигает 0.03 Nm, диапазон рабочих напряжений равен 14-22V, хотя запускается он уже от 3 Вольт. Если верить расчетам, мощности двигателя хватает с избытком. Нужно только найти подходящий блок питания.

Не забываем, что у нас есть еще один “редуктор” – это система вал-барабан. Его передаточное число определяется соотношением диаметров барабана и вала (точнее, резинок, натянутых на вал). В моем случае получается 125/16=7.8, соответственно общее передаточное число всей конструкции будет равно 7.8 * 12 ≈ 94. От этого значения и нужно отталкиваться при расчете оборотов и мощности двигателя.

Вообще, в современные принтеры уже не ставят шаговые двигатели, их заменили обычные коллекторные + энкодер. Это для нас даже лучше, т.к. можно будет без проблем регулировать обороты простым изменением напряжения.

Кстати, вместо этого двигателя можно поставить более мощный C9000-60005. Это второй двигатель из этого же принтера – тот, который перемещал каретку с картриджами. У них полностью совпадают крепежные отверстия и шкив. А запитать его можно будет родным блоком питания, там как раз 32 Вольта на выходе.

Из резинок, снятых с маленького вала, получились великолепные виброгасительные ножки:

Маленький вал имеет диаметр всего 6 мм, чтобы его увеличить, я надел на него обрезок полипропиленовой трубы с наружным диаметром 20 мм. Просто подмотал немного изоленты в трех точках и засадил внатяг:

А на концы вала хорошо садятся подшипнички 624RS (были закуплены по 34 руб/шт):

и получается что-то вроде самодельного конвейерного ролика:

Подшипники закрепил на двух металлических уголках, на роль которых идеально подошли крепежные элементы для радиаторов центрального отопления:

Они подкупили меня наличием продольных пазов, с помощью которых потом можно будет более точно выставить расстояние между валами. А также тем, что они оказались у меня под рукой.

Подшипники вплотную зажал между тремя винтами и прижимной шайбой. Получилось быстро, просто и весьма эффективно.

Для начала расстояние между валами выставил в 100 мм. При необходимости, его можно будет поменять в пределах 86-114 мм (благодаря продольным пропилам в уголках).

Ведущий вал решил пока оставить как есть. В качестве подшипников там просто пластиковые втулки; интересно насколько их хватит? Одну из пластиковых втулок перенес на жесткий стальной уголок:

Пришло время закрепить все это на общем основании – на листе фанеры 360×200 мм и толщиной 10 мм. Получилось вот так:

А снизу ножки. Ножки – это моя любимая часть 😉

В принципе все готово, осталось только подключить питание и можно пользоваться!

Я решил задействовать ненужный 18-вольтовый блок питания от сгоревшего ноута. Все равно без дела валялся. А чтобы можно было менять обороты мельницы, собрал вот такую простенькую схемку:

Транзистор 3DD4242DM (400В, 1.5А, hfe≈10) выдернул из сгоревшей энергосберегайки (из люминесцентной), там их две штуки таких. А вездесущий SS9014 (45В, 100мА, hfe≈280) можно выковырять из любой китайской безделушки.

Пользуясь случаем, добавил в схему регулировки дополнительный выходной разъем. Вдруг захочется какую-нибудь дополнительную нагрузку подключить. Да и вообще, никогда не помешает еще один источник напряжения от 0 до 16.5 Вольт.

Что у меня в итоге получилось можно узнать из этого видео:

Как показало тестовое включение, наша самодельная шаровая мельница разгоняется до 90 об/мин (для создания реалистичной нагрузки засыпал внутрь 0.6 кг болтов и гаек). На максимальных оборотах потребляемый ток составляет 300 мА, а если попытаться остановить вал рукой – ток возрастает до 1 А.

Осталось дождаться когда придут керамические шарики и можно будет испытать мельницу в настоящем деле!

Дополнение: первые испытания

Когда пришли фарфоровые шары, которые я заказывал в Русхиме, оказалось, что они совсем не такие, как я думал. Потом вскрылись еще кое-какие недоработки конструкции. Но обо всем по порядку.

О шарах

Во-первых, я почему-то ожидал, что 10-миллиметровые шарики – это достаточно крупные шарики. А на самом деле, когда берешь их в руку, начинаешь жалеть о том, что не заказал крупнее.

Во-вторых, многие из шаров покрыты глубокими трещинами. Кажется, что они вот-вот расколятся на несколько частей. Кстати, некоторые из шаров действительно расколоты.

В-третьих, они какие-то. рыхлые что ли. Ну то есть, как будто бы пористые. Что бы вам такого привести в пример для наглядности? Представляете себе старые фарфоровые розетки или патроны для лампочек? Вот тут точно такой же фарфор. А я, между прочим, рассчитывал на что-то вроде керамических подложек от микросхем.

В общем, шариками я слегка разочарован. Ожидал чего-то высокотехнологичного, круглого, плотного и гладкого, а получил какие-то бугристые катышки неопределенной формы и все в трещинах.

В следующий раз попробую совместить эти шарики с более крупной речной галькой (или может вообще одной галькой обойдусь).

О кошках

Оказалось, что от шума шаровой мельницы моя кошка впадает в состояние неописуемого ужаса и забивается в самый труднодоступный угол квартиры на весь остаток дня. А потом еще долго подозрительно озирается.

Чтобы лишний раз не травмировать психику животины, мельницу пришлось утащить в другую комнату, поставить сверху стул и сверху накрыть толстым звукопоглощающим одеялом.

О барабанах

Барабан из сантехнической муфты никуда не годится.

Во-первых, из-за того, что воздуху некуда деваться, барабан невозможно плотно закрыть. Пытаешься задвинуть пробку как можно сильнее, но воздух выталкивает ее обратно. Решить проблему можно только с помощью какого-то клапана, стравливающего повышенное давление. В принципе, я уже придумал, как его сделать.

Во-вторых, он очень туго открывается. А вскрывать его приходится часто (надо же как-то контролировать процесс). Примерно на второй раз пальцы начинают болеть и возникает желание поддеть крышку отверткой. От этого портится внешний вид.

В-третьих, внутри между стенками барабана и заглушкой образуется щель, куда набиваются мелкие фрагменты измельчаемого материала. Мало того, что там они не подвержены истирающему воздействию мелющих тел, так они еще и препятствуют извлечению заглушки (а она и так не очень-то легко выходит).

