Eine Windmühle ist eine Struktur, die zu nutzen die Kraft des Windes für Zwecke wie Getreide mahlen, Wasser zu Pumpen und Elektrizität zu erzeugen.
Die Kraft des Windes wurde zuerst von Seglern genutzt, die den Auftrieb verstehen und die Windkraft durch Segel nutzen konnten. Dieses Wissen führte zur Entwicklung der ersten Segelwindmühle mit vertikaler Achse, die von den alten Persern und Chinesen zum Mahlen von Getreide und zum Pumpen von Wasser verwendet wurde.,
Sie bestanden aus Schaufeln, die als Segel oder Schaufeln bezeichnet wurden und die, wenn sie vom Wind aufgefordert wurden, sich zu drehen, die Energie des Windes in Rotationsenergie umwandelten, die genutzt werden konnte.
Frühe europäische Windmühlen mit horizontalen Achssystemen bildeten die Grundlage für die aktuelle Windturbinentechnologie zur Energiegewinnung.
Dieser Artikel wird die Geschichte der Windmühlen diskutieren und wie sie zu modernen Designs fortgeschritten sind, sowie wie sie funktionieren.,
Frühe Geschichte der Windmühlen
Es gibt keine konkreten Hinweise auf, wer genau der erste war, der zu erfinden, die Windmühle, ob es die Chinesen oder die Perser zur Debatte. Unabhängig davon begannen beide Kulturen, diese Technologie ungefähr zur gleichen Zeit für die gleichen Zwecke zu verwenden.
Einige glauben, dass die Windmühle Technologie nach Nordeuropa als Folge der Kreuzzüge gebracht wurde, aber ihre horizontale Achse Design eher als das vertikale Achsensystem, macht es genauso wahrscheinlich, dass die Europäer ihre Windmühle unabhängig entdeckt. Die ersten existierenden Illustrationen von 1270 n. Chr., zeigen Sie Blau-Drucke der Post Mill Art der Windmühle.
Die Pfostenmühle bestand aus einer vierblättrigen Mühle, die auf einem zentralen Pfosten montiert war und mit Zahnrädern aus Holz die Bewegung der horizontalen Welle in eine vertikale Bewegung verwandelte, die einen Schleifstein verwandelte. Nach der illustrierten Geschichte der Windentwicklung wurde das hölzerne Zahnrad von Vitruv, einem Ingenieur der Augustanzeit, verwendet, um das erste Wasserrad mit horizontaler Achse zu entwickeln.,
Es wird angenommen, dass das Turmmühlen-Design um die späten 1300er Jahre entstanden ist, wobei die früheste bekannte Illustration eine Normandie-Mühle zwischen 1430 und 1440 ist. Die Turmmühle wurde mit abfallenden Wänden, einer drehbaren Kappe, einem horizontalen Windschacht und vertikalen Segeln hergestellt.
Die Smock Mill, die 1526 von den Holländern auf der Grundlage der Turmmühle entwickelt wurde, ist ein vertikal verjüngter Turm mit vier bis sechs Seiten, die mit einer Kappe gekrönt sind, die sich dreht, um die Segel in den Wind zu bringen. Die Smock Mill wurde nach ihrer Ähnlichkeit mit den damals von Bauern getragenen Smocks benannt.,
In den nächsten 500 Jahren haben Windmühlen viele verschiedene Anwendungen erhalten, die über das reine Pumpen und Mahlen von Getreide hinausgehen, einschließlich Bewässerung, Entwässerungspumpen, Sägemahlen von Holz und Verarbeitung von Tabak, Gewürzen, Kakao, Farben und Farbstoffen.
Moderne Fortschritte
Mechanische Wasserpumpen Mühlen wurden zuerst entwickelt in den Vereinigten Staaten im Jahre 1854. Diese Mühlen bestanden ursprünglich aus vier Holzklingen, wobei Stahlklingen 1870 entstanden.
