Но уже почти четыре тысячи лет ветер востребован в качестве источника энергии на европейском, азиатском и африканском континентах. И сегодня это не забыто.
Как работает ветровая мельница в ветряную погоду
Прародители ветряных мельниц появились в Египте почти четыре тысячи лет назад. Первоначально ветряная мельница имела фиксированное направление лопастей и ременную передачу на оси каменных жерновов. Позже в конструкцию были интегрированы шестерни, подшипники и поворотные механизмы. Такое устройство без радикальных изменений успешно использовалось до начала прошлого века и используется до сих пор.
Свойства энергии ветра уникальны. Особого внимания заслуживают свойства, благодаря которым ветряные мельницы пользуются неизменным успехом. Если сравнить свойства источников энергии, то становится понятным длительное и географически широкое использование 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 у ветра есть и недостатки. Например, пресловутая нестабильность. Направление ветра меняется так часто, что пришлось построить даже вращающиеся ветряные мельницы. А изменение скорости ветра между ураганом и штилем делает невозможным поддержание стабильной подачи энергии. Другие природные источники энергии также нестабильны и имеют свои недостатки. Солнце не дает энергии ночью, а днем может скрываться за облаками. Реки существуют не везде, а там, где они есть, они могут пересыхать или замерзать на месяцы.
Другим недостатком является низкая плотность ветра — 1,29 кг/м3. Плотность воды, например, составляет почти одну тонну. Чтобы выработать такое же количество энергии, площадь поверхности лопастей ветряной мельницы должна быть в 750 раз больше, чем у водяной мельницы. И для таких структур должно быть соответствующее жилье.
Тем не менее, ветер востребован в качестве источника энергии на европейском, азиатском и африканском континентах уже почти четыре тысячи лет. И так происходит и сегодня.
Как ветер крутит лопасти
Поскольку воздух имеет массу, его движение обладает кинетической энергией. Когда объект оказывается на пути ветра, дующего в определенном направлении, их взаимодействие может быть описано векторами сил. Ветер отталкивает препятствие и отталкивает его в противоположном направлении. Лопасть, прикрепленная к оси конструкции, сгибается вдоль оси вращения и закручивается вокруг этой оси. Графически это можно представить следующим образом:
Ветер отражается после контакта с лопастью, оставляя часть своей энергии:
- 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;
- создавая кинетическую энергию вращения, на лопасть действует сила Fл2-2. При этом уменьшается вектор силы ветра Fв2-2, меняя его направление.
Количество кинетической энергии, передаваемой ветром через лопасти, зависит от массы воздуха, взаимодействующего с лопастями, их скорости и направления относительно лопастей — чем перпендикулярнее, тем лучше.
В самой мельнице, помимо конструкции лопастей, потери на трение также можно минимизировать за счет использования подшипников на валу и шестерен в системе привода, или путем установки генератора непосредственно на вал лопастей.
Если вы знаете, как работает мельница, вы можете попробовать построить ее самостоятельно. По крайней мере, в декоративных целях.
Как рассчитать крылья мельницы
Сначала вам нужно решить, где и какую ветряную мельницу вы хотите построить. Как правило, ветряная мельница размещается на открытом участке, например, в загородном доме. Если деревья вокруг забора невысокие и густые, необходимо построить высокий забор для ветряной мельницы. В этом случае необходим фундамент.
Небольшие, но тяжелые шкафы также нуждаются в фундаменте. Периметр будущего здания может быть покрыт бетоном до 0,7 м или толстым слоем кирпича. Для декоративных зданий достаточно одного слоя кирпича, чтобы поддержать и уплотнить конструкцию и изолировать ее от влаги.
Теперь вам нужно решить, почему мельница должна быть построена. Существует множество возможностей:
- для подъема воды из скважины;
- для получения электроэнергии;
- для отпугивания кротов;
- для хранения садовых инструментов;
- в декоративном назначении.
Диапазон возможностей представлен снижением требований к мощности устройства, т.е. упрощением механизма. Определение требований к конструкции остается правом и обязанностью владельца.
Сразу вспомним, что реальная мощность домашнего ветряка при скорости ветра 5-8 м/с составляет не более 500 Вт. Тем не менее, электроэнергия может быть запасена даже мощными потребителями на короткое время в случае необходимости. Например, насос для подъема воды.
Самое главное в ветряной турбине — это лопасти. Первое, что нужно знать о конструкции лопасти, это то, что чем больше мощность, тем больше должна быть проектируемая площадь в плоскости вращения. Это достигается за счет увеличения количества, длины, площади и угла наклона лопастей.
Для расчета средней мощности конструкции необходимо знать силу ветров, которые обычно преобладают в районе расположения конструкции. Кроме того, лопасти мельницы должны быть перпендикулярны преобладающим направлениям ветра. Эту информацию можно найти в Интернете, задав в поисковике «статистика скорости ветра» и «роза ветров» для вашего региона.
