Мельницы.Конструкция водяной мельницы. - ч.3.

Louis Aston Knight (1873-1948) Водяная мельница

Хлеб - всему голова, гласит народная мудрость, но хлеб не испечешь без муки, а муку не сделаешь без мельницы. Конечно, можно обойтись и без них, как обходятся люди, проживающие в пустынных районах земного шара. Они размалывают зерно ручными жерновами, но это примитивный ручной труд и в развитии своем, эти народы не далеко ушли от первобытных племен. По мере развития промышленности, водяное колесо стали применять не только для переработки зерна, но и в других сооружениях, которые так же назывались мельницами.Так именовались железоделательные, лесопильные, бумагоделательные, текстильные и ряд других предприятий. Водяная мукомольная мельница была одним из первых технических устройств, жизненно необходимых для человека. Получается, что без мельницы не может быть и прогресса в технике и развития человечества. На рисунке изображена конструкция современной мельницы с приводом от подливного колеса 6 бункером 1 для зерна и желобом 2, по которому зерно подается к жерновам 3.Мука попадает в лоток 4 и оттуда ссыпается в мешок 5. Конструкция водяных мельниц за многие века особенно не изменилась. Основные механические элементы остались неизменны. Основным материалом для постройки служила древесина. Из нее строили и амбар и колеса, и валы, и всю прочую снасть По устройству водяные мельницы разделялись на мутовчатые и колесные. Мутовчатые представляли собой прообраз современной турбины. Колесные мельницы бывают двух типов: верхнего и нижнего боя. Устройство водяных мельниц всех типов во многом одинаково. Из бревен рубили амбар. В половине амбара, на высоте плеча, настилали массивный потолок. На нем помещали жернова: нижний - лежак и верхний - бегун. В середине его - отверстие (глазок). Жернова огораживались кожухом. Жерновые камни должны были быть особого свойства. От них требовалась прочность, вязкость и пористость. Часто жернова приходилось везти издалека. В зависимости от водных запасов и силы реки мельницы бывали и с несколькими поставами, то есть при одном амбаре имелось два водяных колеса и два мукомольных агрегата. Строили мельницы без каких-либо чертежей. Вся "техническая документация" находилась у мастеров в памяти. Конечно, за образец брались уже имеющиеся в округе мельницы, но приходилось что-то менять и добавлять новое в виду особенностей местности. Запруда делалась простейшими подручными средствами. Вспахивали участок целины и из дерна выкладывали плотину. Плотные, ровные пласты, которые тянулись на несколько сажень укладывали слой за слоем. Для крепления применяли жерди, колья, связки из хвороста. Зимой в сильные морозы некоторые мельницы временно останавливались. Иногда над колесом делалось укрытие-"тепляк" в виде соломенного шатра, но помогало это мало. Весной, во время половодья плотину могло прорвать и ее возводили заново. Чтобы этого не случилось, плотины снабжали подъемным щитом-затвором, через которую уходили излишки воды. 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». Производительность мельницы зависела от размера камня и скорости его вращения. Жернова брали диаметром от 50 до 120 сантиметров. На маловодных речках ставился небольшой бегун, и вращался он в пределах 60 оборотов в минуту. Река полноводнее могла крутить камень побольше, и совершал он до 150 оборотов. В зависимости от этого один постав размалывал от одного пуда (16 кг) до четырех пудов (64 кг) в час. На некоторых водяных мельницах не только мололи зерно. Здесь работали и крупорушки. Эти машины обдирали просо, гречиху, овес и делали из них крупу. На них же можно было снимать лузгу с подсолнечных зерен, подготовляя их к выжимке масла. Кроме пшеницы, ржи, ячменя, полбы мололи и другие зерновые культуры: горох, просо, крупу гречневую, овсяную, пшено, рожь на солод. Делались и специальные приспособления для толчения кудели, сукновальню для валяния домотканого сукна, чесальный барабан для шерсти. водяная мельница - это один из ранних памятников человеческого знания. Она несет в себе и элементы техники и архитектуры, т.о. является "музеем под открытым небом" причем не в современном индустриальном пейзаже, а расположена в живописнейших уголках природы. И природу эту не загрязняет, являясь экологически чистым производством. Мельницы появились при римлянах. Они строили водяные мельницы с подливными и верхнебойными, или наливными, колесами. Первые приводились в действие импульсом падающей воды, вторые - ее весом. Самые древние приспособления для перемалывания зерна в муку и обдирания его в крупу сохранялись в России 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.

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 кожухом N , который препятствует разбрасыванию зерен. По мере размола, зерна подвигаются действием центробежной силы и напором вновь прибывающих 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 .

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.

John Constable (1776-1837). Мельница Флэтфорда. Вид со шлюза на Стуре

Древние водяные машины-двигатели развились, по-видимому, из поливальных машин чадуфонов, при помощи которых поднимали из реки воду для орошения берегов. За девять столетий до рождения Христа в Китае изобрели водяное колесо- деревянное колесо с лопастями, вращаемое потоком воды. Это была первая машина, работавшая без использования мускульной силы человека, и называлась она чадуфон. С помощью чадуфонов поднимали из реки воду для орошения. Чадуфон представлял собой ряд черпаков, насаженных на обод большого колеса с горизонтальной осью. При повороте колеса нижние черпаки погружались в воду реки, затем поднимались к верхней точке колеса и опрокидывались в желоб.

Сначала такие колеса вращались вручную, но там, где вода бежит по крутому руслу, колесо стали снабжать специальными лопатками. С изобретением водяного колеса человек впервые получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой двигатель. Оставался один шаг до водяной мельницы. Китайцы утверждают, что этот шаг они сделали первыми и изобрели сначала водяную мельницу с горизонтальным колесом, затем придумали колесную зубчатую передачу и повернули водяное колесо в вертикальную плоскость.Но первым водяную мукомольную мельницу с вертикальным колесом и зубчатой передачей описал римский архитектор и механик Витрувий, живший в 1 веке до РХ:
«… на реках ставят колеса… К их ободам прибивают лопасти, которые будучи толкаемы течением реки приводят своим движением колесо во вращение и таким образом, набирая воду черпаками и поднимая ее кверху, доставляют нужное количество воды без помощи топчака, вращаясь от самого напора реки. Таким же способом вертятся водяные мельницы, в которых все то же самое, кроме зубчатого барабана, насаженного на один конец оси. Вертикально поставленный на ребро, он вращается в одной плоскости с колесом. К этому большому барабану примыкает меньший, лежачий, тоже зубчатый с которым соединены жернова. Так зубцы барабана насаженного на ось, толкая зубцы лежачего, приводят жернова во вращение. Из висящего над этой машиной ковша на жернова сыплется зерно, из которого посредством того же вращения получается мука ».

Альбрехт Дюрер. Водяная мельница. 1489. Акварель и гуашь, бумага

Под напором течения колесо вращалось и само черпало воду. Получился простейший насос-автомат, не требующий для своей работы присутствия человека. Изобретение водяного колеса имело огромное значение для истории техники. Впервые человек получил в свое распоряжение надежный, универсальный и очень простой в своем изготовлении двигатель. Вскоре стало очевидным, что движение, создаваемое водяным колесом, можно использовать не только для качания воды, но и для других надобностей, например, для перемалывания зерна. В равнинных местностях скорость течения рек мала для того, чтобы вращать колесо силой удара струи. Для создания нужного напора стали запруживать реку, искусственно поднимать уровень воды и направлять струю по желобу на лопатки колеса.

Однако изобретение двигателя сразу породило другую задачу: каким образом передать движение от водяного колеса тому устройству, которое должно совершать полезную для человека работу? Для этих целей был необходим специальный передаточный механизм, который мог бы не только передавать, но и преобразовывать вращательное движение. Разрешая эту проблему, древние механики опять обратились к идее колеса. Простейшая колесная передача работает следующим образом. Представим себе два колеса с параллельными осями вращения, которые плотно соприкасаются своими ободьями. Если теперь одно из колес начинает вращаться (его называют ведущим), то благодаря трению между ободьями начнет вращаться и другое (ведомое). Причем пути, проходимые точками, лежащими на их ободьях, равны. Это справедливо при всех диаметрах колес.

François Boucher (1703— 1770) .Старая водяная мельница.

