Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Ветряные мельницы Halladay и Jacobs на американских равнинах - первые ветроэлектрические установки
Количество просмотров: 5506
Комментарии к статье: 5


Ветряные мельницы Halladay и Jacobs на американских равнинах - первые ветроэлектрические установки


С тех пор, как существует человечество, существует и изобретательство. С давних времен человек задумывался, как облегчить свой труд. Многие машины, приборы, сложные агрегаты сейчас уже стали для нас привычными. Но к этому человечество шло века и тысячелетия.

Ветряная мельница

В XVIII веке огромные равнинные пространства, покрывающие всю центральную часть Северной Америки считались непригодными для возделывания почвы. Этот район получил название «Великая американская пустыня».

За дождливыми периодами шли засухи, а солнце и ветер высушивали поверхностную влагу. На равнинах ранние поселенцы с трудом тащили достаточно воды для личных нужд, не говоря уже о выращивании сельскохозяйственных культур или водопое скота. Большая часть воды текла глубоко под землей.

Издавна люди научились использовать энергию воздушных масс: ветер надувал паруса морских и речных судов, вращал лопасти ветряных мельниц. Но европейские ветряные мельницы того времени были непрактичны на американских равнинах. Они были большими, дорогими и требовали постоянного ухода, так как их тканевые паруса приходилось складывать вручную.

США 1949 100 лет штату Миннесота Первые поселенцы Повозка с быком КПД

Конверт первого дня (КПД) "100 лет штату Миннесота. Первые поселенцы. Повозка с быком" (США, 1949 год)

В 1854 году американец Дэниел Халладей (Daniel Halladay), владевший механической мастерской в ​​Новой Англии, разработал ветряную мельницу американского типа.

Она была меньше по размеру, дешевле и ее можно было легко доставить до нужного места и быстро построить.

Ее паруса удерживал против ветра груз, который поднимался медленнее, чтобы уменьшить площадь парусов, когда ветер был слишком быстрым. Традиционные паруса, покрытые тканью, вскоре были заменены деревянными лопастями меньшего размера.

Дэниел Халладей изготовил оригинальную саморегулирующуюся ветряную мельницу (ветряной водяной насос) с одной четырьмя прочными лопастями, установленными на главном валу. Жесткий вал удерживал колесо с лопастями, обращенное к ветру, под углом, чтобы производить наибольшую мощность.

По мере того, как скорость ветра увеличивалась и колесо вращалось быстрее, центробежный регулятор изменял поворот лопастей, чтобы уменьшить их поверхность для ветра, таким образом контролируя их скорость.

При сильном ветре или при выключении мельницы лопасти поворачивались в положение, параллельное ветру, и колесо вообще прекращало вращаться. Эта оригинальная особенность защищала мельницу от повреждений в суровых погодных условиях.

Ветродвигатель Дэниела Халладея

Ветродвигатель Дэниела Халладея (1854 год) — типичная конструкция ветряных мельниц (ветряных насосов), распространенных в конце XIX в.

В сентябре 1854 года первая мельница Halladay была испытана и успешно выкачала воду из колодца глубиной 8,5 м, подняв его на высоту 30 м. Большинство насосов Халладея работали при скорости ветра до 5 м/с, хотя лучшие модели работали при скорости ветра 3 м/с.

Эти новые ветряные насосы идеально подходили для поселенцев на равнинах. Они могли качать воду с большой глубины с постоянной скоростью.

Лопасти таких механизмов могли поворачиваться против преобладающих ветров и хорошо работали как при быстром, так и при медленном ветрах. И в довершение всего, они требовали небольшого обслуживания по сравнению с европейскими ветряными мельницами.

Использование энергии ветра в США в XIX веке

Использование энергии ветра в США в XIX веке

Саморегулирующиеся ветряные мельницы с водяными насосами вскоре стали обычным явлением на равнинах. Поселенцы, фермеры и владельцы ранчо больше не зависели от природной воды, поскольку они могли бурить скважины и качать воду. Ветряные мельницы часто были одним из самых ценных владений поселенца.