Осталось рассчитать размер лопастей. Пример: средняя скорость ветра составляет 5 м/с, а потребляемая мощность устройства — 100 Вт. Потери при преобразовании кинетической энергии вала мельницы в электроэнергию составляют от 20 % до 40 %.
КПД можно рассчитать, учитывая точные значения для валогенератора, выпрямителя, стабилизатора и преобразователя DC-AC (220 В), указанные на типовой табличке. При расчете коэффициенты потерь не суммируются, но КПД отдельных устройств должны быть последовательно перемножены для получения КПД системы преобразования энергии вращения в электрическую энергию. Еще половина энергии ветра теряется в лопастях.
Можно уменьшить потери на преобразование, например, отказавшись от преобразователя постоянного тока в переменный, если привод может питаться от аккумулятора. Отсутствие другого устройства также возможно, если напряжение и ток не важны для работы устройства — например, маленькая лампочка или, что еще более практично, светодиод.
Что такое ветроэнергетика (ветряные мельницы для электричества)
Ветроэнергетика — это отрасль энергетики, которая занимается преобразованием кинетической энергии газообразных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или другие формы энергии, которые могут быть использованы в народном хозяйстве. Это преобразование может быть выполнено с помощью следующих единиц: Ветряная турбина (для выработки электроэнергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), паруса (для использования в транспорте).
Энергия ветра считается возобновляемой формой энергии, поскольку она возникает в результате солнечной активности. В настоящее время ветроэнергетика является растущей отраслью. В некоторых странах ветроэнергетика развивается особенно интенсивно. По данным WindEurope, доля ветряных турбин в общем объеме производства электроэнергии в 2019 году была следующей: Дания 48% от общего объема электроэнергии, Ирландия 33%, Португалия 27%, Германия 26%, Великобритания 22%, Испания 21% и ЕС в целом 15%. В 2014 году 85 стран использовали энергию ветра на коммерческой основе.
Крупные ветропарки подключены к электросети, в то время как небольшие ветропарки предназначены для обеспечения электроэнергией отдаленных районов. В отличие от ископаемого топлива, энергия ветра практически неисчерпаема, повсеместно доступна и более экологична. Ветряные мельницы для производства электроэнергии имеют свои нюансы. Строительство ветряных электростанций сопряжено с некоторыми техническими и экономическими проблемами, которые замедляют распространение ветроэнергетики. В частности, изменчивость ветровых потоков не является проблемой, когда ветровая энергия составляет небольшую долю в общем объеме производства электроэнергии, но по мере увеличения этой доли возникают проблемы с надежностью производства электроэнергии. Для решения таких проблем используется интеллектуальное управление распределением электроэнергии.
Скорость ветра (ветряные мельницы для электричества)
Работа ветряных турбин сильно зависит от скорости ветра. В нашей стране не так много районов, где скорость ветра составляет даже 5-7 метров в секунду. Мы получаем данные по среднегодовому показателю. Оказывается, что в подавляющем большинстве пригодных для жизни широт эта же скорость составляет 2-4 м/с максимум.
При таком потоке ветра маловероятно, что ваша ветряная турбина будет успешно работать большую часть времени. Скорость просто недостаточна для непрерывной выработки электроэнергии. Вам необходима скорость ветра не менее 10 м/с.
Генератор мощностью 2 кВт не выдаст более 100 Вт за час.
Существует еще одна проблема, связанная с ветром, о которой производители умалчивают. У земли скорость намного ниже, чем над ней, где расположены промышленные предприятия высотой 25-30 метров.
Ветряную турбину можно установить на расстоянии не более десяти метров. Поэтому даже не полагайтесь на карты ветра с различных сайтов, так как эти данные вам не подходят.
Производители часто стыдливо скрывают тот факт, что измерения для их карт ветра проводятся на высоте 50-70 метров! Кроме того, не учитываются данные о турбулентности и вихрях.
Попробуйте подняться чуть выше 10 метров, и вы наверняка задумаетесь о молниезащите. Лопасти электризуются от трения воздуха, что является очень вкусной приманкой для приземления! И почему-то все интересуются только скоростью ветра и забывают о плотности ветра или давлении. В конце концов, разница в выработке электроэнергии немаленькая. Зависимость выработки электроэнергии от давления ветра непропорционально велика.
Кроме того, существуют некоторые недопонимания относительно определенных технических характеристик самих генераторов. Например, в вашем саду скорость ветра может быть настолько высокой, что невозможно вращать вал, не говоря уже о выработке электроэнергии. Наиболее активные перемещения воздушных масс происходят осенью и весной.