Стало быть, большее колесо будет делать по сравнению со связанным с ним меньшим во столько же раз меньше оборотов, во сколько раз его диаметр превышает диаметр последнего. Если мы разделим диаметр одного колеса на диаметр другого, то получим число, которое называется передаточным отношением данной колесной передачи. Представим себе передачу из двух колес, в которой диаметр одного колеса в два раза больше, чем диаметр второго. Если ведомым будет большее колесо, мы можем с помощью этой передачи в два раза увеличить скорость движения, но при этом в два раза уменьшится крутящий момент. Такое сочетание колес будет удобно в том случае, когда важно получить на выходе большую скорость, чем на входе. Если, напротив, ведомым будет меньшее колесо, мы потеряем на выходе в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится в два раза. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение» (например, при подъеме тяжестей). Таким образом, применяя систему из двух колес разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. В реальной практике передаточные колеса с гладким ходом почти не используются, так как сцепления между ними недостаточно жесткие, и колеса проскальзывают. Этот недостаток можно устранить, если вместо гладких колес использовать зубчатые. Первые колесные зубчатые передачи появились около двух тысяч лет назад, однако широкое распространение они получили значительно позже. Дело в том, что нарезка зубьев требует большой точности. Для того чтобы при равномерном вращении одного колеса второе вращалось тоже равномерно, без рывков и остановок, зубцам необходимо придавать особое очертание, при котором взаимное движение колес совершалось бы так, как будто они перемещаются друг по другу без скольжения, тогда зубцы одного колеса будут попадать во впадины другого. Если зазор между зубьями
колес будет слишком велик, они станут ударяться друг о друга и быстро обломаются. Если же зазор слишком мал — зубья врезаются друг в друга и крошатся. Расчет и изготовление зубчатых передач представляли собой сложную задачу для древних механиков, но уже они оценили их удобство. Ведь различные комбинации зубчатых колес, а также их соединение с некоторыми другими передачами давали огромные возможности для преобразования движения. Например, после соединения зубчатого колеса с винтом, получалась червячная передача, передающая вращение из одной плоскости в другую. Применяя конические колеса, можно передать вращение под любым углом к плоскости ведущего колеса. Соединив колесо с зубчатой линейкой, можно преобразовать вращательное движение в поступательное, и наоборот, а присоединив к колесу шатун, получают возвратно-поступательное движение. Для расчета зубчатых передач обычно берут отношение не диаметров колес, а отношение числа зубьев ведущего и ведомого колес. Часто в передаче используется несколько колес. В таком случае передаточное отношение всей передачи будет равно произведению передаточных отношений отдельных пар. Когда все затруднения, связанные с получением и преобразованием движения, были благополучно преодолены, появилась водяная мельница. Впервые ее детальное устройство описано древнеримским механиком и архитектором Витрувием. Мельница в античную эпоху имела три основные составные части, соединенные между собой в единое устройство: 1) двигательный механизм в виде вертикального колеса с лопатками, вращаемого водой; 2) передаточный механизм или трансмиссию в виде второго вертикального зубчатого колеса; второе зубчатое колесо вращало третье горизонтальное зубчатое колесо — шестерню; 3) исполнительный механизм в виде жерновов, верхнего и нижнего, причем верхний жернов был насажен на вертикальный вал шестерни, при помощи которого и приводился в движение. Зерно сыпалось из воронкообразного ковша над верхним жерновом.

Плотина. С. Жуковский, 1909 г.

Создание водяной мельницы считается важной вехой в истории техники. Она стала первой машиной, получившей применение в производстве, своего рода вершиной, которую достигла античная механика, и исходной точкой для технических поисков механики Возрождения. Ее изобретение было первым робким шагом на пути к машинному производству.

***

Жди горя с моря, беды от воды. Вода и мельницу ломает.

Каждый мельник на свою мельницу воду льет.

Когда нет коня, поехать на мельницу на осле — не позор.

Без воды мельница не мелет.

Большая мельница малой водой не вертится.

Вода всю мельницу унесла, а ты спрашиваешь, где желобок.

Вода и мельницу ломает.

Водой мельница стоит, да от воды ж и погибает.

Голова без ума, что мельница без воды.

Денег много - мельницу заведи.

Не мельница, а мутовка. Молоть не мелет, а только воду мутит.

Работающей мельнице некогда замерзать.

Со всякой новой мельницы водяной подать возьмет (т. е. утопит человека).

Ум молодого, что мельница без воды.

Чем больше воды, тем лучше для мельницы.

Несмотря на то, что эпоха земледелия осталась в далеком прошлом, люди вновь стремятся стать ближе к природе и предпочитают обратиться к земле и неиссякаемым природным ресурсам. Зачастую этому способствует современный подход к дачному дизайну, который позволяет существенно расширить поле для фантазии дачников, ценящих неординарные идеи. В связи с этим, ветряные мельницы, ранее устанавливаемые для осуществления помола зерновых культур, то сегодня их используют в качестве элемента декора приусадебной территории или в качестве электрогенератора. А с учетом того, что в сельской местности преобразование энергии ветра в электричество позволит существенно сэкономить семейный бюджет, у многих возникает идея обустройства ветряной мельницы своими руками. Если и вы задались вопросом: «Как сделать ветряную мельницу своими руками?», данная статья, в которой приведено пошаговое руководство по ее обустройству, станет для вас чрезвычайно полезной.

Ветряная мельница: декоративный элемент или практичное сооружение?

Современный дизайн переступил новую ступень своего развития, в связи с чем, каждый владелец загородной территории стремится сделать свой участок как можно более привлекательным. В настоящий момент мало кто оценит по достоинству загородную территорию, если она будет только ухоженной и чистой. В связи с этим, все чаще на даче можно встретить радующие глаз решения в ландшафтной дизайне. В процессе сооружения ветряной мельницы каждый сможет попробовать свои силы в дизайне и строительстве, так как декоративные постройки, в отличие от зданий, можно мастерить даже из самых неожиданных подручных материалов.

Занявшись поиском или самостоятельной разработкой схемы ветряной мельницы, внимательно изучите свой участок и отметьте основные его особенности, возможно, вы сможете эксплуатировать ветряную мельницу не только в качестве декоративной постройки, но и практичного сооружения, например:

Ветряная мельница может использоваться в качестве сооружения, скрывающего такие неприглядные места, как канализационный люк и другие нюансы, нежелательные к обзору посторонних;
Если ветряная мельница будет выполнена из нетяжелых материалов или будет характеризоваться небольшими размерами, она сможет выступить в роли надежного защитного «колпака» для вентилей труб и других значимых инженерных сооружений, нуждающихся в защите от атмосферных осадков;
Если вы уверены в прочности и надежности декоративного сооружения, она сможет прекрасных домиком для детских игр на свежем воздухе, независимо от того, будет ли конструкция ветряной мельницы подразумевать вход внутрь. При этом обратите внимание на устойчивость самодельной постройки;
Мельница, отличительной особенностью которой будут внушительные размеры, может стать прекрасным местом для хранения садового инвентаря, а в том случае, если она изготовлена из камня, она может взять на себя даже функцию мангала;
Еще одна важная особенность ветряной мельницы будет полезна тем, у кого на участке орудуют кроты. Чтобы избавиться от них, соорудите мельницу, оснащенную вращающимися лопастями и ножками, которые необходимо вкопать в грунт на глубину 15-20 см. Вибрация, которая будет исходить во время функционирования сооружения, отгонит непрошеных гостей далеко за пределы участка.

Конструкция ветряной мельницы: дополнительные функции

По мнению специалистов, такое приспособление как ветряная мельница совершенно незаслуженно считается пережитком прошлого. Это обусловлено бурным развитием современных технологий, к разряду которых отнесено популярное инженерное направление - ветроэнергетика, благодаря которому традиционная ветряная мельница превратилась относительно недорогой, но в то же время очень эффективный и экологичный источник энергии, получивший название ветрогенератор.

Энергии, генерируемой такой модифицированной ветряной мельницы, мощность которой колеблется в пределах 10 КВт, будет достаточно для полноценного отопления и горячего водоснабжения загородного коттеджа. Конечно же, необходимо ответить, что мельницы, использующиеся для преобразования энергии ветра в тепловую энергию, сооружаются в соответствии с более сложными схемами, однако факт использования ветряной мельницы в роли генератора пророчит ей большое будущее. По мере развития популярного направления - ветроэнергетики, модели ветряных мельниц не перестают модернизироваться и усовершенствоваться, но азы их конструкции остаются неизменными - как и в далекой древности, ветряные мельницы представляют собой ротор, расположенный в горизонтальном направлении, и несколько крыльев четырехугольной формы. Единственное отличие современных модификаций от первоначальных конструкций заключается в материалах, использующихся для их сооружения.