В следующий раз, наверное, возьму в качестве барабана металлическую банку из-под краски.

Что интересно, барабан мертво стоит на своем месте и даже за несколько часов работы никуда не уезжает. При этом, непонятно откуда, появились черные следы (хотя никаких загрязнений не было):

Об эффективности измельчения

В общем, решил в качестве эксперимента измельчить красный перец.

Мельница молотила целых 3.5 часа, но оказалось, что этого ВООБЩЕ недостаточно. Да, частично перец превратился в пыль, но в основной своей массе он все также остался в виде крупных кусочков.

Похоже, что проблема в недостаточной скорости вращения. Из-за этого не достигается тот самый смешанный режим работы, который считается наиболее эффективным.

Выходов из ситуации ровно два: либо ставить более оборотистый и более мощный двигатель, либо делать лопасти внутри барабана. Лопасти должны захватывать шарики и обрушивать их вниз при любых оборотах мельницы.

И последнее: двигатель C9045-60001 при работе нагревается примерно до 50°C. Не критично, но все же.

Как сделать ветряную мельницу своими руками

Эпоха земледелия канула в прошлое много веков назад, но это не значит, что все наработки того времени теперь ничего не значат. К примеру, сегодня пойдёт речь о том, как сделать ветряную мельницу своими руками.

Начать стоит с того, зачем это, вообще, нужно? Вряд ли кто-то при её помощи будет молоть пшено в муку. Да и выращиванием пшена занимаются профессиональные фермеры, у которых за все производственные процессы отвечает современная техника. Тем не менее всё больше дачников задаются вопросом, как сделать ветряную мельницу своими руками?

Объясняется подобный ажиотаж довольно-таки просто — ветряная мельница, которую можно легко сделать своими руками является великолепным элементом ландшафтного дизайна, который делает участок по-настоящему уникальным. Продать сад, у которого есть такая изюминка гораздо проще, чем участок, как две капли воды похожий на соседний.

В современном мире уникальность ценится превыше всего. Именно поэтому если вы решите сделать ветряную мельницу своими руками — это позволит преобразить ваш сад. К тому же при должном усердии и небольшом экскурсе в физику вы сможете использовать данное строение как источник энергии.

Ветряная мельница на вашем дачном участке может не только быть элементом ландшафта, который вы сделали своими руками, но и преобразователем энергии ветра. Это позволит в значительной мере сэкономить семейный бюджет.

Дополнительные качества ветряной мельницы

Перед тем как выбрать место для установки ветряной мельницы, вы должны учесть, что данное сооружение, которое вы сделаете своими руками, может иметь несколько назначений:

  1. Ветряная мельница может скрыть ряд неприглядных мест вашего участка вроде канализационного люка.
  2. Некоторые ветряные мельницы, которые можно сделать своими руками, выполняются из лёгких материалов. Как результат удаётся минимизировать их габариты. Поэтому данные сооружения часто используют в качестве защитных колпаков для вентилей труб и других инженерных объектов.
  3. Сооружение можно использовать как домик для детских игр. Для этого понадобится немного укрупнить конструкцию, но ничего нереального здесь нет. Главное, сделать её устойчивой и не забыть про вход.
  4. В сооружении больших размеров, сделанном под мельницу своими руками, можно хранить разнообразный садовый инвентарь. По факту это будет подсобное помещение.
  5. Каменную мельницу можно также использовать как мангал.
  6. Данное сооружение при небольшой модификации можно применять как пугало для кротов. Достаточно вкопать ножки вглубь на 20 сантиметров, чтобы вибрации от конструкции, которые будут возникать при вращении лопастей, передавалась в землю.

Как видите, ветряной мельнице, которую вы сделаете своими руками можно найти множество применений, как элементу ландшафтного дизайна.

Роль ветряной мельницы в ландшафтном дизайне

Современный мир настолько разнообразен, что для того, чтобы участку быть самым лучшим, недостаточно простого ухода и ровных грядок — необходимо выделяться. При этом нужно всё делать с умом. Ведь ландшафтный дизайн — это сложная наука, которая учитывает множество нюансов.

К примеру, при выборе растительного покрова учитываются такие факторы, как:

  • тень,
  • влажность,
  • сочетание с другими культурами,
  • необходимые оросительные системы и т. д.

Одним из самых трендовых элементов ландшафтного дизайна на данный момент считается ветряная мельница. Самое же главное достоинство такого сооружения заключается в том, что конструкцию можно сделать своими руками.

Делаем ветряную мельницу своими руками

Выбираем место и подготавливаем его

Постройка ветряной мельницы — это куда более ответственное мероприятие, чем может показаться на первый взгляд. Нужно учесть множество факторов, чтобы получить по-настоящему стоящий элемент ландшафтного дизайна.

Лучше всего для установки подходит открытое пространство. Во-первых, здесь лопасти мельницы будут практически всегда вращаться, а во-вторых, собрать данную конструкцию на открытом пространстве гораздо проще, так как ничего не будет вам мешать.

После того как вы подберёте подходящее место для монтажа нужно будет убрать участок. Уберите все мешающие постройке кустики и пеньки. Если трава слишком высокая — срежьте её при помощи газонокосилки.

Землю перед установкой конструкции нужно тщательно разровнять. Только после этого вы сможете приступить к укладке фундамента, точнее, платформы. Чтобы выбрать правильное место, вы должны чётко представлять, как будет выглядеть ваша будущее сооружение.

Создаём план

В качестве примера возьмём элементарную конструкцию, которую при должной доле усилий сможет построить каждый человек. Всё начинается с создания плана:

  1. Нарисуйте эскиз макета.
  2. Посредством чертежа рассчитаете, какие размеры должны быть у каждой детали ветряной мельницы, которую вы хотите сделать своими руками.
  3. Выберите оптимальный материал, из которого будут сделаны основные элементы конструкции. Лучшим выбором считается сосна. Она обладает высокими эксплуатационными качествами. При этом её стоимость находится на приемлемом уровне.

После того как с планом и чертежом всё улажено можно приступать к непосредственному процессу сборки.