Для людей, которые активно воссоздают. Лучшие солнечные батареи для туризма. Статья о всех преимуществах и типах здесь
Стартовая скорость ветра, момент страгивания ветряка и место установки
Но есть и альтернатива. В районах, где порывистые воздушные потоки встречаются редко, основной задачей является выбор ветрогенератора, способного вырабатывать электроэнергию даже при относительно слабом ветре от 4 до 5 м/с. Способность турбины вращаться при слабом ветре характеризуется скоростью запуска.
Когда стоит покупать ветряную мельницу (ветряк)
Неоспоримым фактом является то, что электроэнергия дорожает с каждым годом. Еще 10 лет назад цена была на 70% ниже. Мы приведем приблизительные расчеты и покажем вам, какова будет амортизация ветровой турбины с учетом резкого роста стоимости электроэнергии.
Мы рассмотрим генератор мощностью 2 кВт.
Уже сообщалось, что стоимость такой модели составляет около 200 тысяч. Однако, учитывая все дополнительные расходы, его следует умножить на два. Его стоимость составит не менее 400 тысяч рублей, а срок службы — двадцать лет.
То есть за год она составит 20 тысяч. В этом случае, фактически, за этот год устройство выдаст максимум 900 кВт. Из-за установленного коэффициента мощности (не более пяти процентов для малых ветряных турбин) вы получите около 75 кВт за один месяц.
Например, если для простоты расчета вы получаете 1000 кВт в год, то стоимость 1 кВт/ч, полученного от ветрогенератора, для вас составит 20 рублей. То есть, если увеличить цену на ТЭС, скажем, в четыре раза, то стоимость электроэнергии от одной ветряной турбины должна быть выше.
Использование ветряной турбины может быть оправдано в двух случаях:
- если поблизости нет внешних электросетей или вам не дают к ним подключаться
- у вас есть дизель генератор, но доставить для него топливо нет возможности
Чтобы ветряная турбина стала хорошей альтернативой для получения электроэнергии, необходимо следовать основному принципу. Ветряная турбина должна быть установлена в районе со среднегодовой скоростью ветра не менее 5-6 м/с.
В конечном итоге, энергия, вырабатываемая ветряной мельницей, зависит только от этого:
- скорости ветра
- площади, которую описывают лопасти
Мельница
Мельница — это устройство для тонкого измельчения пластмасс. Измельчение — это процесс измельчения сырья, загруженного в бункер, до размера, указанного потребителем, с целью гомогенизации потока сырья. Измельчение приводит к изменению насыпной плотности за счет уменьшения размера частиц и межзернового пространства.
Фото предоставлено ООО «Мировое оборудование».
Промышленные мельницы для тонкого измельчения пластмасс должны обеспечивать равномерное измельчение материала с минимальным получением порошка (мокрое измельчение), быструю выгрузку полученного материала в автоматическом режиме и возможность контроля степени измельчения. Измельчение твердых полимерных материалов осуществляется путем резки, разламывания, расщепления, распиливания, отбивания, раскалывания, измельчения или комбинацией этих методов в различных сочетаниях.
Выбор шредера зависит от типа полимера, а также от формы и размера продукта, подлежащего измельчению. Независимо от типа воздействия, в полимере создаются внутренние напряжения. Когда эти напряжения достигают предела прочности на разрыв, материал разрушается.
Конструкция и принцип работы мельницы для полимеров
Из-за большого разнообразия типов мельниц для полимеров существуют значительные различия в конструкции отдельных мельниц. Однако можно выделить общие элементы и принцип работы устройств.
Конструкция
Роторные мельницы состоят из двух важных элементов: статора и ротора. Они изготавливаются из инструментальной стали и характеризуются высокой прочностью и износостойкостью. Когда мельница работает, статор неподвижен, а ротор, закрепленный на валу, вращается. Полимерные частицы попадают между ротором и статором со вспомогательными элементами (канавки, бусины), отталкиваются ротором и ударяются о стальные элементы, прикрепленные к корпусу. Более подробно конструкция описана в описании отдельных типов полимерных мельниц.
Корпус производственной мельницы изготовлен из нержавеющей стали и футерован резиной или шашечной плитой. Подкладка представляет собой копию внутренней поверхности с изогнутыми пластинами из резины или жестких материалов. Шаровые мельницы футеруются экранирующими пластинами, а если в примесях не должно быть металлических включений, используются прорезиненные пластины.
Загрузка происходит через специальный бункер, через который материал подается в зону измельчения. В процессе шлифования корпус и другие компоненты могут сильно нагреваться, что оказывает негативное влияние на полимер. Для этого будет предусмотрена внешняя система охлаждения.
Мельница должна быть установлена на земле или на возвышенности. Дополнительное усиление фундамента не требуется. Измельчитель может быть установлен в производственной линии или как отдельная единица.