Ветряная мельница фото

Изготовление ветряной мельницы: необходимые материалы и инструменты

Материалы для изготовления ветряной мельницы

В настоящее время богатый строительный рынок практически не ограничивает ваши возможности в выборе строительных материалов, из которых можно изготовить ветряную мельницу. Вы можете остановить свой выбор на пластике, фанере, дереве, диком камне или кирпиче. Но мы, сразу условимся, что в нашей статье мы описываем изготовление деревянной мельницы, поэтому в качестве основного материала выберем дерево. Если вы планируете использовать декоративную ветряную мельницу как детский домик для летних игр, позаботьтесь о том, чтоб ее конструкция подразумевала возможность входа внутрь сооружения, а также обеспечьте ее абсолютную устойчивость и безопасность, которая исключит переворачивание мельницы в процессе работы ее лопастей. Поэтому, в данном случае, конструкция самодельной ветряной мельницы должна подразумевать наличие прочного основания, для изготовления которого можно использовать бетон или бревна.

Также подготовьте строительные материалы для сооружения крыши ветряной мельницы. Для этих целей можно выбрать фанеру, доски или ондулин. Для повышения декоративных свойств мельницы вы можете приобрести конек. Не забывайте и про лак и олифу, которые необходимы для защиты деревянных материалов, из которых изготовлена мельница, от агрессивных воздействий внешней среды, например, от избыточной влаги, сухости или агрессивных биологических агентов.

Итак, подготовьте следующие материалы:

Остатки толстой фанеры или ДСП;
Деревянная вагонка (В данном случае, подойдете евровагонка класса С, выбор которой обусловлен ее более низкой стоимостью). Используемая нами конструкция ветряной мельницы подразумевает применение 10 панелей, длина которых составляет 1,5 метра;
Тонкие рейки с сечением 20x40 мм;
Тонкие деревянные рейки, называемые раскладками, которые понадобятся для изготовления лопастей;
Уголки из дерева, необходимые для облагораживания всех стыков и повышения декоративных свойств готовой ветряной мельницы;
Метизы (гвозди небольших размеров и шурупы);
Олифа или лак для дерева (мы отдали предпочтение алкидному быстросохнущему лаку);
Пара шайб, длинный болт и гайки в количестве 5 штук.

Инструменты для изготовления ветряной мельницы

Также приготовьте следующие инструменты из предложенного списка, так как без них вы не справитесь с изготовлением привлекательной ветряной мельницы из дерева.

Список представлен ниже:

Электрический станок, при отсутствии которого вы сможете обойтись ножовкой или пилой;
Электрическая дрель и шуруповерт;
Электрический рубанок и шлифовальная машинка;
Молоток и пара кистей;
Рулетка;
Наждачная бумага для зачистки поверхности.

Выбор территории для установки ветряной мельницы: основные правила

Если вы подготовили все необходимые материалы и инструменты, займитесь выбором территории, наиболее подходящей для установки ветряной мельницы. Идеальной местностью для ее установки станет открытое пространство, где отсутствуют даже малейшие преграды для ветра. Это обусловит нахождение лопастей ветряной мельницы в постоянном движении.

Определившись с местом расположением постройки, произведите уборку территории, освободив ее от лишней растительности, после чего разровняйте землю и приступите к закладке фундамента или, так называемой, платформы. Перед этим, по мнению специалистов, для удобства изготовления конструкцию мельницы желательно разделить на три основные части: нижнюю, среднюю и верхнюю, изготовив которые по отдельности, впоследствии их соединяют в единую конструкцию. Предварительно определитесь со средними размерами постройки: мельница стандартных размеров представляет собой конструкцию в форме равнобедренной трапеции со сторонами следующих размеров:

Большое основание характеризуется размерами: 1,5 - 2 м;
Высота постройки от основания до крыши: до 2 м;
Размер малого основания составляет: 1,2- 1,3 м.

Этапы изготовления ветряной мельницы

Как говорилось выше, процесс изготовления ветряной мельницы начинается с изготовления платформы или основания. Чтобы изготовить основание, используя электролобзик, из фанеры или остатков ДСП выпиливают два квадрата, один из которых характеризуется стороной, равной 40 см, а другой - 30 см. Данный размер вы можете регулировать в соответствии со своими предпочтениями. Вырезав заготовки будущего основания, определитесь с их центральными точками, которые можно найти путем проведения пересекающихся диагоналей, и просверлите в них отверстия.

Следующий шаг заключается в сборке каркаса ветряной мельницы. Для этого отрезают рейку длиной 50-60 см, которая равна высоте нижней трапециевидной части каркаса. Длина рейки также является вариабельным параметром. Отверстия, проделанные в центральной части квадратов, используются для установления провизорной (временной) рейки, которую прикрепляют с помощью саморезов, и изготовления каркаса. Рейка в данном случае носит вспомогательную роль, в связи с чем, после изготовления основного каркаса ее удаляют. Установив вспомогательную рейку, приступают к сборке основного каркаса. Для этого по четырем углам заготовке закрепляют заранее подготовленные и отрезанные по размерам рейки, которые крепят с использованием саморезов. После скрепления убирают вспомогательную рейку. В результате мы изготовили каркас или платформу нижней части ветряной мельницы.

Важно! Чтобы избежать возможных перекосов при изготовлении основания, используйте заранее подготовленную рулетку и постоянно проверяйте диагональные размеры конструкции.

Если вы решили установить мельницу на траве или грунте, предусмотрите возникновение возможных проблем, связанных с намоканием деревянного основания. Чтобы продлить долговечность конструкции и увеличить ее мобильность, предлагаем вам прикрепить к основанию ножки в количестве 4-х штук.

Предлагаем обратить внимание на интересную идею, суть которой заключается в изготовлении ножек из ПВХ трубы, диаметр которой выбирается в произвольном порядке. Помимо трубы понадобятся 4 бруска, диаметр которых позволит им прочно войти в трубу. Брусья прикрепляют к основанию с помощью саморезов к внутренним углам платформы.

Важно! Ножки, прикрепляемые к платформе, должны быть одинаковой высоты, что позволит избежать перекосов готовой конструкции. Чтобы проверить их высоту, используйте строительный уровень.

Далее приступают к изготовлению верхней части. Из остатков ДСП или фанеры вырезают два одинаковых равнобедренных треугольника, длины сторон и высота которых определяются в произвольном порядке. Их скрепляют между собой с помощью отрезков реек, которые крепятся саморезами. Готовый каркас верхней части на данном этапе не рекомендуется прикреплять к нижней, так как впоследствии это затруднит обшивку конструкции вагонкой.

Следующий этап изготовления мельницы - обшивка нижней части каркаса деревянной вагонкой. В этом нет ничего сложного, так как вся суть этапа заключается в подготовке заготовок вагонки необходимой длины, установки их в нужном месте, после чего необходимо просверлить необходимое количество отверстий в каркасе и прикрепить вагонку.

При этом углы, скорее всего, не получатся идеально ровными, но в этом нет ничего страшного, так как впоследствии все неровности скроются деревянными уголками. После того, как вы завершите обивку нижней части каркаса, можете приступать к прикреплению верхней треугольной части мельницы к нижней с помощью саморезов и, в последующем, перейти к ее обшивке вагонкой.

При обшивке верхней треугольной части, располагайте вагонку в вертикальном направлении, что, на наш взгляд, смотрится более эстетично. Завершив отделку, с помощью электрического лобзика вы можете вырезать декоративную дверь и окна, после чего переходите к изготовлению основы для установки лопастей.

Установка оси для лопастей также не представляет сложностей. Для этого в верхней части просверливают отверстие и устанавливают длинный болт, подложив при этом две шайбы для упрочнения конструкции, и фиксируют гайкой. Изготовив ось для лопастей, переходят к обшивке крыши ветряной мельницы деревянной вагонкой, и заключительной маскировке неровностей с помощью деревянных уголков с последующей шлифовкой конструкции наждачной бумагой.

Следующий этап изготовления - изготовление лопастей, с последующей их установкой. Для их изготовления используют деревянные рейки-раскладки. Их форма и внешний вид могут быть произвольными и зависят только от фантазии мастера. Крепление лопастей между собой осуществляют с помощью мелких гвоздиков. Скрепив лопасти между собой, в центре их пересечения сверлят отверстие и устанавливают на ось, фиксацию которых осуществляют с двух сторон с помощью пары гаек. Лопасти ветряной мельницы не следует делать чрезмерно тяжелыми. В идеале они должны отклоняться по оси и по типу традиционного вентилятора захватывать ветер.

Кровля крыши - еще один неотъемлемый этап изготовления ветряной мельницы. Для кровли можно использовать ондулин, который укладывают на обшитый каркас крыши в виде черепицы.

Вот и все, конструкция мельницы готова. Осталось дело за малым - покрыть мельницу лаком и выбрать место для ее установки. Все деревянные элементы мельницы покрывают олифой и лаком.