Подбор нужных для работы инструментов и материалов

Чтобы создать достойное сооружение вам понадобятся такие инструменты:

  • Линейка для создания углов.
  • Ручки, фломастеры, карандаши, циркуль, маркеры.
  • Строительная рулетка.
  • Дрель с набором разнокалиберных насадок.
  • Шуроповёрт или отвёртка. Также для этой цели можно использовать обычную дрель со специальной насадкой.
  • Молоток, пила, лобзик.
  • Болты, гвозди, шайбы, саморезы, шурупы. Длина элементов напрямую зависит от того, насколько толстые доски вы будете использовать.
  • Наждачная бумага для шлифовки элементов. Также можно использовать шлифовальную машинку.
Читайте также:  Интерьер и дизайн спальни в классическом стиле

С помощью этих инструментов вы сможете своими руками сделать отличную ветряную мельницу, которая станет прекрасным дополнением вашей концепции дачного ландшафта. Также для воплощения идеи вам понадобятся такие материалы:

  • Чтобы сделать ветряную мельницу своими руками чаще всего используют фанеру или вагонку. Широкие доски отлично подходят для корпуса.
  • Чтобы сделать стены своими руками используйте бруски.
  • Для обшивки подойдёт любой материал.
  • Чтобы сделать лопасти используйте металлические рейки или трубы.
  • Уголки.
  • Крышу можно сделать из фанеры. В качестве крепёжных элементов используйте рейки.
  • Для того чтобы закрепить лопастной винт своими руками вам понадобится шпиль и подшипник.

После того как все материалы и инструменты будут собраны, вы сможете сделать ветряную мельницу своими руками.

Разметка конструкции

После того как все чертежи сделаны, а нужный инвентарь собран, можно приступить непосредственно к разметке конструкции при помощи своих рук:

  1. Разметьте четыре квадрата на основании. Стороны каждого по 25 сантиметров. При этом каждый квадрат нужно поделить на четыре равных части. В середине делается отверстие.
  2. Начертите четыре блока для сторон. Детали лучше всего вырезать из цельных кусков дерева. Соотношение будет 35 на 54 см.
  3. Стены можно легко сделать своими руками в форме трапеции. Это придаст ветряной мельницы по-настоящему декоративный вид.
  4. Трапециевидные стены ветряной мельницы, которые вы будете делать своими руками, состоят из шести частей, которые должны быть надёжно прикреплены друг к другу. При этом каждая следующая часть меньше предыдущей на два сантиметра. Соответственно первая будет 35 см, а последняя 25.
  5. Для того чтобы конструкция обладала надёжностью нужно сделать прочный каркас. При использовании качественных материалов всё это можно осуществить своими руками.
  6. Для того чтобы сделать каркас своими руками вам понадобятся бруски. В сечении данные элементы будут соответствовать следующим параметрам 40 на 40 миллиметров. Для осуществления проекта вам понадобится целый комплект: восемь штук по 54 и 38 см, а также шесть штук 36 см.
  7. Чтобы сделать надёжный каркас своими руками также понадобится четыре бруска на 54 и четыре на 10 сантиметров. Сечение каждого элемента 30 на 30 мм.
  8. Создание крыши ветряной мельницы потребует от вас создания разметки при помощи лекала.
  9. Начертите линию на 38 см. Сделайте отступ ровно наполовину и начертите ещё одну на 30 см. Длина бокового шва треугольника 35,5 см. Согласно данному лекалу нужно обработать 10 листов. Они впоследствии будут выполнять роль скатов.
  10. Лопастной винт для ветряной мельницы нужно сделать своими руками как на схеме из элементов 45 на 15 мм. Всего будет четыре части, на каждой из которых нужно закрепить элементы с такими характеристиками: один на 91 см, 20 по 19, две по 45,5, четыре на восемь, 26 и 17.
  11. Прочертите два круга, диаметр каждого — 17 см.

После того, когда вы сделаете разметку ветряной мельницы своими руками — аккуратно вырежьте все элементы, отшлифуйте их, обработайте специальными составами и только после этого начинайте финальную сборку.

Обработка

Для пропитки дерева лучше всего использовать следующие составы: Пинотекст, Акватекс, Белинка.

Каждый из них смог себя зарекомендовать как надёжное средство для защиты дерева от атмосферных явлений и насекомых. Эти вещества позволят вам не беспокоиться о сохранности ветряной мельницы, собранной и установленной своими руками.

Сборка

После того как вы завершите обработку всех частей ветряной мельницы, можно будет приступить к её сборке своими руками. Просто следуйте этой инструкции, и вы всё сможете сделать самостоятельно:

  1. Скрепите боковые части при помощи реек.
  2. Чтобы сделать основание ветряной мельницы своими руками используйте два квадрата, у которых есть дырки посередине.
  3. Соедините основание и корпус ветряной мельницы саморезами.
  4. Сколотите два треугольника, основания которых равняются 38 см, а стороны 35 с половиной.
  5. По обеим сторонам прикрутите к треугольникам фанеру.
  6. Крышу нужно делать из двух частей. На каждую пойдёт по пять приготовленных заранее элементов.
  7. Вертушку ветряной мельницы сделайте своими руками при помощи деревянных реек.
  8. На концы лопастей закрепите короткие рейки и прикрутите круги в центре. После чего просверлите в середине дыры и установите шпильки. Тоже нужно сделать с торцом.
  9. Закрепите шпиль. Всю конструкцию скрепите гайками.

В конце наденьте крышку на корпус, который вы сделали своими руками и закрепите всё саморезами.

Подробный процесс сборки устройства ветряной мельницы вы можете увидеть на видео снизу.

Декорирование

После того как вы сделали ветряную мельницу исключительно благодаря своим рукам, необходимо придать ей соответствующий вид. Для этого можно использовать лак. Он придаст вашему сооружению завершённость.

Чтобы придать ветряной мельнице дополнительный антураж её элементы можно покрасить разными цветами. Также можно добавить рисунки вроде цветов, бабочек или насекомых. Каждый из них легко делается своими руками, если использовать немного фантазии.

Итоги

Как видите, сделать ветряную мельницу под силу каждому. Главное, на начальных этапах начертить правильную разметку и подобрать хорошее место. Также заранее необходимо решить, какими уникальными качествами будет обладать сооружение.