Принцип работы
Для тонкого и сверхтонкого (коллоидного) измельчения в бункеры подается материал соответствующих фракций. Размер частиц исходного материала составляет 3-25 мм для тонкого измельчения и 0,2-0,1 мм для коллоидного измельчения. При измельчении в выпускных мельницах размерная фракция частиц полимера составляет 1-0,4 мм при тонком измельчении и 0,2-0,1 мм при коллоидном измельчении.
Затем полимерный материал попадает в зону измельчения, где измельчающие элементы измельчают полимер до нужной фракции. При мокром измельчении в корпус устройства также добавляется суспензия или жидкость. Мокрое измельчение позволяет избежать образования пыли, улучшить качество измельчения и повысить однородность гранулометрического состава.
Полученное вторичное сырье калибруется в сепараторах, где оно подвергается воздействию потока воздуха. Измельченные частицы нужной фракции извлекаются из корпуса мельницы и высыпаются в контейнеры для хранения. Более крупные частицы требуют дальнейшего уменьшения размера и возвращаются в рабочую зону.
Классификация
Различные конструкции мельниц используются для получения пылевидного материала (мелких и сверхмелких частиц), который можно классифицировать по следующим параметрам:
-Гибкость и вязкость полимера.
-Гибкость и вязкость вязкость и эластичность материала.
-Тип потребляемой энергии.
Хрупкость и вязкость полимера
Такие свойства, как хрупкость, твердость, вязкость, определяют тип воздействия на материал. Ударные или дробильные мельницы обычно используются для твердых и хрупких полимерных материалов. Твердые и вязкие полимеры чаще всего измельчаются путем дробления или распиливания. Хрупкие полимеры средней твердости могут быть измельчены в ударных, дробильных или размольных мельницах. Вязкие полимеры средней твердости измельчаются путем дробления, распиливания или ударного измельчения.
Сухое и влажное измельчение
Сухие дробилки используются для крупного, среднего и мелкого дробления. Уменьшение тонкого и ультратонкого (коллоидного) размера приводит к получению большого количества порошка. По этой причине его часто готовят путем добавления жидкостей.
При мокром измельчении вода или суспензия пигмента и связующего добавляется в цилиндр, содержащий полимер, подлежащий измельчению. Этот тип измельчения уменьшает образование пыли и позволяет получить материал с однородным размером частиц.
Способ подвода энергии
По затратам энергии все существующие мельницы можно разделить на механические и струйные. В механических мельницах фрагменты измельчаемых полимеров приводятся в движение вращением барабана или вибрацией. В струйных мельницах в качестве движущей силы используется инертный газ, воздух или перегретый пар.
Непрерывность цикла
Измельчение полимеров может происходить как в периодическом, так и в непрерывном режиме. Этот критерий определяется объемом производства, типом полимера и пропорцией производства.
Периодическое измельчение
Шредеры периодического действия обычно используются на малых и средних производствах. Они неэкономичны и неизбежно приводят к повышению затрат на электроэнергию при длительной эксплуатации. Кроме того, в процессе измельчения материал находится в замкнутом пространстве и сильно нагревается. По этой причине не все полимеры подходят для сегментного фрезерования.
При сегментном измельчении материал подается через мельницу только один раз. Производить сырье с узким гранулометрическим составом (с небольшим разбросом минимальных и максимальных фракций частиц) может быть довольно сложно. При прерывистом измельчении в общей массе присутствуют мелкие и мельчайшие частицы, поскольку осуществляется только один проход. Чтобы уменьшить содержание полимера, материал необходимо вручную выгрузить и вернуть в зону измельчения.
Непрерывное измельчение
Мельницы непрерывного действия почти всегда используются для тонкого измельчения. Они работают в замкнутом контуре, что обеспечивает оптимальное качество измельчения. В этом процессе исходный материал нужной фракции непрерывно удаляется из зоны измельчения, а более крупные частицы всегда возвращаются в зону. По соотношению эффективности и энергопотребления выигрывают установки непрерывного цикла.
Плюсы и минусы
Логичнее сравнить ветряную мельницу с ее водяным аналогом. Конструкция на водной основе имеет более длительную историю и не зависит от изменения ветра. Водные течения гораздо более стабильны. Она также может использовать силу приливов и отливов, которая не полностью доступна ветряной турбине. Эти условия означали, что водяные мельницы присутствовали несколько раз в каждом средневековом государстве.
Использование энергии ветра для помола зерна началось позже, как уже упоминалось. Это решение также повлекло за собой значительные дополнительные расходы. Однако в Нидерландах в пятнадцатом веке и особенно в начале семнадцатого века были признаны дополнительные преимущества ветряных мельниц. Они были оснащены лопастными цепями, которые отводили грунтовые воды. Без этих инноваций было бы невозможно развитие большей части Нидерландов в том виде, в котором мы знаем их сегодня.
