en väderkvarn är en struktur som används för att utnyttja kraften i vinden för ändamål som slipning korn, pumpa vatten, och generera el.
vindens kraft användes först av sjömän, som kunde förstå lyft och utnyttja vindkraften genom segel. Denna kunskap ledde till utvecklingen av den första vertikala axeln segel-typ väderkvarn som används av de gamla perserna och kinesiska för slipning korn och pumpning av vatten.,
de bestod av vanes som kallades segel eller blad som när de uppmanades att vända sig av vinden, omvandlade vindens energi till rotationsenergi som kunde utnyttjas.
tidiga europeiska väderkvarnar med horisontella axelsystem var grunden för nuvarande vindturbinteknik som används för energiproduktion.
denna artikel kommer att diskutera historien om väderkvarnar och hur de avancerade till modern design, liksom hur de fungerar.,
Tidig historia av väderkvarnar
det finns inga konkreta bevis på vem exakt var den första att uppfinna väderkvarnen, oavsett om det var kineserna eller perserna är uppe för debatt. Oavsett, båda kulturerna började använda denna teknik ungefär samtidigt för samma ändamål.
vissa tror att väderkvarnstekniken fördes till norra Europa som ett resultat av korstågen, men deras horisontella axeldesign snarare än det vertikala axelsystemet, gör det lika troligt att européerna upptäckte sin väderkvarn självständigt. Den första befintliga illustrationer från 1270 A. D., visa blå-utskrifter av post mill typ av väderkvarn.
postverket bestod av en fyra bladkvarn monterad på en central stolpe, som använde trä kugghjul-och-ring-kugghjul för att täcka rörelsen av den horisontella axeln till vertikal rörelse som vände en slipsten. Enligt den illustrerade historien om Vindutveckling användes träkugghjulet av Vitruvius, en ingenjör av Augustanåldern, för att utveckla det första horisontella axelns vattenhjul.,
tower mill-designen tros ha uppstått runt slutet av 1300-talet, med den tidigaste kända illustrationen av en Normandie Kvarn mellan 1430 och 1440. Tornet mill gjordes med sluttande väggar, ett lock som kunde roteras, en horisontell vind axel och vertikala segel.
smock mill, utvecklad av holländarna i 1526 baserat på tower mill, är ett vertikalt avsmalnande torn med fyra till sex sidor toppad med ett lock som roterar för att få seglen i vinden. Smock mill namngavs från dess likhet med de smocks som användes av bönder vid den tiden.,
under de närmaste 500 åren fick väderkvarnar många olika applikationer utöver bara vattenpumpning och slipning av spannmål, inklusive bevattning, dräneringspumpning, sågfräsning av timmer och bearbetning av tobak, kryddor, kakao, färger och färgämnen.
moderna framsteg
mekaniska vattenpumpverk utvecklades först i USA 1854. Dessa kvarnar bestod ursprungligen av fyra träblad, med stålblad kommer till existens i 1870.
mer än sex miljoner mekaniska vindkraftverk installerades i USA mellan 1850 och 1970., Deras huvudapplikationer var för lagervattning och vatten för Bondgårdar. Mycket stora väderkvarnar användes för att pumpa vatten för ångtåg.
den första väderkvarnen som genererar el uppfanns 1888 av en Ohio-baserad ingenjör som heter Charles Brush. Väderkvarnen kunde generera upp till 12 kilowatt el och var en sextio fot post Kvarn med en 56 fot rotor.
i dagens samhälle kallas vindkraftverk som används för att generera el.,
vindturbinmarknaden utvecklades från intervallet 1 till 25 kilowatt för hushålls-och jordbruksmetoder, till mellanskaliga maskiner i intervallet 50-600 kilowatt för sammankopplade vindkraftverk mellan åren 1973 och 1986.
under denna tidsperiod, mer än 20 olika konstruktioner där konstruerade och testade, mest visat sig vara ogenomförbara och ineffektiva.
vindturbiner utvecklades från de fyra bladed system som först skapades i USA, till två bladed system, och slutligen till de tre bladed system som vanligtvis ses i vindkraftverk idag.,
hur väderkvarnar fungerar
de tidigaste dokumenterade väderkvarnarna var vertikala axelsystem, med vertikala segel gjorda av vass eller trä som fästes av horisontella stöttor till en vertikal axel med en sten för slipning. Den första väderkvarn som dök upp i Europa var postverket med ett horisontellt axelsystem, med en fyrbladig Kvarn fäst vid en central post.