Ликбез: Как устроена мельница

Вы никогда не думали как из зерна получается мука? Мне вот всегда было интересно как работали древние мельницы. В Суздале нам подробно все разъяснили.

Понятно, что ветер вращает эти лопасти. Каркас у них деревянный, а обтянуты они были материей, парусиной.

А знаете для чего вот эти палки сзаду мельницы? Думаете, чтобы она не попадала? 😉

А вот и фигушки. С их помощью всю мельницу ПОВОРАЧИВАЛИ, чтобы ловчей поймать ветер, ну не прикол? :-))

Механику работы мельницы нам объяснили на вот этой модели, которая находилась внутри мельницы настоящей и, в отличие от последней, была в рабочем состоянии ;-))

Ну, в общем ветер вращает лопасти, лопасти вращают вот это горизонтальное полено:

Горизонтальное полено, с помощью древних шестерёнок вращает уже полено вертикальное:

Вертикальное полено, в свою очередь, с помощью таких же шестеренок вращает эдакие каменные блины – жернова, вон там внизу, видите?:

А сверху в дырки жерновов сыпалось зерно из вот этих ящичков, похожих на перевёрнутые пирамидки. Готовая мука через дырки в деревяхе передней стенки валилась в специальный ящик, обзываемый «сусеком».

Помните сказку про колобка? 😉 «Бабка по амбару помела, по сусекам поскребла…» Я в детстве все время недоумевала, что за сусеки такие в которых можно муки намести на целый колобок? В нашей-то квартире мука по ящикам просто так не валялась. ;-)) Ну и вот, не прошло и сорока лет, как загадка была разгадана! 8-)))

Мельница — ветряная и водяная

Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись как семейные мельницы до начала ХХ в. и представляли собой ручные жернова из двух круглых в сечении камней из твердого кварцевого песчаника диаметром 40—60 см. Древнейшим типом мельниц считаются сооружения, где жернова вращались с помощью домашних животных. Последняя мельница такого типа прекратила свое существование в России в середине ХIХ в.

Энергию падающей на колесо с лопастями воды россияне научились использовать в начале второго тысячелетия. Водяные мельницы всегда были окружены ореолом таинственности, овеяны поэтическими легендами, сказаниями и суевериями. Мельницы-колесухи с омутом и водоворотом сами по себе небезопасные конструкции, что отражено в русской пословице: «Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет».

Письменные и графические источники свидетельствуют о широком распространении в средней полосе и на Севере ветряных мельниц. Нередко крупные села были окружены кольцом в 20—30 мельниц, стоявших на высоких, открытых ветрам местах. Ветряные мельницы за сутки размалывали на жерновах от 100 до 400 пудов зерна. В них имелись также ступы (крупорушки) для получения крупы. Для того чтобы мельницы работали, их крылья надо было поворачивать под менявший направление ветер — это обусловило сочетание в каждой мельнице неподвижной и подвижной частей.

Русскими плотниками создано много разнообразных и остроумных вариантов мельниц. Уже в наше время зафиксировано более двадцати разновидностей их конструктивных решений.

Из них можно выделить два принципиальных типа мельниц: «столбовки»

Мельницы столбовки:
а – на столбах; б – на клети; в – на раме.
и «шатровки ».

Первые были распространены на Севере, вторые — в средней полосе и Поволжье. Оба названия отражают также принцип их устройства.
В первом типе мельничный амбар вращался на врытом в землю столбе. Опорой служили либо дополнительные столбы, либо пирамидальная бревенчатая клеть, рубленная «в реж», либо рама.

Принцип мельниц-шатровок был иной

Мельницы шатровки:
а – на усечённом восьмирике; б – на прямом восьмерике; в – восьмерик на амбаре.
— нижняя их часть в виде усеченного восьмигранного сруба была неподвижной, а меньшая по размеру верхняя часть вращалась под ветер. И этот тип в разных районах имел немало вариантов, в том числе мельницы-башни – четвериковые, шестериковые и восьмериковые.

Все типы и варианты мельниц поражают точным конструктивным расчетом и логикой врубок, выдерживавших ветры большой силы. Народные зодчие уделяли также внимание внешнему облику этих единственных вертикальных хозяйственных сооружений, силуэт которых играл немалую роль в ансамбле селений. Это выражалось и в совершенстве пропорций, и в изяществе плотницких работ, и в резьбе на столбах и балконах.

Водяные мельницы

Схема ветряной мельницы

Мельница на ослиной тяге

Мельничный постав

Самая существенная часть мукомольной мельницы —мельничный постав или снасть – состоит из двух жерновов: верхнего, или бегуна, А и – нижнего, или нижняка, В.

Жернова представляют каменные круги значительной толщины, имеющие в средине сквозное отверстие, называемое очком, а на мелющей поверхности т. н. насечку (см. ниже). Нижний жернов лежит неподвижно; его очко плотно закрыто деревянною втулкою, кружловиною g, сквозь отверстие в центре которой проходитъ веретено С; на вершине последнего насажен бегун посредством железного стержня CC, укрепленного концами в горизонтальном положении в очке бегуна и называемаго параплицею, или порхлицею.

В средине параплицы (и, следовательно, в центре жернова) с нижней ее стороны проделано пирамидальное или коническое углубление, в которое и входитъ соответственно заостренный верхний конец веретена С.

При таком соединении бегуна с веретеном, первый вращается при вращении последнего и, в случае надобности, легко снимается с веретена. Нижний конец веретена вставлен шипом в подшипник, укрепленный на балке D. Последнюю можно поднимать и опускать и таким образом увеличивать и уменьшать раcстояние между жерновами. Веретено С вращается помощью т. н. цевочной шестерни Е; это – два диска, надетые на веретено в небольшом расстоянии друг от друга и скрепленные между собою, по окружности, вертикальными палочками.

Цевочная шестерня вращается помощью лобового колеса F, имеющего на правой стороне своего обода зубья, захватывающие за палочки цевочной шестерни и таким образом вращающие ее вместе с веретеном.

На ось Z надето крыло, которое и приводится в движение ветром; или, в водяной мельнице, – водяное колесо, приводимое в движение водою. Зерно вводится через ковш а и очко бегуна в промежуток между жерновами. Ковш состоит из воронки а и корытца b, подвешенного под очком бегуна.