Более того, ветряная мельница может стоять даже на сухой земле и не быть связанной с водоемом.
Ветряные мельницы популярны в Нидерландах и по другой причине: преобладающие ветры почти постоянно дуют с Атлантики на Балтийское море. По этой причине не возникло особых проблем ни с ориентацией лопастей, ни с применением технологии. Сегодня более логично сравнивать ветряные и водяные мельницы не с точки зрения качества и способности помола зерна, а с точки зрения их пригодности для производства электроэнергии. Нарушается стабильность электроснабжения, увеличивается стоимость электросети, поэтому важно выбрать правильный тип для ваших нужд.
Ветряные электростанции работают с почти бесконечным ресурсом. Пока на Земле сохраняется атмосфера и солнце освещает планету, ветры не прекратятся. Эти устройства не загрязняют окружающую среду, так как не выделяют токсичных веществ, в отличие от дизельных и бензиновых систем. Однако ветряную турбину нельзя назвать полностью экологичной, поскольку она производит много шума и в некоторых странах даже является предметом законодательных ограничений. Наконец, ветряная турбина не может нормально функционировать в сезон перелетных птиц.
В России до сих пор нет ограничений по шуму и календарю. Но они могут возникнуть в любое время. И в любом случае, ветряная электростанция — как современная ветряная турбина, так и классическая ветряная мельница — не должна быть возведена в непосредственной близости от жилого дома. Кроме того, фактическая эффективность определяется сезоном, временем суток, погодой и рельефом местности — все эти факторы оказывают непосредственное влияние на скорость воздушного потока и эффективность его применения.
Обзор типов
Ветряные мельницы мукомольной промышленности работали с 1 или 2 жерновами. Существует два способа поворота против ветра — портальный метод и метод кривой. При портальном методе вся мельница полностью вращалась вокруг дубовой колонны. Эта опора не была симметрична относительно корпуса, а располагалась в центре тяжести. Превращение в ветер требовало много энергии и поэтому было чрезвычайно сложным.
Традиционно портальные мельницы оснащались одноступенчатой механической передачей. Он эффективно вращал более короткий вал. Эстакадная мельница также была основана на методе кранового моста. Более сложным вариантом является роликовая (или голландская) система. Здание имело вращающуюся раму в верхней части, которая поддерживала колесо, и было оснащено двускатной крышей.
Изгиб на ветру был гораздо менее выражен благодаря легкой конструкции. Ветряная мельница могла иметь очень большое поперечное сечение, так как была поднята на большую высоту. В большинстве случаев ветряная мельница была оснащена двухступенчатым редуктором. Промежуточная структура была типа колчеданной мельницы. В нем поворотный круг располагался на высоте 0,5 высоты корпуса, важным подтипом был водоотливной стан.
В прошлом скорость ветряной мельницы ограничивалась мощностью редуктора. Ограничения были связаны с деревянными зубьями колес и цепей. В результате не удалось увеличить коэффициент использования (КПД) энергии ветра. Зубья и сами звездочки были изготовлены из высококачественной сухой древесины. Для этой цели подходили:
Обод колеса главного вала был сделан из березы или вяза. Пластины были изготовлены в два слоя. Внешняя часть обода была аккуратно вырезана, а спицы скреплены шурупами. Те же винты использовались для затягивания ободов. Основное внимание при доработке дизайна было уделено исполнению крыльев.
На старых мельницах сетки крыльев были покрыты холстом. Позже эту же функцию успешно выполняли пиленые доски. Также было установлено, что еловая древесина является лучшим выбором. Первоначально крылья были спроектированы с фиксированным углом крыла 14-15 градусов. Их конструкция была относительно простой, но слишком много энергии ветра уходило впустую.
Благодаря использованию лопасти гребного винта эффективность может быть увеличена на 50 % по сравнению со старой версией. Угол на кончике варьировался от 1 до 10 градусов, а у основания — от 16 до 30 градусов. Одним из более современных вариантов был вариант с полуовальным профилем. К концу эпохи сводчатых мельниц мельницы строились почти исключительно из камня. В некоторых случаях, конечно, система ветряных мельниц была соединена с водяным насосом для орошения земли.
Особенности строительства
При строительстве ветряной мельницы необходимо учитывать некоторые аспекты.
Выбор места
Необходимо учитывать вращение лопастей. Поэтому поблизости не должно быть никаких посторонних зданий или сооружений. Желательно выбрать ровный участок, иначе конструкция может получиться кривой. Участок очищается от всей растительности и других мешающих предметов. Также подумайте о том, как он должен выглядеть со стороны.