Вода, перекачиваемая такими ветродвигателями, использовалась для приготовления пищи, купания, питья, полива сельскохозяйственных культур и животных, стирки одежды и многого другого. Эти машины были простыми, хорошо построенными и надежными.

Ветряная мельница на ранчо в окружении коров

Ветряная мельница на ранчо в окружении коров

На протяжении второй половины девятнадцатого века различные компании экспериментировали с механизмами ветряков, пытаясь улучшить конструкцию Халладея. К 1870-м и 1880-м годам существовали сотни компаний, производящих ветряные мельницы.

К 1872 году проблемы нехватки и хрупкости древесины были решены, поскольку новые ветродвигатели начали изготавливать из стали.

Первая успешная цельнометаллическая ветряная мельница появилась на рынке в 1876 году, но они не были распространены до 1890-х годов. Металлические ветряки имели изогнутые лопасти, что позволяло им улавливать больше ветра, чем плоские деревянные лопасти.

Начиная с ранней ветряной мельницы Халладея, инновации продолжались и в двадцатом веке с появлением моделей Aermotor и Dempster, которые используются до сих пор.

Металлическая ветряная мельница

Металлическая ветряная мельница

В начале XX века компания Aermotor Windmill Company стала крупнейшим производителем ветряных мельниц, основывая свою конструкцию на стальных роторах, прошедших научные испытания и продаваемых по очень низким ценам из-за высокой эффективности производства.

Энергетика в стиле ретро

Энергетика в стиле ретро

Самомасляные мельницы стали популярными в 20-х годах XX века. Эти ветряные мельницы имели закрытый редуктор с масляной ванной, которая смазывала движущиеся части машины при движении.

Это означало, что обслуживание этих мельниц было минимальным. Им требовалась чистка и новое масло примерно раз в год. До этого приходилось регулярно подниматься на башни, чтобы смазывать смазывать все механические части. Когда компании начали создавать самосмазывающиеся мельницы, они часто прекращали выпуск старых стальных моделей.

Компания Elgin Wind Power and Pump из Элгина (штат Иллинойс), представила первый коммерчески успешный самосмазывающийся ветряной насос в Америке в 1912 году.

Другие производители ветряков быстро поняли, что компания Elgin разработала то, за что клиенты готовы платить и в 1921 году компания Dempster Mill Manufacturing Company произвела свою первую самосмазывающуюся ветряную мельницу, быстро став одним из лидеров по их производству.

Реклама самомасляной мельницы Dempster, 1940-е гг.

Реклама самомасляной мельницы Dempster, 1940-е гг.

 

Ветряная мельница Aermotor A702 1930-х годов выпуска

Помимо перекачивания воды, ветряные мельницы также широко использовались для выработки небольшого количества электроэнергии. Первые ветроэлектрические установки изобрели братья Джо и Марселлус Джейкобс из Северной Дакоты.

Они разработали новый тип ветряного насоса, которые позволили их ветряному генератору вращаться со скоростью, способной производить достаточное количество электроэнергии. Первые генераторы братьев были рассчитаны на один кВт и использовались для зарядки аккумуляторных батарей, которые затем снабжали электроэнергией фонари, радио, электрические инструменты и бытовые приборы.

Якобсы рекламировали свое изобретение строчкой: «Ветер! Самая дешевая электроэнергия в мире доступна каждому фермерскому дому». Было продано около 30000 ветряных турбин Jacobs, а также сотни тысяч ветряных турбин других производителей.

На данный момент, Jacobs Wind Electric Co. Inc. считается старейшей компанией в США, из занимающихся возобновляемыми источниками энергии. С середины 1920-х годов компания занимается проектированием потребительских и коммерческих систем возобновляемой энергии.

Ветряная турбина Джейкобса

Ветряная турбина Джейкобса (ок. 1977 года) - результат первых опытов по созданию рабочих конструкций в ветроэнергетике

Со временем ветряные мельницы стали визуальными символами Великих равнин в США. На равнинах высокие конструкции с ветродвигателями часто были самым очевидным признаком цивилизации.