Mosterts Kvarn beskriver postverket som en byggnad balanserad och svängd på en vertikal mittstolpe upprätthållen av crosstrees och vinklade kvartsstänger, vars ändar bar fyra upprätt sten eller tegelpelare.,
kvarnen bestod av en wallower, ett stort bromshjul placerat på samma axel som seglen, som överförde effekt till ett mindre redskap. Wallower delade den vertikala axeln med great spurhjulet, varifrån en stenmutter körde slipstenen.
tower mill var en utveckling av post mill med flera våningar för lagring av spannmål, avlägsnande av agnar, slipning korn och bostäder för windsmith och hans familj.
det viktigaste inslaget i tornverket var ett tak (tak) som kunde svänga som svar på förändrade vindmönster., Till skillnad från postfabriken där du var tvungen att flytta hela strukturen för att orientera kvarnen, måste bara locket flyttas i tornfabriken.
både tornet och post mills var ursprungligen utformade för att manuellt orienteras in i vinden genom att trycka en spak som ligger på baksidan av kvarnen. År 1745 uppfann Edmund Lee windmill-fläktens svans, som monterades på baksidan av kvarnen i rät vinkel mot seglen som automatiskt vrider locket för att få seglen i vinden.,
Smock mills liknar tower mills skiljer sig huvudsakligen i deras utseende, där smock mills var åttkantiga eller sexkantiga med sina sex till åtta sidor, snarare än cirkulär. Smock mills har samma roterande mössa design som tower mills, men var vanligtvis mycket större.
de första mekaniska kvarnarna som uppträdde i USA hade fyra träblad som liknade paddlar, och de flesta var utrustade med ”svansar” som orienterade dem i vinden. Några av dessa mekaniska kvarnar var dock utformade för att driva downwind, som kallas väderbaningsverk.,
vissa mekaniska kvarnar sportade varvtalsreglering som tillhandahålls av gångjärn blad som viks tillbaka i höga vindar minskar dragkraften, genom att minska rotorfångstområdet. När stålklingor introducerades krävde de ett reduktionsväxel för att kompensera för deras höga hastighet, så att de vanliga ömsesidiga pumparna var i rätt hastighet för att kvarnen skulle fungera ordentligt.
de trebladiga turbinsystemen ses vanligen idag, fungerar på ungefär samma sätt som de ursprungliga postfabrikerna., Vinden vänder två eller tre blad runt en rotor som är ansluten till en huvudaxel som snurrar en generator för att skapa El.
rotorn, som är knivarna och navet kombinerade, är monterade 100 fot eller mer över marken för att dra nytta av snabbare, mindre turbulent vind. Rotorn är fäst vid ett stigsystem som vänder bladen ut ur vinden för att styra rotorhastigheten.
När vindarna är för höga eller för låga för att producera el förhindrar stigsystemet att rotorn vrids.,
pitch-systemet är anslutet till en låghastighetsaxel som vrids vid cirka 30-60 rotationer per minut. Låghastighetsaxeln är ansluten till växellådan som förvandlar de låga rotationshastigheterna till de höga rotationshastigheterna på 100-1800 varv som generatorn behöver, som är fastsatt på växellådan, för att producera el.,
dagens turbiner består också av bromssystem som mekaniskt, elektriskt eller hydrauliskt kan stoppa rotorn i nödsituationer, och en styrenhet som startar maskinen med vindhastigheter som är mellan 6 till 16 mph och stänger av maskinen när vindhastigheten är över 55 mph för att förhindra skador. En anemometer mäter vindhastigheten och överför data till regulatorn.
elen överförs sedan ner i tornet och omvandlas till samma spänning som det lokala energinätet.,
slutsats
väderkvarnar har kommit långt sedan starten, och moderna framsteg inom turbinteknik visar att vindkraft är ett miljövänligt substitut för fossila bränslen.
under 2000-talet börjar vi se många framsteg inom vindkraftsindustrin, inklusive bladeless technologies och generatorer som inte kräver en växellåda. Men de är fortfarande i sina fantasier.,
vindkraft är en av de bästa lösningarna för världens ökande energibehov, eftersom den är ren och inte producerar giftiga utsläpp för att generera el, till skillnad från fossila bränslen.
om du har erfarenhet av väderkvarnar och/eller moderna vindkraftverk, Vänligen dela den i kommentarerna.