Инструменты и материалы
Ветряную мельницу можно построить даже из фанеры, прочного пластика или металла. Никто не запрещает ни ту, ни другую комбинацию. Но и здесь классический подход с использованием деревянных досок, дерева и фанеры подходит как нельзя лучше. Полиэтилен используется для гидроизоляции, а войлок — для крыши. Вам также понадобятся молотки и гвозди, дрели, пилы и другие инструменты для обработки дерева: рубанки, молотки, ведра и щетки.
Фундамент
Несмотря на декоративный характер большинства ветряных мельниц, для их строительства необходимо подготовить фундамент. Нет необходимости выкапывать яму и заливать раствор. Достаточно использовать деревянную конструкцию или облицовку. Обычно структура имеет трапециевидную форму. Внутренняя и внешняя рамы соединены вертикальными стойками, расположенными под определенным углом.
Стены и кровля
При облицовке конструкции обратите внимание на оконные и дверные проемы. Место установки лопастей также имеет решающее значение. Двери устанавливаются с помощью вспомогательных опор. Балки с лопастями могут быть усилены деревом. Они могут быть покрыты любым материалом, обеспечивающим водонепроницаемую поверхность — дерево является наиболее красочным.
Форма крыши выбирается индивидуально. Плоская и прямая крыша так же хороша, как и наклонная. Слой рубероида обеспечивает достаточную гидроизоляцию. Видимая крыша обшита досками или фанерой. Нет необходимости использовать другие варианты декора.
Установка ветрогенератора
Мельница должна быть установлена на сухой, подготовленный пол. При необходимости для обеспечения прочности крепления следует использовать дюбели. Всегда стоит проверять законы и правила, чтобы избежать проблем. В любом случае необходимо также соблюдать рекомендации по электробезопасности и заземлению. Генератор должен быть подключен проводами определенного сечения и с «наружной» изоляцией.
Устройство мельницы
Водяная мельница возникла во втором веке до нашей эры и состояла из трех основных частей: приводного механизма (водяное колесо), передаточного механизма (редуктор) и исполнительного механизма (жернова).
Рядом с рекой, где было установлено водяное колесо (1), было возведено здание (2) для размещения мельничного механизма. На том же валу (3) с водяным колесом было соединено вертикальное зубчатое колесо (4). Он вращал горизонтальное зубчатое колесо (5), которое формировало первую передачу. Зубчатое колесо (5) передавало вращательное движение через общий вал на зубчатое колесо (6), которое вместе со вторым зубчатым колесом приводило во вращение горизонтальное зубчатое колесо (7). Зубчатое колесо (7) и установленный на его валу нижний жернов (8) вращались вместе. Нижний жернов на полу первого этажа скользит по неподвижному верхнему жернову (9), установленному на крыше. На третьем этаже находился бункер (10) для засыпки зерна в жернова. Мешки с зерном (11) поднимались вверх с помощью шкива (12). Молотая мука высыпалась из отверстия нижних жерновов через деревянную трубу (13) в мешки на первом этаже (14). Чтобы закрыть мельницу, приток к водяному колесу был прерван сепаратором (15).
Главное в мельницах их механизмы.
Наклонные крыши делят интерьер на несколько уровней. Связь с крутой, похожей на чердак лестницей осуществляется через люки в потолках. Части механизма могут быть размещены на всех уровнях. Их может быть четыре или пять. Шатровый вал — это прочный вертикальный вал, который проходит через мельницу к «крышке». Он опирается на металлическое основание, прикрепленное к балке, поддерживаемой деревянной рамой. Балку можно перемещать в разных направлениях с помощью клиньев. Это позволяет удерживать вал в вертикальном положении. То же самое относится и к верхней балке, где штифт вала встроен в металлический шарнир.
В нижней балке большая шестерня закреплена на валу кулачковыми зубьями, прикрепленными к внешнему контуру круглого основания шестерни. Во время работы движение большой шестерни передается, увеличенное во много раз, на малую шестерню или шестерню другого вертикального, уже металлического, как правило, вала. Этот вал проходит через нижний неподвижный жернов и упирается в металлический стержень, на котором через вал подвешен верхний подвижный (вращающийся) жернов. Оба жернова имеют деревянную оболочку по бокам и сверху. Жернова расположены на втором уровне мельницы. Балка на первом уровне, на которую опирается небольшой вертикальный вал с маленьким зубчатым колесом, подвешена на металлическом резьбовом штифте и может быть легко поднята или опущена с помощью резьбовой шайбы и ручек. Таким образом, верхний камень поднимается или опускается. Это регулирует тонкость зерна.
От жернова вниз идет наклонный канал, состоящий из полой доски с планкой на конце и двумя металлическими крючками, на которые подвешивается мешок, наполняемый мукой.