Размол зерна происходит в промежутке между верхнею поверхностью нижняка и нижнею бегуна. Оба жернова одеты кожухомъ N, который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающихъ зерен) от центра нижняка к окружности, падают с нижняка и идут по наклонному желобу, в пеклевальный рукав R — для просеивания. Рукав Е сделан из шерстяной или шелковой ситяной ткани и помещен в закрытом ящике Q, из которого выставляется его нижележащий конец.

Сначала просеивается тонкая мука и падает в задней части ящика; более грубая высевается в конце рукава; отруби задерживаются на ситке S, а самая грубая мука собирается в ящик T.

Жернова

Поверхность жёрнова разделена глубокими желобами, называемыми бороздами, на отдельные плоские участки, называемые мелющими поверхностями. От борозд, расширяясь, отходят более мелкие желобки, называемые оперением. Борозды и плоские поверхности распределяются в виде повторяющегося рисунка, называемого гармошкой.

У типичного мукомольного жёрнова имеется шесть, восемь или десять таких гармошек. Система желобов и желобков, во-первых, образует режущую кромку, а во-вторых, обеспечивает постепенное ссыпание готовой муки из-под жерновов. При постоянном использовании жернова? требуют своевременного подтачивания, то есть подравнивание краев всех желобов для поддерживания остроты режущей кромки.

Жернова используются парно. Нижний жёрнов устанавливается стационарно. Верхний жёрнов, он же бегун, — подвижный, и именно он производит непосредственное перемалывание. Подвижный жернов приводится в движение крестообразным металлическим «штифтом», установленным на головке главного стержня или ведущего вала, вращающегося под действием основного механизма мельницы (использующего энергию ветра или воды). Рельефный рисунок повторяется на каждом из двух жерновов, таким образом обеспечивая эффект «ножниц» при размалывании зерен.

Жернова должны быть одинаково сбалансированными. Правильное взаимное расположение камней критически важно для обеспечения помола муки высокого качества.

Лучшим материалом для жерновов служит особенная каменная порода – вязкий, твердый и неспособный полироваться песчаник, называемый жерновым камнем. Так как каменные породы, в которых все эти свойства развиты достаточно и при том равномерно, встречаются редко, то хорошие жернова весьма дороги.

На трущихся поверхностяхъ жернов делают насечку, т. е. пробивают ряд углубленных бороздок, и промежутки между этими бороздками приводят в грубо-шероховатое состояние. Зерно попадает во время размола между бороздками верхнего и нижнего жернов и разрывается и разрезывается острыми режущими краями бороздок насечки на более или менее крупные частицы, которые размалываются окончательно по выходе из бороздок.

Бороздки насечки служат также какъ бы путями, по которым размалываемое зерно подвигается от очка к окружности и сходить с жернова. Так как жернова, даже из лучшего материала, стираются, то насечка должна быть возобновляема время от времени.

Описание конструкций и принципа действия мельниц

Столбовками мельницы названы за то, что их амбар покоится на столбе, вкопанном в землю и обложенном снаружи срубом-ряжем. В нем заделаны балки, удерживающие столб от смещения по вертикали. Конечно, амбар покоится не только на столбе, но на срубе-ряже (от слова режь, бревна, врубленные не плотно, а с прозорами). Поверх такого ряжа делается ровное круглое кольцо из пластин или досок. На него и опирается нижняя рама собственно мельницы.

Ряжи у столбовок могут быть разной формы и высоты, но не выше 4 метров. Они с земли могут подниматься сразу в виде четырехгранной пирамиды или сначала вертикально, а с какой-то высоты переходить в усеченную пирамиду. Встречались, правда очень редко, мельницы на невысокой раме.

Основание шатровок тоже может быть по форме и конструкциям различным. Например, пирамида может начаться с уровня земли, а конструкция быть не срубной, а каркасной. Пирамида может опираться на срубный четверик, а к нему могут быть пристроены подсобные помещения, тамбур, помещение для мельника и т.д.

Главное в мельницах их механизмы.

В шатровках внутреннее пространство разделено перекрытиями на несколько ярусов. Сообщение с ними идет по крутым лестницам чердачного типа через люки, оставленные в перекрытиях. Части механизма могут располагаться на всех ярусах. А их может быть от четырех до пяти. Стержнем шатровки служит могучий вертикальный вал, пронизывающий мельницу насквозь до “шапки”. Он опирается через металлический подпятник, закрепленный в балке, которая лежит на брусчатой раме. Балка с помощью клиньев может перемещаться в разные стороны. Это позволяет придать валу строго вертикальное положение. Тоже самое можно проделать и при помощи верхнего бруса, где штырь вала заделан в металлическую петлю.

В нижнем ярусе на вал надета большая шестерня с кулачками-зубьями, закрепленными по наружному контуру круглой основы шестерни. При работе движение большой шестерни, умноженное в несколько раз, передается на малую шестерню или цевку другого вертикального, уже металлического обычно вала. Этот вал прошивает неподвижный нижний жернов и упирается в металлическую планку, на которой через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова одеты деревянным кожухом с боков и сверху. Жернова устанавливаются на втором ярусе мельницы. Балка в первом ярусе, на которую опирается малый вертикальный вал с малой шестерней, подвешена на металлическом нарезном штыре и с помощью нарезной же шайбы с рукоятками может быть слегка поднята или опущена. С нею поднимается или опускается верхний жернов. Так регулируется тонкость помола зерна.

От кожуха жерновов вниз наклонно пропущен глухой дощатый желоб с доской задвижкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой.

Рядом с блоком жерновов устанавливается кран-укосина с металлическими дугами-захватами. С его помощью жернова могут сниматься со своих мест для отковки.

Над кожухом жерновов с третьего яруса спускается жестко закрепленный к перекрытию подающий зерно бункер. Он имеет задвижку, с помощью которой можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму опрокинутой усеченной пирамиды. Снизу к нему подвешен качающийся лоток. Он для пружинистости имеет можжевеловую планку и штырь, опущенный в отверстие верхнего жернова. В отверстии эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо может быть и с двумя-тремя косыми перьями. Тогда устанавливается симметрично. Штырь с кольцом называются обечайкой. Пробегая по внутренней поверхности кольца, штырь все время меняет положение и раскачивает косо подвешенный лоток. Это движение ссыпает зерно в зевло жернова. Оттуда оно попадает в зазор между камнями, размалывается в муку, та поступает в кожух, из него в закрытый лоток и мешок.