Установка ветряной мельницы как заключительный этап изготовления

После высыхания лака декоративную мельницу устанавливают на участке. Несмотря на то, что наша конструкция защищена от чрезмерного контакта с землей и избыточной влажности, конструкцию желательно оградить от лишнего контакта с ними. Для этого установку мельницы желательно осуществлять на бетонную основу или другой материал, который предупредит проведение влаги из почвы, например, им может стать декоративный камень или плитка для мощения. Такая мельница будет уместной в любом саду и придется по вкусу даже самому капризному владельцу загородной территории. Что касается ландшафтного дизайна территории, то декоративная мельница будет оптимально смотреться на территории, засаженной зеленым газоном или рядом с расположенными неподалеку разноцветными миксбордерами.

Оригинальной идеей оформления ветряной мельницы является установка подсветки. Рядом с дверцей или окошками мельницы можно установить несколько точечных светильников, к которым необходимо провести электрическую проводку. Отдав предпочтение данному варианту, вы превратите декоративную мельницу в источник освещения в темное время суток.

Как вы уже поняли, существует множество вариантов изготовления ветряной мельницы, которая может быть не только декоративным элементом сада, но и чрезвычайно функциональной постройкой, необходимой на территории загородного участка. Мы рассмотрели наиболее распространенный и простой вариант устройства ветряной мельницы, основываясь на котором, умелый мастер сможет изготовить постройку по своему вкусу.

Ветряные мельницы видео

Мельницы.Ветряные мельницы, история, типы и конструкции. - ч.5.

Морской вид с ветряной мельницей на берегу

Ветряная мельница — аэродинамический механизм, который выполняет механическую работу за счёт энергии ветра, улавливаемой крыльями мельницы. Наиболее известным применением ветряных мельниц является их использование для помола муки.На протяжении долгого времени ветряные мельницы, наряду с водяными мельницами, были единственными машинами, которые использовало человечество. Поэтому применение этих механизмов было различным: в качестве мукомольной мельницы, для обработки материалов (лесопилка) и в качестве насосной или водоподъемной станции.С развитием в XIX в. паровых машин использование мельниц постепенно стало сокращаться.«Классическая» ветряная мельница с горизонтальным ротором и удлиненными четырёхугольными крыльями является широко распространенным элементом пейзажа в Европе, в ветреных равнинных северных регионах, а также на побережье Средиземного моря. Для Азии характерны другие конструкции с вертикальным размещением ротора.Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чём свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 до н. э.). Описание орга́на, приводившегося в действие ветряной мельницей, — первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н. э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связаны с осью, мельница не будет вращаться.Ещё один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк.

Китайская мельница .

Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса. Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии.В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру.

Брейгель Старший. Ян (Бархатный) Пейзаж с ветряной мельницей

Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей в XIX веке. Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками, а ветряные — в равнинных ветреных местностях . Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, таким образом стимулируя технический прогресс и конкуренцию. В конце XVI века в Нидерландах появились мельницы, у которых навстречу ветру поворачивалась только башня. До конца XVIII века ветряные мельницы были в огромном количестве распространены по всей Европе — там, где ветер был достаточно силен. Средневековая иконография ясно показывает их распространенность.

Ян Брейгель Старший, Йос де Момпер.Жизнь в поле .Prado Museum (справа в верхней части картины за полем ветряная мельница).

В основном они были распространены в ветреных северных областях Европы, в значительной части Франции, Нижних Землях, где в прибрежных районах некогда имелось 10 000 ветряных мельниц, Великобритании, Польше, Прибалтике, Северной России и Скандинавии. В других европейских регионах было всего несколько ветряных мельниц. В странах Южной Европы (Испания, Португалия, Франция, Италия, Балканы, Греция), строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией. Когда в XIX веке произошел общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьёзный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошел единовременный рост числа мельниц.

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.

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).

Принципиальная схема мельницы столбовки .

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.

Jan van Goyen . Ветряная мельница у реки (вот типичная столбовка или козловка).

Jan van Goyen Сцена на льду возле Дордрехта (еще одна столбовка - козловка вдали на возвышенности у канала).

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.

Salomon van Ruysdael Вид на Deventer с северо-запада .(тут можно разглядеть и шатровку, и столбовки).

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.

Claude-Joseph Vernet Строительство большой дороги.

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.

Willem van Drielenburgh Пейзаж с видом Дордрехта (шатровки...)

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.

Abraham van Beveren (1620-1690) Морская сцена

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.

Швейкхардт, Генрих Вильгельм (1746 Хамм, Вестфалия - 1797 Лондон) Забавы на замерзшем канале

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.

Corot, Jean-Baptiste Camille Ветряная мельница.

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.

Брейгель Старший. Ян (Бархатный).Четыре ветряные мельницы

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.

Bout, Pieter Деревенская площадь

Разрумянилось солнце под вечер.
Над рекою туман уже стелется.
Приутих безобразник ветер,
Только хлопает крыльями мельница.

Деревянная, чёрная, старая -
Ни на что ни кому не годная,
От забот, от хлопот усталая,
И, как ветер в поле свободная.

Весьма советуем с ним познакомиться. Там Вы найдете много новых друзей. Кроме того, это наиболее быстрый и действенный способ связаться с администраторами проекта. Продолжает работать раздел Обновления антивирусов - всегда актуальные бесплатные обновления для Dr Web и NOD. Не успели что-то прочитать? Полное содержание бегущей строки можно найти по этой ссылке .

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.

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

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

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.

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.

До работы крылья мельницы следует повернуть навстречу ветру. Для этого имеется рычаг с подкосами - "водило".

Мельница, пожалуй, древнейший из известных механизмов. Мукомольные мельницы точно применялись в Нововавилонском царстве (это конец II – начало I тысячелетия до н.э.), а немного позже оригинальные ветряные мельницы были изобретены в Китае (см. далее). Мельница способна оживить и украсить самый унылый пейзаж, а ее декоративная модель придаст особую прелесть и совсем маленькому приусадебному участку, см. рис. ниже. Делается декоративная мельница своими руками без серьезных затруднений, но ее эстетический эффект часто оказывается много меньше ожидаемого. И дело тут не в качестве работы мастера – это как раз тот случай, когда эстетика почти полностью определяется видом технической реализации. О чем и написана эта статья.

В чем загвоздка?

Декоративная мельница дает эстетический эффект по след. причинам (в порядке возрастания его величины и убывания очевидности):

Память тысячелетий. Это не метафора. За свою историю мельница обросла толстой культурной оболочкой, вызывающей у мало-мальски подготовленного зрителя многочисленные ассоциации. Один Дон Кихот чего стоит. Заставил бы его Сервантес воевать с курятником – и мы увидели бы в нем неизъяснимую романтику.
Мельница технически может быть реализована только в монументальном архитектурном сооружении, причем для технически совершенной мельницы оно должно быть изысканной формы, диктуемой аэродинамикой.
Главный секрет эстетики мельницы кроется в динамике, во вращении ротора. Вода краса природы потому, что по естеству своему подвижна. Мельница оживит и украсит самые, простите, похабные задворки потому что машет крыльями.

Примечание: китайская вертикальная ветряная мельница (см. рис. справа) не требует для противодействия напору ветра капитальной опоры. К подобной конструкции приходили и другие народы древности, но у них не было такого незаменимого в те времена материала как бамбук. В Японии бамбука предостаточно, но в избытке и мелких быстрых водных потоков, пригодных для устройства более простой, долговечной и постоянно действующей водяной мельницы нижнего боя (см. далее и, возможно, «Семь самураев» Куросавы). Поэтому безбашенные вертикальные ветряные мельницы применялись только в Древнем Китае и отчасти в Индокитае.

Техника производственная и декоративная

Для производственной мельницы определяющее значение имеет ее коэффициент использования ветра (КИВ), аналог КПД. Параметра чувствительности к ветру (ЧВ) или потоку (ЧП) в спецификациях «настоящих больших» мельниц не ищите – он там просто не нужен. ЧП/ЧВ это минимальная скорость потока, набегающего на ротор (колесо) мельницы, при котором он начинает вращаться без нагрузки, свободно, сам по себе. Но ведь промышленная мельница должна приводить в движение производственное оборудование. К примеру, ротор ветряной мельницы диаметром 12 м на ветру 8 м/с развивает мощность на валу ок. 10 кВт. Если скорость ветра упадет вдвое, до 4 м/с, мощность на валу упадет вдесятеро, до прим. 1 кВт, и зависит это от свойств потока воздуха. Чуть ветер ослаб еще – и колесо просто не провернет жернов, не толкнет пилу или поршень насоса. И к чему тогда ЧП/ЧВ? Нужно добиваться наибольшего КИВ.