Эти машины использовались повсюду от Америки до Канады, Африки, Азии, Европы. К 1930-м годам только на американском Западе насчитывалось около 600000 ветряных мельниц, используемых на фермах для перекачки воды и выработки электроэнергии. Однако они начали исчезать в 1930-х годах.

Когда электричество из сети стало экономической альтернативой, ветряные мельницы были заменены электронасосами.

Старая мельница Aermotor

Старая мельница Aermotor (1880 года постройки, Южная Дакота, США).

Бизнес ветряных мельниц пошатнулся после Первой мировой войны. Электроэнергия и бензин подешевели, а цены на сельскохозяйственные товары упали. Люди не могли покупать новые ветряные мельницы, и у них были более дешевые альтернативы. К 1960-м годам большинство старых ветряных машин были демонтированы, а часть их была продана в развивающиеся страны по всему миру.

Когда в 1970-х годах цены на электроэнергию резко выросли, люди снова заинтересовались ветряными мельницами. В то время оставалось всего три производителя таких машин: Aermotor, Baker и Dempster. Каждая из этих компаний перешла от производства пары сотен ветряных мельниц в год до нескольких тысяч.

Работающий ветродвигатель в Нидерландах

В 1970-х годах были проведены значительные исследования по превращению ветровой энергии в коммерческий источник электроэнергии.

В то время крупнейшим в мире являлся ветрогенератор мощностью 100 кВт в Плам Брук (штат Огайо), запущенный в работу в сентябре 1975 г.

За один 1975 год в США на исследования в области ветровой энергии затрачено 7 млн. долл. Были созданы в первую очередь две установки по 200 кВт, затем несколько установок по 500 кВт.

Первый промышленный ветрогенератор предназначался для энергоснабжения о. Каттиханк у Нью-Бедфорда, Массачусетс. Он обеспечивал 40—50% энергии, необходимой для 81 дома жителей этого острова. Остальную энергию обеспечивала существующая дизель-электрическая электростанция.

Этот ветрогенератор имел мощность 200 кВт при скорости ветра 45 км/ч. Ротор с тремя неповоротными лопастями длиной по 12 м работал45при постоянном числе оборотов (30 об/мин) и был снабжен пневмотормозом. Генератор — двухфазный на 120/220 В, 60 Гц. Себестоимость энергии этой ветроэлектростанции была ниже, чем у дизельной электростанции.

Наряду с ветрогенераторами с горизонтальной осью исследуются ветрогенераторы с вертикальной осью. Цель исследований: повышение отношения мощности ветрогенератора к его стоимости.

Также в те годы активно совершенствуется методика измерений скорости ветра. Так, был разработан лазерный интерферометр, который по отражению лазерного луча от микроскопических частиц соли или пыли, содержащихся в воздухе, позволяет с высокой точностью измерять скорость ветра без строительства метеорологических башен.

Интерес к промышленной ветроэнергетике рос во всем мире. Так, в сентябре 1976 г. в Кембридже состоялся Международный симпозиум по ветровым электростанциям с участием 200 специалистов из 21 страны.

В наше время современные ветровые турбины стали новым лицом ветроэнергетики, оставив водяные ветряные мельницы нишевым рынком. Сегодня такие механизмы с ветродвигателями продолжают использоваться на сельских ранчо и небольших фермах.

Как современные технологии меняют сельское хозяйство? Наша статья "Инновации для сельского хозяйства: умное будущее" подробно рассматривает этот вопрос и приводит интересные примеры успешной реализации инноваций.

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Ветряная электростанция дома: благо или блажь?
  • Безлопастные турбины - новый вид ветрогенераторов
  • Летающие ветряные электростанции Makani Power
  • 5 необычных конструкций ветрогенераторов
  • Современные ветрогенераторы "готовятся" к приему ветра задолго до его поя ...
  • Ветрогенератор ВЭУ-2000 - вечный двигатель уже создан!
  • Vortex - ветрогенераторы без лопастей, вибрирующая мачта вместо ветряка
  • Ветрогенераторы в России: как выбрать, смонтировать и избежать разочаровани ...
  • Самодельный ветрогенератор и его промышленные аналоги
  • Вертикальные ветрогенераторы с ротором Дарье
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Николай |