Зерно засыпается в бункер, врезанный в пол третьего яруса. Мешки с зерном подаются сюда с помощью во’рота и веревки с крюком. Ворот может подключаться и отключаться от шкива, насаженного на вертикальный вал. Делается это снизу с помощью веревки и рычага. В досках перекрытия прорезан люк, перекрытый наклонно поставленными двухпольными створками. Мешки, проходя через люк, открывают створки, которые потом произвольно захлопываются. Мельник отключает ворот, и мешок оказывается на крышках люка. Операция повторяется.

В последнем ярусе, находящемся в “шапке”, на вертикальном валу установлена и закреплена другая, малая шестерня со скошенными кулачками-зубьями. Она заставляет вращаться вертикальный вал и запускает весь механизм. Но ее заставляет работать большая шестерня на “горизонтальном” валу. Слово в кавычки заключено потому, что фактически вал лежит с некоторым уклоном внутреннего конца вниз. Штырем этого конца он заключен в металлическом башмаке деревянной рамы, основы шапки. Приподнятый конец вала, выходящий наружу, спокойно лежит на камне-“подшипнике”, слегка скругленном сверху. На валу в этом месте врезаны металлические пластины, предохраняющие вал от быстрого стирания.

В наружную головку вала врезаются два взаимно перпендикулярных бруса-кронштейна, к которым крепятся хомутами и болтами другие балки – основа решетчатых крыльев. Крылья могут принимать ветер и вращать вал лишь тогда, когда на них будет расправлена парусина, обычно свернутая в жгуты в покойное, не рабочее время. Поверхность крыльев будет зависеть от силы и скорости ветра.

Шестерня “горизонтального” вала снабжена зубьями, врезанными в боковую сторону круга. Сверху ее обнимает тормозная деревянная колодка, которая с помощью рычага может быть освобождена или сильно затянута. Резкое торможение при сильном и порывистом ветре вызовет высокую температуру при трении дерева о дерево, и даже тление. Этого лучше избегать.

До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами – “водило”.

Вокруг мельницы вкапывали небольшие столбики количеством не менее 8 штук. К ним “водило” и крепилось цепью или толстой веревкой. Силою 4-5 человек, даже если верхнее кольцо шатра и части рамы хорошо смазаны солидолом или чем-то подобным (ранее смазывали свиным салом), провернуть “шапку” мельницы очень трудно, почти невозможно. “Лошадиная сила” тут тоже не годится. Поэтому пользовались небольшим переносным воротом, который попеременно одевали на столбики его трапециевидной рамой, служившей основанием всей конструкции.

Блок жерновов с кожухом со всеми частями и деталями, расположенными выше и ниже его, назывался одним словом – постав. Обычно небольшой и средней величины ветряки делались “об одном поставе”. Большие ветряки могли строиться с двумя поставами. Были ветряные мельницы и с “толчеями”, на которых отжималось льняное или конопляное семя для получения соответственного масла. Отходы – жмых, – тоже использовали в домашнем хозяйстве. “Пильные” ветряки как будто не встречались.

Ветряная мельница — как сделать своими руками?

Обновлено: 15 марта 2020

  • Что такое ветряная мельница?
  • Устройство и принцип работы
  • Декоративный элемент или практичное сооружение?
  • Для чего может понадобиться?
  • Выбор территории для установки
  • Пошаговая инструкция
  • Необходимые материалы и инструменты
  • Фундамент
  • Выбираем тип стен и кровлю
  • Особенности постройки функциональной мельницы
  • Установка ветрогенератора
  • Рекомендуемые товары
Читайте также:  Напротив входной двери

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.

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:

  • брус,
  • доски,
  • обточенные бревна,
  • гвозди,
  • саморезы.

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.

Механизм ветряной мельницы с электродвигателем и системой автоматики WM-14.04.01

Механизм ветряной мельницы с электродвигателем

и системой автоматики

Общие сведения об оборудовании. Состав оборудования

Технические данные и характеристики оборудования

Указания мер безопасности

Акт приема-передачи оборудования

Для эксплуатации и обслуживания механизма ветряной мельницы с электродвигателем

и системой автоматики (далее – мельница) должны быть привлечены высококвалифицированные работники, способные в короткий срок обнаружить и устранить возникшую неисправность или произвести необходимую отладку различных узлов оборудования. От качества выполнения персоналом обязанностей по обслуживанию в значительной степени зависит продолжительность безотказной работы.

Перед вводом в эксплуатацию необходимо ознакомиться с Руководством по эксплуатации.

2 Общие сведения об оборудовании.

Состав оборудования

2.1 Общие сведения об оборудовании

2.1.1 Мельница представляет собой сложный технический комплекс оборудования и является динамическим элементом комплекса отдыха «Лидо», имитируемый вращение старинной ветряной мельницы.

2.1.2 Комплекс оборудования разработан в соответствии с требованиями технического задания и учитывает архитектурно-строительные и инженерные части проектов.

2.1.3 При разработке учтены требования следующих нормативных документов:

– «Пожарная безопаность. Общие требования» ГОСТ 12.1.004-91;

– СНБ 2.02.01–98 «Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов»;

– СНиП 2.08.96 «Общественные здания и сооружения»;

– СНиП 2.01.07–85 «Нагрузки и воздействия»;.

2.1.4 Тип климатического исполнения – УХЛ 3 по ГОСТ 15150-69, с относительной влажностью воздуха до 80% и температурой от -250 С до +500 С.

2.1.5 Общие технические требования к электрооборудованию по ГОСТ МЭК 60204-1-2002.

2.1.6 Степень защиты шкафа управления – IР31 по ГОСТ14254-96.

2.1.7 Применяемые материалы группы НГ, в соответствии с СНБ 2.02.01–98 «Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов».

2.2 Состав оборудования

Конструкция механизма вращения и крылья мельницы показаны на рис. 2.1 и 2.2.

Механизм вращения состоит из следующих частей:

1. Корпус крыльев.

2. Корпус подшипников передней опоры.

3. Передняя опора наклонная.

5. Корпус подшипников задней опоры.

6. Задняя опора наклонная.