Декоративная мельница для сада, дачи, приусадебного участка – пример противоположности. У ее ротора нет механической нагрузки, кроме трения в узле вращения (см. далее), и КИВ для мельницы – забавы и украшения – параметр третьестепенный. Зато, если легкий ветерок приятно холодит лицо, листва под ним трепещет и скатерть стола под навесом колышется, а мельница стоит, ее эстетический эффект умаляется или даже обращается в отрицательный. Поэтому для декоративной мельницы главный параметр – ЧВ/ЧП; ее колесо должно хорошо крутиться при ветре 2-2,5 м/с или скорости потока воды от 0,25-0,3 м/с. Вариант мельницы с микромотором, вращающим колесо, определенно неэстетичен: ветряная мельница должна крутиться сообразно скорости и направлению ветра, а у водяной должна быть видна естественная причина вращения колеса.

Примечание: если водяная декоративная мельница верхнего боя (см. далее), ее колесо должно вращаться, когда вода буквально сочится по каплям из желоба.

При постройке декоративной мельницы дело упрощается тем, что отбора мощности в вала ротора нет, а минимизировать трение в его узле вращения современным техническими средствами несложно и недорого. Но для ветряной мельницы много усложняется тем, что с пропорциональным (линейным) уменьшением размеров ротора ометаемая им площадь падает по квадрату. А еще более осложняется тем, что у самой земли (подстилающей поверхности) поток воздуха сильно скошен и турбулизирован, в результате чего величина несомой единицей его объема энергии падает в десятки раз; тут может выручить только использование начал аэродинамики. Для водяной мельницы эти закономерности выражены слабее, но все же имеют место, так что и гидродинамикой нельзя пренебрегать.

Какую делать?

Декоративная ветряная мельница по эстетике и в статике превосходит водяную (см. рис.), а в динамике превосходит ее многократно просто потому, что зримого движения в ней больше. Построить декоративную модель ветряной мельницы в общем проще, чем водяной, но действовать она будет только при ветре; мельница-вентилятор с моторчиком по эстетике не вариант, см. выше.

Декоративные мельницы — водяная и ветряная

Водяная мельница – украшение участка – будет энергонезависимой только если его зона отдыха на уклоне (что уже неудобно) и там есть естественный источник или поток воды (ключ, родник, ручей, слева на рис.), что вообще маловероятно. В противном случае вам придется самому сделать уклон, соорудить искусственный водоем с ручейком (каскадом, фонтаном) и расходовать электричество на перекачку воды; об украшении водяной мельницей альпийской горки с ручейком см. ролик:

Видео: пример декоративной водяной мельницы

Зато, во-первых, эстетический эффект декоративной водяной мельницы почти не зависит от погоды, лишь бы температура была плюсовая, а в жару мельница будет освежать воздух; правда, при этом возрастет расход воды на испарение. В целом же эстетика водного потока с мельницей может существенно превосходить таковую ветряной мельницы, но и трудов/расходов это будет стоить много больших.

Ветряная

По указанным причинам для украшения зон отдыха личных хозяйств используют чаще всего ветряные мельницы, готовые покупные (недешево, кстати) или самодельные, см. след. рис. Но в том и другом случае оказывается, что эстетический эффект мельницы на своей земле много меньше ожидаемого или видимого в рекламном проспекте. Причина указана выше – низкая ЧВ/ЧП мельницы. Чтобы ее повысить, придется вначале обратиться к вещам сугубо прозаическим.

Примечание: примеры украшения сада ветряными мельницами см. в сюжете ниже:

Видео: 30 примеров декора сада ветряными мельницами

Аэродинамика

Из сказанного выше ясно также, что главная причина, мешающая повысить ЧВ декоративной ветряной мельницы, кроется в свойствах приземного потока воздуха. Изменить их не в состоянии, но использовать в полной мере можем.

Способ до некоторой степени компенсировать скос набегающего потока строители «настоящих больших» ветряных мельниц изобрели давно – это обратный ему скос оси вращения ротора, поз. 1 и 2 на рис.:

В больших мельницах его берут в пределах 2-12 градусов в зависимости от условий местности. Для малой декоративной мельницы, тем более что стоять она будет не на гладком голом камне, лучше придерживаться пределов 8-12 градусов. Меньшее значение – для мельницы высотой 1,5-1,7 м; большее – для ее высоты 40-50 см; промежуточные вычисляются линейной интерполяцией (пропорциональным делением). Углу скоса 12 градусов соответствует наклон оси ротора прим. на 1/4 ее длины; 8 градусам – прим. на 1/7. Точно несложно просчитать по тангенсу. Т.е., если, напр., длина оси ротора 50 см, а необходимый угол его скоса 10 градусов, то берем: tg10 grad = 0,176. 1/0,176 = 5,6. 50/5,6 = 8,9, т.е. передний (встречный потоку) конец оси ротора нужно приподнять на 9 см и соотв. образом сделать узел его вращения, см. далее.

Набегающий поток воздуха скошен не только по направлению, но и по скорости (см. опять поз. 1 на рис.); собственно, вторым и обусловлено первое. Устранить скоростной скос потока мы не можем, но его усугубляет отражение ветра от строения (корпуса, башни) мельницы. Поэтому башни ветряных мельниц издавна делают гранеными (см. рис. справа) или круглыми, т.е. обтекаемыми в горизонтальной плоскости; пренебрегать этим условием для малых декоративных мельниц не следует, т.к. отражение потока ЧВ снижает еще больше, чем КИВ.

Затем, колесо ветряной мельницы ни в коем случае не пропеллер самолета или ротор быстроходного ветроагрегата. Ветряная мельница – тихоходный ветряк, т.е. линейная скорость концов лопастей ее ротора сопоставима или меньше скорости набегающего потока. Поэтому их аэродинамика проста и тяга лопасти определяется почти нацело разностью давлений на ее лобовой (передней, наветренной) и задней (теневой) сторонах (плоскостях), поз. 3 на пред. рис.

Примечание: кто знаком с аэродинамикой не понаслышке – в расчетах ротора ветряной мельницы за характерный физический размер в числе Рейнольдса Re берется поперечник (ширина) лопасти.

Отсюда следует благоприятное для строителей ветряных мельниц обстоятельство: тщательно сглаживать и профилировать лопасти тихоходного ветряка нет нужды. Во-первых, гладкая обшивка лопастей необходима только на их лобовой плоскости (поз. 4), а теневая может быть какой угодно, это упрощает конструкцию (набор) лопастей и изготовление ротора. Во-вторых, лопасти желательно изогнуть навстречу потоку, но мельницу это лишит значительной части эстетики – настоящие-то мельницы с корытообразными лопастями не строились. С поперечно изогнутыми лопастями можно, не заботясь об эстетике, соорудить из бутылок ветряк-трещотку от крота на участке, см. видео:

Видео: изготовление лопастей из пластиковой бутылки

Примечание: мах на поз. 4 это не физик Эрнст Мах и не число его имени, а лонжерон (главный несущий стержень) лопасти. Иглицы – нервюры, ну, а кромки, передняя и задняя, они так и есть кромки.

Полуобтекание

Лопасти старинных ветряных мельниц делались с постоянным по размаху зауголиванием на 14-15 градусов (равнозначный, но неоднозначный термин – заклинение), но «почти нацело» выше также можно использовать для повышения ЧВ мельницы (и КИВ производственной), т.к. зачаточная круговая циркуляция есть и у самого тихоходного ветряка. А именно: придать лопасти некоторую винтовую крутку по размаху, т.е. различные углы установки у корня и на конце, и несколько заузить крыло лопасти у корня, чего требует то самое вредное Re.

Однако результатом бездумного пропорционального уменьшения лопастей ротора совершенной шатровой мельницы (см. далее), вроде тех, что на рис. справа, оказывается мельница, очень плохо чувствующая ветер. Аэродинамика тонкая штука. К примеру, первые опытные экземпляры легендарного МИГ-25 разбились, погибли опытные летчики-испытатели – о катапультировании на скорости 2,5М тогда никто и помыслить не смел. Если бы эта машина не опережала тогдашнюю авиацию на эпоху, ее бы не пустили в серию. Но – довели все-таки, полетела как надо. А пришлось всего-то сдвинуть на 140 мм ось вращения стабилизатора.

Но вернемся в тему. Развертка крыла полуобтекаемой лопасти ветряной мини-мельницы, работающей в сильно скошенном и турбулизированном приземном потоке, и установочные углы для нее даны на рис.:

Указанные линейные размеры минимальные; их можно пропорционально увеличить втрое, а недостающие брать с чертежа, он в масштабе. Т. е., с таким ротором можно делать мельницы от мини-настольной (см. далее) до большой, почти в рост человека. В шатер можно и встроить мини-генератор со стабилизатором напряжения для подзарядки мобильника – избыток мощности на валу будет 20-30 Вт. Старины мельницы от этого не убудет, т.к. электроника внутри и не видна. Махи лопастей – из круглого стержня (лучше деревянного) диаметром 12-40 мм; иглицы крепятся и фиксируются на углы установки растяжками из жесткой проволоки. Обшивка – любая; «для старины» лучше реечная либо из драни или шпона.