Zwischen 1850 und 1970 wurden in den USA mehr als sechs Millionen mechanische Windmühlen installiert., Ihre Hauptanwendungen waren für die Bestandsbewässerung und Wasser für Bauernhäuser. Sehr große Windmühlen wurden verwendet, um Wasser für Dampfzüge zu pumpen.
Die erste Windmühle zur Stromerzeugung wurde 1888 von einem in Ohio ansässigen Ingenieur namens Charles Brush erfunden. Die Windmühle konnte bis zu 12 Kilowatt Strom erzeugen und war eine 60-Fuß-Postmühle mit einem 56-Fuß-Rotor.
In der heutigen Gesellschaft werden Windmühlen zur Stromerzeugung als Windkraftanlagen bezeichnet.,
Der Markt für Windkraftanlagen entwickelte sich zwischen 1973 und 1986 vom 1-bis 25-Kilowatt-Bereich für haus-und landwirtschaftliche Praxis zu Maschinen im mittleren Maßstab im 50-bis 600-Kilowatt-Bereich für vernetzte Versorgungswindparkanwendungen.
In diesem Zeitraum wurden mehr als 20 verschiedene Designs entwickelt und getestet, die sich am meisten als undurchführbar und ineffizient erweisen.
Windturbinen entwickelten sich von den vier Bladesystemen, die zuerst in den Vereinigten Staaten entwickelt wurden, zu zwei Bladesystemen und schließlich zu den drei Bladesystemen, die heute in Windparks üblich sind.,
Funktionsweise von Windmühlen
Die frühesten dokumentierten Windmühlen waren vertikale Achssysteme mit vertikalen Segeln aus Schilf oder Holz, die durch horizontale Streben mit einem Stein zum Schleifen an einem vertikalen Schacht befestigt wurden. Die erste Windmühle, die in Europa erschien, war die Postmühle mit einem horizontalen Achssystem, wobei eine vierblättrige Mühle an einem zentralen Pfosten befestigt war.
Mosterts Mühle beschreibt die Postmühle als ein Gebäude, das auf einem vertikalen Mittelpfosten ausgeglichen und geschwenkt ist, der durch Kreuzungen und abgewinkelte Viertelstangen aufrecht gehalten wird und dessen Enden vier aufrechte Stein-oder Ziegelpfeiler trugen.,
Die Mühle bestand aus einem Wallower, einem großen Bremsrad, das sich auf derselben Welle wie die Segel befand und die Kraft auf einen kleineren Gang übertrug. Der Waller teilte sich die vertikale Welle mit dem großen Stirnrad, von dem eine Steinmutter den Schleifstein trieb.
Die Turmmühle war eine Weiterentwicklung der Postmühle, die mehrere Stockwerke für die Lagerung von Getreide, das Entfernen von Spreu, das Mahlen von Getreide und Wohnräume für den Windsmith und seine Familie hatte.
Das wichtigste Merkmal der Turmmühle war eine Kappe (Dach), die sich als Reaktion auf sich ändernde Windmuster drehen konnte., Im Gegensatz zur Postmühle, in der man die gesamte Struktur bewegen musste, um die Mühle auszurichten, musste nur die Kappe in der Turmmühle bewegt werden.
Sowohl die Turm-als auch die Pfostenmühlen waren ursprünglich so konzipiert, dass sie durch Drücken eines Hebels auf der Rückseite der Mühle manuell in den Wind ausgerichtet werden konnten. Im Jahr 1745 erfand Edmund Lee den Windmühlenlüfterschwanz, der im rechten Winkel zu den Segeln auf der Rückseite der Mühle montiert wurde und automatisch die Kappe drehte, um die Segel in den Wind zu bringen.,
Smock-Mühlen ähneln Turmmühlen, die sich hauptsächlich in ihrem Aussehen unterscheiden, bei denen Smock-Mühlen eher achteckig oder sechseckig mit ihren sechs bis acht Seiten als kreisförmig waren. Smock Mühlen haben die gleiche rotierende Kappe Design wie die Turmmühlen, waren aber in der Regel viel größer.