8. Ведущая шестерня.

9. Ведомое колесо.

10. Токосъемное устройство с защитным кожухом.

11. Крыло мельницы, см. рис. 2.2.

12. Монтажная площадка оборудования подсветки.

13. Стояночный тормоз.

14. Шкаф управления (схематически не показан – место установки определяет заказчик)

2.2 Принцип работы оборудования и его составных частей

Мотор – редуктор (7) крепится через опорную плиту к заднему корпусу подшипниковой опоры (5). На выходной вал мотор-редуктора одевается ведущая шестерня (8), которая входит в зацепление с ведомым колесом (9), установленным на заднюю стенку шпинделя (4).

Для плавного управления электроприводом используется система, построенная на частотном преобразователе. Управление происходит с общего шкафа управления. Для ручного управления на лицевой стороне шкафа управления размещены кнопки.

Крепление корпуса крыльев мельницы (1) к шпинделю (4) выполняется с помощью стыковочных фланцев. Шпиндель (4) размещен в корпусах подшипниковых опор – передней (2) и задней (5). Подшипниковые корпусы устанавливаются на наклонные опоры (3) и (7).

Крылья мельницы оснащены системой антиобледенения в виде гибких электрических ленточных нагревателей, которые размещены внутри металлической трубы.

Токосъемное устройство (10) предназначено для подвода напряжения питания к вращающемуся электрооборудованию подсветки. Устройство крепится к ведомому колесу (9), подвод кабелей электропитания светового оборудования осуществляется от шкафа управления.

Мотор-редуктор и токосъемное устройство оснащены защитным металлическим кожухом, предотвращающим вероятность попадания возникающих искр на рядом стоящие деревянные конструкции.

В качестве подшипников применяются шариковые радиальные подшипники. В переднем и заднем корпусе установлены сдвоенные подшипники, обеспечивающие высокую удельную динамическую грузоподъемность шпинделя и плавность вращения крыльев ветряной мельницы.

В случае остановки или планово-принудительного ремонта данный механизм вращения подлежит обязательной фиксации. Для этого используется стояночный тормоз (13).

Стояночный тормоз представляет собой стержень, проходящий через шпиндель и бобышку задней наклонной опоры. Таким образом, в случае применения стояночного тормоза, вращение шпинделя исключено.

Монтаж электрооборудования подсветки (контроллеры, блоки питания и т. д.) осуществляется на монтажную площадку шпинделя (12).

Монтаж электрокабелей светодиодных лент, а также ленточных нагревателей выполняется с помощью электрических колодок, размещенных на монтажной плите шпинделя (12). После монтажа данная плита закрывается металлическим кожухом.

Крылья мельницы (12) крепятся к корпусу (1) с помощью крепежных элементов, крылья выполнены в виде металлической трубы, и образуют решетку с ячейкой 600х600 мм.

На лицевой стороне крыльев мельницы размещены светодиодные ленты.

Рис. 2.1 Общий вид механизма вращения ветряной мельницы.

Рис. 2.2 Общий вид крыльев ветряной мельницы.

3 Технические данные и характеристики

оборудования

3.1 Характеристика привода вращения

– мотор-редуктор цилиндрический двухступенчатый с электромагнитным тормозом модель GST07-3M VCK 071C42 (производитель Lenze Германия);

– мощность P=0,55 кВт;

– расчетная частота вращения вала двигателя nДВ=1405 об/мин;

– расчетный крутящий момент двигателя ТДВ=3,74 Н·м;

– напряжение питания UДВ = 230 В ±10%;

– расчетная частота 50 Гц;

– передаточное число редуктора iРЕД=158,194;

– частота вращения выходного вала редуктора nРЕД=8,9 об/мин;

– крутящий момент выходного вала редуктора ТРЕД=565 Н·м;

– класс защиты IP55;

– класс нагревостойкости F;

– защита двигателя – термоконтакт;

– тормозной момент 3 Н·м;

3.2 Зубчатая передача

– тип – внешняя цилиндрическая прямозубая;

– передаточное число iЗУБ. П.=3,27;

– количество зубьев ведущей шестерни Z1=55;

– количество зубьев ведомой шестерни Z2=180;

– ширина обода зубчатого колеса и шестерни b2=80 мм;

3.3 Токосъемное устройство

– подводимая мощность – не более 20,0 кВт;

– количество токопроводящих колец – 6;

– материал токопроводящих колец – Л90 ГОСТ 15527-70;

– материал токосъемных пальцев – ЛС59-1 ГОСТ 15527-70;

– наличие заземляющего контура;

– наличие защитного металлического кожуха;

3.4 Стояночный тормоз крыльев ветряной мельницы

3.5 Подшипниковые опоры

– тип подшипников – шариковые радиальные;

– наименование подшипника передней опоры Подшипник 152 ГОСТ 8338-75;

– количество подшипников передней опоры – 2 шт.;

– наименование подшипника задней опоры Подшипник 148 ГОСТ 8338-75;

– количество подшипников задней опоры – 2 шт.;

3.6 Крылья ветряной мельницы

– габариты и внешний вид крыльев в соответствии с дизайн–проектом;

– регулируемая скорость вращения крыльев мельницы;

– диапазон скорости вращения 2-3 об/мин;

– система антиобледенения крыльев мельницы в виде гибких ленточных электрических нагревателей;

– декоративная подсветка крыльев мельницы по периметру:

– лента SPI-5000S 5V RGB (KS-5060, 160 LED)

– SPI – контроллер LN-1606-RF6B (5/12V, ПДУ 6 кн)

– декоративная подсветка внутреннего контура крыльев:

– контроллер RGB-12CH ARC3004W (12/24V, 288/576W)

– программа подсветки в соответствии с дизайн–проектом;

3.7 Система управления

– плавный запуск механизма вращения;

– плавная остановка механизма вращения в штатном и аварийном режиме (при пропадании электричества);

– наличие контроллера управления подсветкой с несколькими программами;

– шкаф управления – напряжение питания 380 В, 50 Гц, расположение внутри помещения, класс защиты IP31.

4 Электрооборудование

Питание шкафа управления осуществляется путем подключения питающего кабеля к клеммам «L», «РЕ» «N» от сети 380 В переменного тока.