Примечание: мельничные ветроколеса с полуобтекаемыми лопастями имеют достоинство и для производства, и для эстетики – с повышением скорости ветра возрастает роль круговой циркуляции воздуха в плоскости вращения ротора и скорость его вращения стабилизируется, т.е. ротор не станет крутиться как бешеный, что некрасиво, а для большой мельницы и опасно.

Мини-мельницы с закрылками

Декоративная ветряная мини-мельница уместна на даче по совсем неэстетичной причине – чтобы ее, простите, не стырили в отсутствие хозяев. Лопасти роторов мини-мельниц делают чаще всего цельнодеревянными, см. рис., разве что мастер – опытный авиамоделист.

Но сделать круглую или граненую башню мельницы «под старину» сложновато будет и ему, а хорошая ЧВ необходима и здесь. Выход из положения нашли также еще мастера старого времени по большим мельницам из мест, бедных стабильными ветрами достаточной силы: сделать в лопастях ближе к их задней (сбегающей) кромке продольные прорези, поз. 2 на рис. Уже когда самолеты хорошо полетели, оказалось, что эти щели работают как закрылки. Если вы не поленитесь и придадите цельным лопастям мини-мельницы хотя бы примитивную профилировку (поз. 3; плоская сторона теневая), то мельничка высотой 30 см и с колесом диаметром 20-25 см на хорошем узле вращения (см. далее) закрутится и при ветре в 2-2,5 м/с, а более слабый уже и не чувствуется.

Примечание: минимальные размеры настольной декоративной мини-мельницы даны на рис.:

Чего не надо

В технике есть общий принцип, нашедший отражение и в законах Мэрфи: прежде чем что-то улучшать, подумай, как бы там чего не напортить. Итак, по итогам вводно-теоретической части посмотрим, как не надо делать декоративную ветряную мельницу. Имея при этом в виду и эстетическую сторону дела.

Изделие на поз. 1 рис. – сборище всех недочетов: грубая поделка, а те три рогульки, что торчат из нее, назвать лопастями никак невозможно. Автор(ы) мельницы на поз. 2, вероятно, взяли за прототип мельницу с парусным ротором (см. далее), не зная о ее непригодности в данном качестве для малой декоративной. Кроме того, в парусном роторе должно быть не менее 8-ми лопастей, иначе он будет вовсе неэффективным.

Прототип мельницы на поз. 3, скорее всего, музейная на поз. 4. Но набор ее лопастей обнажен, дабы уберечь экспонат от поломки сильным ветром. Обшивка лопастей совершенных шатровых мельниц была съемной; набор лопастей покрывался ею частично или полностью сообразно силе ветра и потребности в мощности на валу, см. рис. справа.

Имея в виду необходимость для декоративной мельницы максимальной ЧВ, лопасти не мешало бы зашить полностью тканью, чтобы набор просвечивал. Это только придало бы мельнице респекта и зрелищности, т.к. лопасти лучших мельниц прошлого обтягивались парусиной, сквозь которую набор тоже проглядывал.

В мельнице на поз. 5 обшивка на лопасти наложена не с той стороны: она будет с наветра только если ротор окажется в ветровой тени башни. Что, разумеется, ни в коем случае не улучшит чувствительности ротора к ветру. И, наконец, изделие на поз. 6 с ротором то ли из крыльчатки комнатного вентилятора, то ли из гребного винта от электромотора надувной лодки, мельницей просто не выглядит – вместо эстетики в данном случае получился абсурд.

Выбираем прототип

Теперь определимся, какого типа настоящую мельницу нужно взять за прототип. Учитывая также эстетическое значение и условия работы декоративной.

Монументальное строение, в котором размещаются механизмы и служебные помещения, однозначно необходимо только для мельницы с горизонтальным ротором (горизонтальной осью его вращения) – раз. Плоскость вращения горизонтального ротора ортогональна его оси, т.е. вертикальна, а наибольший эстетический эффект и количество неосознанных ассоциаций дает плавное движение вверх-вниз, напр. взмахи крыльев птицы – два. Поэтому «вертикалки» наподобие показанной выше китайской бамбуковой с крыльями из циновок, отметаем.

Неповоротные башенные мельницы (поз. 1 на рис.) распространены в местах с абсолютно доминирующими ветрами одного направления, напр. на равнинах центральной Испании. Посмотрите внимательно: теперь понимаете, почему Дон Кихот набросился на мельницу, а не на курятник, что было бы гораздо смешнее? Такую мельницу можно взять за прототип для дачной и/или настольной.

Строение козловой мельницы (поз. 2) вращается на козле (или на чем-то козлином, по местной неформальной терминологии) – врытом в землю толстом бревне. Козловая мельница может быть построена без единого гвоздя, но ее поворот на ветер требует огромных усилий, а при ветре сильнее свежего – непомерных. Поэтому козловые мельницы были распространены в тихих лесистых местах, удаленных от источников железных изделий. Как прототип для декоративной козловая мельница мало пригодна – прижата к земле, и добиться от нее хорошей ЧВ очень трудно.

В Сибири леса и сильные ветра держатся вместе, распространена вечная мерзлота, а мужики живут крепкие, поэтому там прижились колчанные мельницы, поз. 3. Ее вертикальная ось вращения (тоже бревно, но уже не козел, а шкворень) не врыто в землю, а закреплено в срубе-колчане. Одновременно колчан позволил приподнять ротор и увеличить его размах, отчего возросли и КИВ, и ЧВ; для поворота мельницы на свежий ветер уже хватало силы мельника, привезшего зерно на помол крестьянина и, возможно, их взрослых сыновей. Колчанная мельница хорошо подойдет как прототип декоративной на участке, оформленном в стиле рустикальном или кантри.

Самые совершенные горизонтальные ветряные мельницы – шатровые, поз. 4. Шкворень в них железный и вращается только шатер на поворотным круге; кроме того, усложняется механизм передачи усилия с ротора на жернов. Повернуть шатер с ротором на ветер способны 1-2 средне развитых человека или вовсе простейшая автоматика. Шатровая мельница годится в прототипы для любой декоративной, поэтому рассмотрим ее строение подробнее (поз. 4а):

О парусных роторах

В Европу ветряные мельницы пришли поздно – их впервые увидели крестоносцы у арабов. Новинка сразу пришлась по вкусу рыцарям, которым, между прочим, хозяйствовать приходилось не меньше, чем воевать. Тогдашняя Европа была отсталым краем света, разделенным на множество мелких и мельчайших полунезависимых феодальных владений, и счастливые обладатели текучих вод, пригодных для устройства водяных мельниц, драли с соседей за помол почище, чем те с купцов на большой дороге.

Арабские ветряные мельницы строились с парусным ротором (см. рис.): своего строевого лесу у арабов считай что не было (пальмовая древесина непрочная и нестойкая), зато ровных сильных ветров в степях и пустынях было вдосталь. Но в Европе парусные мельницы не прижились, кроме как в сходной по условиям с Аравией Испании и в Греции, изобилующей созданными горами «ветровыми коридорами».

Парусная мельница работает только при ветре достаточной силы (более 6-7 м/с): пока лопасти-паруса не надуются до нужного профиля, ротор не завертится. Т.е., у и КИВ, и ЧВ парусной мельницы низки, и в прототип декоративной она непригодна несмотря на романтическую зрелищность. Тем не менее, парусный ротор-вертушка, действующий по иному принципу, может найти полезное и эффектное применение в механизме шатровой мельницы, см. далее.

Узлы и механизмы

Наверное, нет нужды повторять, что ЧВ декоративной мельницы определяется техническим совершенством ее узлов вращения, а в передаче мощности с ротора нет никакой необходимости. Зато весьма и весьма желательна автоматическая ориентация на ветер: если к мельнице надо подходить, чтобы повернуть всю ее или шатер, то эстетика оборачивается раздражением и утомлением. Определенное значение имеет также общая конструктивная схема ротора.

Узлы вращения

В декоративной мельнице от одного до 4-х узлов вращения, см. далее. Обязательный для любой и самый строгий к качеству исполнения – узел вращения ротора: он должен иметь минимальные механические потери и держать довольно сильные нерегулярные знакопеременные боковые нагрузки, поэтому выполняется этот узел на самоустанавливающихся шарикоподшипниках, см. рис. справа. Обычные однорядные опорные подшипники если и не будут заедать, то существенно снизят ЧВ мельницы. Но не надейтесь только на подшипники: если ротор аэродинамически и/или конструктивно «неправильный», он не завертится, т.к. его лопасти не дадут тяги.