Die ersten mechanischen Mühlen, die in den Vereinigten Staaten auftauchten, hatten vier Holzklingen, die Paddeln ähnelten, und die meisten waren mit „Schwänzen“ ausgestattet, die sie in den Wind richteten. Einige dieser mechanischen Mühlen wurden jedoch für den Betrieb im Gegenwind entwickelt, so genannte wetterschwankende Mühlen.,
Einige mechanische Mühlen sortierten die Drehzahlregelung, die durch Klappblätter bereitgestellt wurde, die bei starkem Wind zurückgeklappt wurden, wodurch der Schub verringert wurde, indem der Rotoraufnahmebereich verringert wurde. Wenn Stahlklingen eingeführt wurden, erforderten sie ein Untersetzungsgetriebe, um ihre hohe Geschwindigkeit auszugleichen, so dass die Standardkolbenpumpen mit der richtigen Geschwindigkeit für die ordnungsgemäße Funktion der Mühle waren.
Die heute üblichen dreiflügeligen Turbinensysteme funktionieren ähnlich wie die ursprünglichen Postmühlen., Wind dreht zwei oder drei Klingen um einen Rotor, der mit einer Hauptwelle verbunden ist, die einen Generator dreht, um Strom zu erzeugen.
Der Rotor, bei dem es sich um die Schaufeln und die Nabe handelt, ist 100 Fuß oder mehr über dem Boden montiert, um einen schnelleren, weniger turbulenten Wind zu nutzen. Der Rotor ist an einem Steigungssystem befestigt, das die Schaufeln aus dem Wind dreht, um die Rotordrehzahl zu steuern.
Wenn der Wind zu hoch oder zu niedrig ist, um Strom zu erzeugen, verhindert das Pitch-System, dass sich der Rotor dreht.,
Das Pitch-System ist mit einer Welle mit niedriger Drehzahl verbunden, die sich mit etwa 30-60 Umdrehungen pro Minute dreht. Die Welle mit niedriger Drehzahl ist mit dem Getriebe verbunden, das die niedrigen Drehzahlen in die hohen Drehzahlen von 100-1800 U / min umwandelt, die der am Getriebe befestigte Generator zur Stromerzeugung benötigt.,
Die heutigen Turbinen bestehen auch aus einem Bremssystem, das den Rotor in Notfällen mechanisch, elektrisch oder hydraulisch stoppen kann, und einem Regler, der die Maschine bei Windgeschwindigkeiten zwischen 6 und 16 mph startet und schaltet die Maschine ab, wenn die Windgeschwindigkeit über 55 mph liegt, um Schäden zu vermeiden. Ein Anemometer misst die Windgeschwindigkeit und überträgt die Daten an die Steuerung.
Der Strom wird dann den Turm hinunter übertragen und in die gleiche Spannung wie das lokale Stromnetz umgewandelt.,
Fazit
die Windmühle haben einen langen Weg zurückgelegt, seit es die Vorstellung und die modernen Fortschritte in der turbine-Technologie erweisen sich die Windkraft zu einer umweltfreundlichen Ersatz für fossile Brennstoffe.Jahrhundert sehen wir viele Fortschritte in der Windenergieindustrie, einschließlich blattloser Technologien und Generatoren, für die kein Getriebe erforderlich ist. Aber sie sind immer noch in den Kinderschuhen.,
Windkraft ist eine der besten Lösungen für den weltweit steigenden Energiebedarf, da sie sauber ist und im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen keine giftigen Emissionen zur Stromerzeugung erzeugt.
Wenn Sie Erfahrung mit Windmühlen und/oder modernen Windkraftanlagen haben, teilen Sie diese bitte in den Kommentaren mit.