Рядом с блоком жерновов находится кран с металлической ручкой-дугой. Это позволяет снять жернова с места для забивки.
Зерновой бункер, прочно прикрепленный к крыше, опускается над жерновом с третьего уровня. Он имеет затвор, с помощью которого можно перекрыть подачу зерна. Он имеет форму пирамиды, срезанной под углом. Под ним подвешено качающееся корыто. Он имеет можжевеловый прут в качестве пружины и штырь, который погружается в отверстие верхнего жернова. В отверстие эксцентрично устанавливается металлическое кольцо. Кольцо также может быть оснащено двумя или тремя наклонными крыльями. Затем он устанавливается симметрично. Штифт и кольцо называются чашей. Проходя через внутреннюю часть втулки, штифт постоянно меняет свое положение и раскачивает диск с боковым подвесом. Это движение толкает зерно в чашу жернова. Оттуда она попадает в щель между камнями, перемалывается в муку, которая поступает в корпус, а оттуда в закрытый диск и мешок.
Зерно засыпается в бункер, встроенный в пол третьего этажа. Мешки с зерном подаются здесь с помощью поворотного устройства и веревки с крюками. Затвор может включаться и выключаться с помощью шкива, установленного на вертикальном валу. Это делается снизу с помощью веревки и рычага. В досках пола имеется люк, который закрывается наклонными двухстворчатыми створками. Мешки, проходящие через люк, открывают заслонки, которые затем произвольно закрываются. Фрезеровщик отключает заслонку, и мешок попадает в люк. Процесс повторяется.
На последней ступени, которая находится на «крышке», устанавливается еще одна маленькая шестеренка с косозубыми кулачками и крепится к вертикальному валу. Он заставляет вращаться вертикальный вал и приводит в движение весь механизм. Однако он приводится в действие большим зубчатым колесом на «горизонтальном» валу. Слово в перевернутой запятой связано с тем, что вал на самом деле наклонен внутренним концом вниз до определенной степени. Штифт этого конца заключен в металлическую подножку деревянной рамы, являющейся основанием крышки. Поднятый конец вала, обращенный наружу, спокойно опирается на «опорный камень», слегка закругленный в верхней части. В этой области в вал врезаются металлические пластины, чтобы защитить его от быстрого трения.
Мельницы с повышенной скоростью движения рабочих органов
Энергоемкость процесса измельчения резко возрастает с увеличением тонкости помола. Относительная прочность частиц увеличивается по мере уменьшения размера частиц, поскольку уменьшается количество участков с определенной структурой. Микротрещины, возникающие в первых циклах нагружения, могут быть закрыты под воздействием молекулярных сил. Этому явлению можно противостоять, используя поверхностно-активные вещества (жидкие мембраны), которые адсорбируются на частицах и проникают в трещины. Эти мембраны проецируют молекулярные силы, которые стремятся закрыть трещины. Эффект самовосстановления частиц может быть уменьшен путем увеличения скорости нагружения и частоты сжимающих усилий, что увеличивает скорость разрушения из-за усталостных эффектов.
Рассмотренный процесс разрушения материала послужил теоретической основой для совершенствования шлифовального оборудования и, в частности, для разработки станков, работающих при более высоких скоростях вращения шлифовального круга. К таким машинам относятся среднескоростные шаровые мельницы, валковые мельницы и роликовые мельницы.
Шаровые кольцевые мельницы
В шаро-кольцевых мельницах (рис. 8), используемых для помола, например, извести, гипса и сухой глины, материал измельчается за счет относительного движения шаров 2 и колец 1 и 8 путем раздавливания и трения. Материал с питателя 6 через канал 7 подается на нижнее кольцо 1, которое приводится во вращение шестерней 10, и под действием центробежных сил поступает в канал с шариками диаметром 195 … 275 мм, которые размещаются в нем. Шарики прижимаются к нижнему кольцу пружинами 3 через верхнее кольцо 8.
Дробленый материал насыпается на наружную кромку нижнего кольца и транспортируется воздушным потоком, который проходит через патрубок 9 со скоростью 20 … 30 м/с в сепаратор 5, где происходит разделение по размеру частиц. Готовый материал выгружается через трубу 4, а материал, подлежащий дальнейшему измельчению, возвращается в мельницу.
Диаметр шаров должен быть 10 …. В 12 раз больше самого большого куска исходного материала.
Рисунок 8. Схема кольцевой бисерной мельницы.
Эффективность работы мельницы зависит от тонкости помола и свойств измельчаемого материала. Это определяется экспериментально.
Валковые мельницы
В валковых мельницах (рис. 9) материал измельчается между диском 2, который вращается электродвигателем через редуктор 1, и валками 4. Ролики установлены на осях, прикрепленных к рычагам 5, которые оттягиваются вниз пружинами 6 так, что ролики прижимаются к диску.