Для узла вращения ротора нужны 2 подшипника, расположенных на оси вращения на расстоянии не менее 50 мм друг от друга (в настольной мини-мельнице – не ближе 15-20 мм друг к другу). Фиксируются подшипники любым удобным способом: в деревянных обоймах (слева на рис.), хомутами и т.п.

Самая ось – отрезок резьбового прутка М4 – М16 в зависимости от размеров мельницы. В подшипниках ось фиксируется парами гаек с шайбами, а после затягивания гаек – каплями масляной, глифталевой или пентафталевой краски, подпущенными в резьбу. К работе узел будет готов спустя 2-3 суток. Вязкий силикон не просочится глубоко в резьбу, а быстросохнущие краски и клеи не эластичны высохшие, от вибрации и рывков ротора связующее из них скоро потрескается и узел разболтается. Контргайки не повредят, но без дополнительной фиксации эластичным связующим тоже скоро ослабнут. О любительском опыте изготовления ротора на подшипниках для декоративной ветряной мельницы см. видео:

Видео: изготовление лопастей для мельница на подшипнике

Если ротор мельницы разворачивается на ветер флюгаркой (что не естественно, настоящие мельницы так не строились), то узел вращения шатра выполняется аналогично, на подшипниках. Если же ротор разворачивается на ветер вручную или виндрозой (см. далее), то узел вращения шатра можно сделать проще, как показано в центре на рис. Собирается такой узел в деревянном (фанерном) коробе, справа на рис. Стальные накладки – толщиной от 2 мм (не менее 2-х шагов резьбы оси вращения). Горизонтальный люфт оси 0,5-1 мм; вертикальный (гайки затягиваются не натуго!) ок. 0,5 мм. Гайки фиксируются также краской, а после ее высыхания под шайбы подпускают по 2-3 капли веретенки или др. невысыхающего жидкого машинного масла.

Виндроза

Энергонезависимое механическое устройство автоматики, разворачивающее ротор мельницы на ветер, изобрели голландцы. Новинка оказалась настолько удобной, экономичной и надежной, что мельницы с виндрозой действуют в развитых странах до сих пор (см. напр. рис. выше с мельницей в Норфолке).

Виндроза – разновидность активного флюгера: небольшая ветрочувствительная дополнительная крыльчатка устанавливается перпендикулярно (ортогонально) ротору в горизонтальной плоскости. Когда ротор стоит точно по ветру, крыльчатка виндрозы неподвижна. Чуть ветер уходит в сторону, крыльчатка вращается и через механическую передачу поворачивает шатер с ротором снова на ветер.

Ротор декоративной мельницы механически не нагружен, и усилие для его поворота требуется на порядки меньшее, чем для ротора производственной мельницы. Поэтому некоторые готовые декоративные ветряные мельницы дополняются флюгаркой, имитирующей виндрозу (врезка слева вверху на рис.). Шатер с ротором становится простым (пассивным) флюгером, что для мельницы ненатурально.

Виндроза производственной мельницы достаточно сложный механизм (слева на рис.), вряд ли повторимый в домашних условиях. Но по указанной выше причине (ненагруженный ротор) виндрозу декоративной ветряной мельницы можно сделать гораздо проще из подручных материалов (центр и справа на рис.).

Конструкция вертушки в точности скопирована с первых голландских виндроз с тряпичными лопастями. Внешне она похожа на парусный ротор, но благодаря некоторому начальному углу установки полотнищ и иной конфигурации щелей между ними действует не как кливера и стакселя парусников, а скорее как решетчатое крыло, применяемое в системах спасения космических аппаратов при аварии на старте; это выяснилось уже в наше время. Аэродинамическое качество решетчатого крыла низкое, т.е. оно дает небольшую подъемную силу, но при самых малых скоростях и в широком диапазоне углов атаки. Так и матерчатая вертушка виндрозы дает ничтожную мощность на валу, но при легчайшем дуновении сильнейшим образом скошенного ветра.

Размах махов вертушки 3-15 см в зависимости от размеров мельницы; полотнища из скользкой синтетической ткани или пленки (по эстетике – хуже) натягиваются туго. Ведущий шкив можно стянуть с вала мотора старого кассетного магнитофона. Оттуда же берутся маховик с тонваломи и подшипником скольжения для ведомого шкива и горизонтальной оси; скорее всего подойдет штатный резиновый пасик. Магнитофон лучше курочить советский – их маховики больше и массивнее, отчего заявленный в ТД коэффициент детонации соответствовал реальному. Ось вертушки и ведущего шкива из велосипедной спицы; к ней нужно подобрать или сделать бронзографитовый или фторопластовый подшипник скольжения.

Количество зубьев трибы (диаметр цевки ок. 10 мм) – 6-8. Шаг зубьев на поворотном кругу должен быть точно таким же, а их количество не менее 60-ти. Исходя из этого рассчитывают радиус венца для размещения зубьев на кругу; возможно, придется подкорректировать его диаметр. Зубья в лунках цевки и круга фиксируются силиконовым клеем; любой другой от вибрации и толчков скоро потрескается и зубья начнут выпадать.

Примечание: если виндроза поворачивает ротор тылом к ветру, петлю пасика на ведущем шкиве нужно перевернуть на 180 градусов.

Ротор

Об аэродинамике ротора выше сказано достаточно, осталось уточнить некоторые конструктивные особенности. Лопасти ротора выполнялись обычно с передним/задним или средним расположением маха, см. рис. (висячие и полнонаборные лопасти).

Первые давали больший КИВ и лучшую ЧВ, т.к. исключались аэродинамические потери на соотв. кромке, но чаще ломались на сильном ветру, а крутка лопасти по размаху более чем на 5-7 градусов еще более уменьшала их прочность. Ветровое давление на единицу площади лобовой проекции декоративной мельницы многократно меньше, чем большой, поэтому для нее предпочтительны висячие лопасти. Исключение – ротор с полуобтекаемыми лопастями (см. выше), т.к. при угле крутки более 10-12 градусов он будет работать надлежащим образом только если закручены и передняя, и задняя кромки, а незакрученный мах (лонжерон) расположен по ширине лопасти согласно аэродинамическому расчету.

Сколько надо лопастей?

В местах, ветрами небогатых, строились мельницы с 6-ти и даже 8-ми лопастными роторами – это повышало мощность на их валу при слабом ветре, хотя КИВ при сильном падал. Но если подойти с точки зрения максимальной ЧВ, то оптимальным оказывается… однолопастный ротор с противовесом; это объясняется трением лопастей о воздух. Однако тихоходные ветряки с числом лопастей меньше 4-х почти никогда не строятся: мощность на валу оказывается слишком мала, т.к. без развитой круговой циркуляции энергия ветра, «проскакивающего» между медленно движущимися лопастями, пропадает даром. Соответственно и декоративная мельница менее чем с 4-мя лопастями выглядеть будет ненатурально, так что 4 лопасти для нее следует принять за оптимум.

Строение мельницы

Построить имитацию мельничной избы и тулова квадратными в горизонтальном сечении (см. рис. справа) несложно, но хорошей ЧВ такой мельницы ожидать не приходится. Значение обтекаемости строения мельницы было понято еще в старину, и строения производственных мельниц выполнялись многогранными или круглыми.

Чертежи основных узлов (ротора в сборе, башни и вертушка) простой декоративной ветряной мельницы даны на рис. ниже. Предельная в данном случае (но не максимально возможная) ЧВ достигается увеличенным зауголиванием простых лопастей на 16,7 градуса. Обратите внимание, в какую сторону свешены крылья лопастей: поскольку продажные резьбовые прутки с правой резьбой, то и ротор должен вращаться вправо (по часовой стрелке, если смотреть спереди); иначе он отвинтится и слетит, т.к. крепится запрессованной в перекрестье махов гайкой. В целом такая мельница удобна для дачи выходного дня: для хранения разбирается, а собранную ее легко переносит один взрослый любого пола или двое детишек.

Реализовать своими руками граненую башню декоративной ветряной мельницы из фанеры на клею возможно (см. след. рис.), и похвалы вашему мастерству будут вполне заслуженными. Но, во-первых, материал требуется дорогой (поинтересуйтесь в ближайшем строймаге, сколько стоит лист фанеры-двадцатки). Во-вторых, с увеличением числа граней башни и/или уменьшением ее размеров резко растет трудоемкость работы вместе с требованиями к точности разметки и распиловки деталей, а последняя имеет предел, равный толщине пилки или пильного диска.