    Современная ветряная турбина остается удивительно похожей на своих древних предков - ветряные мельницы, хотя теперь вместо измельчения зерна она преобразует кинетическую энергию ветра в электричество. Современные ветряные турбины могут быть построены с использованием горизонтальной или вертикальной оси. Лопасти современных ветряков напоминают пропеллеры самолетов или вертолетов. Современные ветряные турбины используются для выработки электроэнергии. Таким образом, существуют наземные и морские ветряные электростанции, которые постепенно заменяют электростанции и газовые станции. Ранние проекты ветроэнергетики предусматривали береговые ветряные турбины, построенные на вершинах холмов и гор или в любой обычно ветреной местности. Многие жители считали это бельмом на глазу, портящим природные ландшафты. В настоящее время не менее 127 стран используют энергию ветра для производства электроэнергии. Наземная энергетика по-прежнему доминирует с годовой добычей более 500 гигаватт по сравнению с 30 гигаваттами на море. Китай лидирует в мире по мощности и выработке ветровой энергии, за ним следуют Германия, Индия и США. Ветроэнергетика переживает бурный рост как возобновляемый источник энергии, и ее мощность будет увеличиваться в ближайшие годы по мере ввода в эксплуатацию крупных ветряных электростанций. В последнее десятилетие в Соединенных Штатах наблюдается ежегодный прирост мощности ветровой энергии на 15%, что делает ее крупнейшим источником возобновляемой энергии в стране.

      Комментарии:

    #2 написал: Олег |

    Какие преимущества и недостатки имели ветряные мельницы Halladay и Jacobs по сравнению с современными ветроэлектростанциями и какая у них была мощность?

      Комментарии:

    #3 написал: Андрей Повный |

    Олег, Ветряные мельницы Halladay и Jacobs были одними из первых ветроэнергетических установок, которые использовались для производства энергии в США в XIX веке. Они имели свои преимущества и недостатки по сравнению с современными ветроэлектростанциями.

    Одним из основных преимуществ ветряных мельниц Halladay и Jacobs было то, что они были простыми и надежными устройствами, которые могли работать в условиях низких скоростей ветра. Это было особенно важно для сельского хозяйства, где энергия мельниц использовалась для измельчения зерна и насоса воды. Кроме того, ветряные мельницы были относительно дешевыми в установке и эксплуатации, поскольку они не требовали специальных материалов и технологий для изготовления и сборки.

    Однако у этих мельниц также было несколько недостатков. Во-первых, они имели низкую мощность, которая варьировалась в пределах нескольких киловатт. Это ограничивало их возможности в использовании для производства больших объемов энергии. Во-вторых, ветряные мельницы были чувствительны к направлению ветра и могли останавливаться в случае изменения направления или скорости ветра. Это делало их менее надежными в сравнении с современными ветроэлектростанциями, которые могут использоваться в широком диапазоне скоростей ветра и обеспечивать стабильную мощность в любых условиях.

    В сравнении с современными ветроэлектростанциями, мощность ветряных мельниц Halladay и Jacobs была очень низкой - обычно не превышала нескольких киловатт. В то время как современные ветроэлектростанции могут производить сотни мегаватт электроэнергии, их мощность существенно выше, чем у ветряных мельниц прошлого. 

      Комментарии:

    #4 написал: Сергей |

    Исторически самый мощный из когда-либо построенных до 1980-х годов — ветрогенератор мощностью 1250 кВт в Грэндпа-Ноб (штат Вермонт) работал с 1941 по 1945 г. Он имел ротор диаметром 53,4 м из двух лопастей, весом по 8 т каждая. Затем одна из лопастей поломалась и ее не стали ремонтировать, поскольку к этому времени выявилось, что энергия от обычных тепловых электростанций обходится дешевле.

      Комментарии:

    #5 написал: Павел |

    Широкое применение ветрогенераторов напрямую связано с созданием дешевых устройств для аккумулирования энергии. Самые лучшие методы — создание сверхмощных электроаккумуляторов, топливных элементов, супермаховиков или сверхпроводящих электромагнитов.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.