На лицевой панели шкафа управления находятся органы управления системой подсветки и обогрева крыльев мельницы, а также расположены кнопки пуска и остановки вращения привода.

Рис. 3 Лицевая панель шкафа управления

Рис. 4 – Схема электрическая принципиальная.

5 Указание мер безопасности

5.1 Общие указания

5.1.1 Эксплуатация оборудования возможна только после окончания всех монтажных и пуско-наладочных работ и подписания акта о готовности оборудования к работе и приемке заказчиком.

5.1.2 К обслуживанию оборудования могут быть допущены лица, изучившие данное руководство по эксплуатации и прошедшие производственный инструктаж по технике безопасности с последующей проверкой этих знаний. При эксплуатации оборудования должно быть обеспечено строгое соблюдение правил и инструкций по технике безопасности.

5.2 Источники опасности

При эксплуатации, ремонте, испытаниях комплекса могут возникнуть следующие виды опасностей: электроопасность, опасность травмирования от движущихся частей.

5.2.1 Источниками электроопасности являются: цепь сетевого питания, электрические колодки, токосъемное устройство, др. элементы электрического оборудования.

5.2.3 Источниками опасности от движущихся частей являются: мотор-редуктор, зубчатые колеса, крылья мельницы, шпиндель с монтажной площадкой.

5.3 Требования к электробезопасности

5.3.1 Эксплуатацию электрооборудования необходимо осуществлять в соответствии с правилами технической эксплуатации электроустановок, действующими в стране предприятия-заказчика оборудования.

5.3.2 ЗАПРЕЩАЕТСЯ работать на оборудовании с открытыми крышками коробок, дверками шкафов и ниш, в которых расположено электрооборудование.

5.3.3 ЗАПРЕЩАЕТСЯ производить устранение неисправностей электрооборудования лицами, не имеющими права обслуживания электроустановок.

5.3.4 ЗАПРЕЩАЕТСЯ устранять неисправности на оборудовании без снятия напряжения, если характер неисправности не требует ее устранения под напряжением.

5.4 Требования по обеспечению безопасности от травмирования движущимися частями

5.4.1 Регулировку и наладку механизмов оборудования производить только при отключении оборудования от электросети с обязательным вывешиванием плаката

«НЕ ВКЛЮЧАТЬ – РАБОТАЮТ ЛЮДИ».

Запрещается устранять неисправности при вращении лопастей мельницы.

5.5 Во время эксплуатации комплекса оператор обязан:

5.5.1 Выполнять требования по обслуживанию оборудования, изложенные в руководстве по эксплуатации WM-14.04.01.000.000.00 РЭ.

5.5.2 Перед вводом в эксплуатацию внешним осмотром проверить исправность механизмов оборудования. Поставить в известность обслуживающий персонал в случае неисправности (неподготовленности) оборудования.

5.5.3 Следить за тем, чтобы двери электрошкафов, крышки распределительных коробок и других электрических устройств были закрыты, а уплотнения не имели повреждений.

5.5.4 Выключить оборудование и снять напряжение отключением вводного автомата AB1:

– при уборке, смазке и чистке оборудования комплекса;

– при временном прекращении работы;

При временном прекращении работы (более чем на сутки) ОБЯЗАТЕЛЬНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ СТОЯНОЧНЫЙ ТОРМОЗ.

5.6 При вращении мельницы ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

5.6.1 Опираться на подвижные механизмы.

5.6.2 Производить затяжку крепежных и соединительных деталей.

5.6.3 Эксплуатировать контрольно-регулирующую аппаратуру на критических параметрах, превышающих номинальные параметры технических характеристик.

5.6.4 Производить ремонт и наладку оборудования.

5.7 ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

5.7.1 Работать на неисправном или неподготовленном к работе оборудовании.

5.7.2 Эксплуатация привода вращения мельницы без блока бесперебойного питания.

5.7.3 Эксплуатация оборудования при:

– отсутствии кожухов и снятых ограждениях;

– неисправности заземляющих устройств;

– порывах ветра свыше 30 м/с.

В случае невыполнения обслуживающим персоналом требований техники безопасности, работник службы техники безопасности обязан принять все меры, вплоть до остановки и отключения оборудования и отстранения от работы обслуживающего персонала.

6 Гарантийные обязательства

6.1 Изготовитель гарантирует соответствие изделия установленным требованиям при соблюдении условий транспортирования, хранения, монтажа и эксплуатации, в том числе при соблюдении установленных сроков и качества технического обслуживания и ремонта.

6.2 Гарантийный срок эксплуатации оборудования – 24 месяца со дня ввода в эксплуатацию и при соблюдении потребителем условий эксплуатации, транспортирования и хранения.

6.3 Гарантийный талон дает право на бесплатный ремонт оборудования Изготовителем в течение указанного срока.

6.4 Дата начала гарантийных обязательств должна соответствовать дате подписания акта приема-передачи оборудования.

6.5 Гарантийные обязательства не распространяются:

– на оборудование, переданное в эксплуатацию другому лицу или проданное другому лицу;

– на оборудование, монтаж которого произведен сторонними организациями;

– на расходные материалы (светодиоды, элементы питания, предохранители, ключи, вставки замков и т. п.).

6.6 Гарантийные обязательства теряют силу:

– при отсутствии гарантийного талона;

– при наличии неисправностей оборудования, возникших по причине несоблюдения рекомендаций по эксплуатации оборудования;

– в случае нарушения сроков проведения регламентированного технического обслуживания;

– при внесении в конструкцию изменений без согласования с Изготовителем; в результате попыток устранить возникшие неисправности;

– при наличии внешних механических повреждений оборудования;

– вследствие несанкционированного подключения к оборудованию Изготовителя оборудования других производителей;

– в результате обстоятельств непреодолимой силы таких как: короткое замыкание, недопустимое повышения или понижения напряжения в питающей сети, обгорание, пожар, повреждение средствами пожаротушения, удар молнии, различного вида взрыв, военные действия, кража, стихийные бедствия, аварии автомобильного или др. вида транспорта и т. п.;

– вследствие нарушения целостности гарантийных пломб.

«___» ______________2013 г. «___» ___________2013 г.

7 Акт приема – передачи оборудования

Оборудование передано в соответствии с комплектностью, согласно табл. 1.

Ссылка на основную публикацию