Можно собрать все строение комбинированным способом (см. рис.), но это тоже работа не из простых, и ее сложность также растет с увеличением числа граней. Между тем многогранные вплоть до почти круглых избу и башню граненой декоративной ветряной мельницы вполне возможно сделать зеленому новичку в столярке буквально из обрезков. Дело в том, что тангенсы углов 30 и 60 градусов с достаточной для работ по дереву точностью равны 0,58 и 1,73.

Как подрезается брус 40х40 для сборки частей строения 12-ти и 6-ти гранной декоративной ветряной мельницы, показано на рис.:

Самая сборка – на клею без металлического крепежа и столярных соединений. Чтобы изделие было прочнее, используется прием, аналогичный перевязке кладочных швов в строительстве: венцы имитации сруба (зрительно весьма убедительной) собираются в зеркальном отражении поочередно. На рис. видно также, что при перпендикулярной подрезке не скошенного торца бруса поперечник венца меняется пропорционально. Это дает возможность собрать башню мельницы в виде усеченной пирамиды, а если она 12-гранная, то и ошкурить ее до круглой.

А если посовременнее?

Находятся, хотя и немногие, любители украшать участок моделями тихоходных ветросиловых установок (ВСУ; попросту – ветряков) уже из индустриальной эпохи, см. рис. справа. Что ж, промышленным сооружениям присуща своя эстетика, порой довольно тонкая и многозначная. Но в таком, довольно-таки трудоемком, случае не мешало бы сделать настоящий ветросиловой агрегат: декоративный эффект он даст не меньший, и к тому же выполнит некоторую полезную работу – подкачает воды из колодца в напорный бак, подзарядит аккумулятор дежурного освещения и т.п.

Пробуем сделать водяную мельницу

Условия для установки декоративной водяной мельницы на своем участке складываются реже и создаются гораздо труднее, чем для ветряной, так что и строят их не так уж часто. Однако водяная мини-мельница в зоне отдыха может быть даже зрелищнее ветряной, см. видео:

Видео: водяная мельница для сада своими руками

Определяющим для эстетики водяной мельницы является такой чисто технический фактор, как бой ее рабочего колеса. Наиболее зрелищны (и лучше освежают воздух) мельницы верхнего боя (слева на рис.), но и сделать такую сложнее всего.

Мельничное колесо нижнего боя с заплеском (в центре на рис.) по декоративности уступает верхнему, но конструктивно и технологически много проще. Простое колесо нижнего боя (подливное), справа на рис., смотрится вообще-то неважно. Колеса полунижнего и среднего боя (см. ниже) требуют особых природных условий для их установки, а по эстетике сами по себе ничуть не лучше нижнего и поэтому для декоративных целей мало пригодны.

Типы рабочих колес

Простое подливное рабочее колесо (см. рис. ниже) использует только кинетическую энергию набегающей воды. Наименее эффективно, но проще всего конструктивно. Устанавливается просто в поток достаточной мощности; декоративное – практически в любой ручей естественный или искусственный. Эстетический эффект обусловлен фактически только вращением колеса. Воздух почти не освежает, но и расход воды на испарение минимален.

Колеса производственных мельниц полунижнего и среднего боя ставят в местах с большим перепадом воды: на перекате, за водопадом. Для колеса среднего боя нужно доработать естественную преграду (или соорудить погруженную запруду) и поставить над ней загородку-шандору, частично перекрывающую поток воды сверху. В колесах полунижнего и среднего боя частично используется и потенциальная энергия поднятой воды, поэтому они эффективнее простого подливного, но их лопасти должны быть профилированы.

Наиболее эффективное колесо верхнего боя работает большей частью от потенциальной энергии воды, которая должна быть поднята достаточно высоко: высокой запрудой или, для декоративного колеса, перекачкой. Профилировка лопастей простая или они вовсе прямые наклонные. Эстетический эффект великолепен – вращение колеса дополняют каскады воды – но ее расход на испарение в жаркую погоду может достигать десятков литров в сутки.

Примечание: вертикальные (мутовчатое и прямолопастное) рабочие водяные колеса (см. рис. справа) – прообразы соотв. реактивной и активной водяных турбин. Брызгаются очень красиво, но напор и расход воды для них нужны вряд ли возможные в личном хозяйстве.

Как сделать колесо…

Изготовители декоративных водяных колес на заказ проектируют из чаще всего по образцам старых производственных. Скорее всего, по желанию заказчиков: кто способен оплатить такое изделие, наверняка захочет, чтобы оно было «как настоящее». Однако эффекта «взаправдашней старины» можно добиться гораздо проще, наложив на фанерную основу планки из драни или шпона на жидких гвоздях и дополнительно закрепив их бронзовыми т. наз. финишными гвоздями (их широко применяют, напр., столяры-дверники для крепления наличников).

Но делать основу колеса так, как показано на поз. А рис. , не надо:

Во-первых, снова слишком сложно. А главное – в барабан колеса непременно проникнет вода, застоится там и колесо загниет. По способу, показанному на поз. Б, сделать колесо для декоративной водяной мельницы можно из отходов и обрезков, причем профиль лопастей сразу получится ломаным, что хорошо, см. ниже.

…и как пустить в него воду

Запитка рабочего колеса декоративной водяной мельницы задача куда посложнее его сооружения. Не говоря уже о соотв. гидротехнических сооружениях, насос для фонтана дорог, а его производительность и напор в данном случае явно излишни. Для мельницы с колесом диаметром до 1 м лучше подойдет аквариумная помпа; штатный фильтр снимать не надо, он все равно нужен.

Насосы в аквариумных помпах высокопроизводительные безнапорные – они качают из воды в воду. Но какой-то остаточный напор есть у любого безнапорного насоса. У мини-помп для маленьких аквариумов он не превышает 10-20 см, у помп для аквариумов от 100 до 200 л составляет ок. 60 см, а у помп для больших аквариумов может доходить до 80-100 см. При напоре в половину остаточного производительность насоса падает втрое-вчетверо, но для декоративного водяного колеса этого оказывается достаточно.

Проще всего запитать декоративную водяную мельницу нижнего боя, слева на рис. Колесо нижнего боя можно делать без внутренней обечайки но, как сказано выше, его зрелищность минимальна. Не намного выше она у колеса полунижнего и среднего боя (в центре), да еще им нужны профилированные лопасти, внутренняя обечайка и гидросооружения, возни с которыми будет предостаточно. Единственное упрощение сравнительно с производственным колесом – не нужна шандора, т.к. отбора мощности с колеса нет и кинетическая энергия бьющей в колесо струи воды не имеет значения.

Наиболее зрелищное (и хорошо освежающее воздух) колесо верхнего боя (справа на рис.) также должно быть с внутренней обечайкой, но профиль его лопастей технологически проще – ломаный, или лопасти прямые скошенные. Последнее в общем нежелательно, т.к. сильно увеличивается расход воды на испарение: для колеса диаметром 1 м с 16-ю лопастями при наружной температуре +30 до прим. 2 куб. м в месяц против 0,3-0,5 куб. м, если лопасти ломаные. В последнем случае вместо водяных каскадов с колеса падает частая капель, которая смотрится не хуже.

Однако для запитки колеса верхнего боя понадобятся две помпы разной производительности. Ту, что послабее, ставят в верхний бак, который с избытком подпитывается мощной нижней помпой. Дело в том, что, если аквариумная помпа оказывается на осушке, ее мотор сгорает, поэтому верхний бак должен быть постоянно заполнен водой. Передвигая в нем помпу вверх-вниз, регулируют скорость вращения колеса и его декоративный эффект.

Примечание: колесо, питаемое аквариумными помпами, раскручивается медленно, пока не нальются 3-4 лотка в лопастях. Но потом крутится хорошо, т.к. приток воды расходуется только на компенсацию трения в узле(ах) вращения колеса.

Будьте осторожны!

Нет, речь пойдет не о травмоопасности декоративных мельниц и не об их вреде для здоровья – таковых не имеется. Но, если вы живете не в РФ, то, прежде чем строить декоративную ветряную мельницу, или водяную на естественном потоке, проконсультируйтесь с юристом. В ряде стан, в т.ч. бывшего СССР, использование возобновляемых природных энергоресурсов облагается налогом, а самовольное сооружение и/или установка соотв. устройств карается большим штрафом. Подпадает ли под этот закон декоративная мельница – решают местные компетентные органы, наделенные на то всеми необходимыми полномочиями. А если дух закона не в согласовании интересов, а в запрете всего, неугодного надуманным и вредным самим же себе «ценностям», то простому человеку, желающему просто украсить свой участок и приятно отдохнуть на нем, ничего хорошего для себя ожидать не приходится.