Мельницы этого типа обычно имеют два валка. Когда диск вращается, силы трения заставляют валики вращаться и перекатываться по диску, чтобы измельчить и раздробить материал. Измельченный материал выгружается воздушным потоком
Материал транспортируется в сепаратор воздушным потоком в каналах 3. Валковые мельницы изготавливаются с диаметром диска 0,6 … 1,7 m. Скорость вращения диска составляет не более 3 м/с.
Мельницы ударного действия
В ударных мельницах материал измельчается ударами вращающихся лопастей со скоростью от 30 до 80 м/с и многократными столкновениями частиц с отклоняющими элементами и друг с другом. Эти мельницы используются для крупного дробления мягких пород (гипса, асбеста, угля, глины и т.д.). Здесь жидкие материалы могут быть одновременно измельчены и высушены. Максимальная начальная температура влагопоглотителя может достигать 350 °C, а температура воздушной смеси 50 … 70 °C.
В промышленности строительных материалов используются мельницы с молотками, закрепленными на роторе, и молотки с шарнирной балкой.
Наиболее важным параметром ударных мельниц является диаметр окружности, описываемой молотками.
Рисунок 11: Молотковая мельница с вращающимися молотками
Роторные мельницы представляют собой несколько модифицированные роторные дробилки. На рисунке 11 показана мельница с шарнирными молотками 2, подвешенными к брусьям ротора 3. Материал измельчается под воздействием ударных молотков, многократно ударяющих частицы об экранирующие плиты 4, и трения между молотками и решетками в нижней зоне камеры. Когда ротор вращается, в камере создается отрицательное давление, так что воздух всасывается через каналы 1.
Мельницы для особо тонкого измельчения
Тонкость измельчения материала важна для интенсификации различных технологических процессов. Например, увеличение тонкости помола цемента на 60 % … 70 % позволяет почти вдвое повысить качество цемента и сократить время твердения, что приводит к значительной экономии при производстве цементной продукции. Для сверхтонкого измельчения рациональнее использовать машины, в которых мелющие среды воздействуют на материал с высокой частотой, например, вибрационные мельницы. Высокая частота ударов частиц при высоких абсолютных скоростях может быть достигнута путем перемещения частиц в турбулентных потоках газа, например, в струйных мельницах. Струйные мельницы не имеют движущихся частей, что позволяет использовать износостойкие, но чувствительные материалы (керамика, литой камень и т.д.). Они особенно эффективны, когда риск загрязнения материала частицами металла из-за износа шлифовальных кругов неприемлем.
Вибрационные мельницы
Вибрационные шлифовальные машины могут быть инерционными или роторными. Инерционная мельница (рис. 12) состоит из корпуса 1, в котором дебалансный вал 2 опирается на подшипники 3 и приводится в движение двигателем 4.
Рисунок 12: Инерционная вибрационная мельница
Корпус мельницы поддерживается пружинами 5. При вращении вала корпус мельницы вибрирует вместе с заряженной мелющей средой и материалом с высокой частотой. Это приводит к тому, что мелющая среда сильно ударяется о материал и измельчает его. Во время работы мельницы груз медленно вращается в направлении, противоположном направлению вращения дебалансного вала.
Барабан роторной мельницы приводится в круговое, колебательное движение распределительным валом, на котором он установлен. Эксцентриковый вал мельницы приводится в движение двигателем через муфту и промежуточный вал.
Осциллирующая мельница выделяет большое количество тепла, которое может нагревать корпус и материал до 300°C. По мере увеличения тонкости помола нагрев мельницы значительно возрастает, а эффективность резко снижается.
Мощность, кВт, приводного двигателя вибратора расходуется на передачу колебаний в системе и преодоление силы трения N тр на подшипниках.
Струйные мельницы
По мощности, используемой в струйных мельницах, их можно разделить на воздушные и пароструйные.
На рис. 13 показана противоточная инжекторная мельница. Материал из бункера 2 поступает в дисперсные трубки 4 и 9, захватывается сжатым воздухом, подаваемым через трубки 3 и 10, и подается в камеру измельчения 5. Материал измельчается в результате удара частиц в контрроторах. Отработанный энергоноситель направляется по трубе 5 в сепаратор, соединенный с фланцем 7. Внутренняя поверхность корпуса 6 шлифовальной камеры футерована износостойкими элементами 8. Для проверки и регулировки форсунок предусмотрены люки 1.
Форма помольной установки с противоточной мельницей аналогична установке с вибрационной мельницей, описанной выше. Единственное отличие заключается в том, что сжатый воздух в мельнице подается не вентилятором, а компрессором с давлением (4 … 8) 10 5 Па.
