Історія виникнення млина. Млин
О.БУЛАНОВА
Вони стали символом Голландії, з ними воював Дон Кіхот, про них складалися казки та легенди… Про що мова? Звичайно, про вітряки. Багато століть тому вони використовувалися для подрібнення зерна, як привод для водяного насоса або для того й іншого.
Найбільш раннім прикладом використання енергії вітру для приведення в рух механізму є вітряк грецького інженера Герона Олександрійського, винайдений в I ст. Також є відомості, що у Вавилонській імперії Хаммурапі планував використати енергію вітру для свого амбітного проекту зрошення.
У повідомленнях мусульманських географів ІХ ст. описуються перські млини. Вони відрізняються від західних конструкцій вертикальною віссю обертання та перпендикулярно розташованими крилами (вітрилами). Перський млин має лопаті на роторі, розташовані аналогічно лопаткам гребного колеса на пароплаві, і повинен бути укладений в оболонку, що закриває частину лопаток, інакше тиск вітру на лопаті буде однаковим з усіх боків і т.к. вітрила жорстко пов'язані з віссю, млин не буде обертатися.
Ще один вид млинів з вертикальною віссю відомий як китайський млин або китайський вітряк, що використовується в Тибеті та Китаї на початку IV ст. Ця конструкція значно відрізняється від перської використанням вільного повертається незалежного вітрила.
Перші запущені в роботу вітряки мали вітрила, що обертаються в горизонтальній площині навколо вертикальної осі. Парусів, покритих очеретом або тканиною, було від 6 до 12. Ці млини використовувалися для помелу зерна або видобутку води і досить сильно відрізнялися від пізніших європейських вертикальних вітряків.
Опис подібного типу горизонтального вітряка з прямокутними лопатями, що використовується для зрошення, можна знайти в китайських документах XIII ст. У 1219 р. такий млин був завезений до Туркестану мандрівником Єлюєм Чуцаєм.
Горизонтальні вітряки у невеликій кількості були присутні у XVIII-XIX ст. та на території Європи. Найбільш відомими є млин Хупера та млин Фаулера. Найімовірніше, млини, що існували на території Європи в ті часи, були незалежним винаходом європейських інженерів часів промислової революції.
Існування першого відомого млина в Європі (передбачається, що він був вертикального типу) датується 1185 р. Він був розташований в селі Відлі в Йоркширі в гирлі річки Хамбер. Крім цього, існує низка менш надійних історичних джерел, згідно з якими перші вітряки в Європі з'явилися в XII ст. Першим призначенням вітряків було подрібнення зерна.
Є дані, згідно з якими ранній тип європейських вітряків мав назву post mill, названий так через велику вертикальну деталь, що становить основну конструкцію млина.
При монтажі корпусу млина ця деталь отримувала можливість обертатися у напрямку вітру. У північно-західній Європі, де напрямок вітру змінюється дуже швидко, це дозволяло працювати продуктивніше. Підстави перших подібних млинів вкопували в землю, що забезпечувало додаткову опору під час повороту.
Пізніше було розроблено дерев'яну опору, що отримала назву естакади (козлів). Вона була зазвичай закритою, що давало додаткове місце для зберігання врожаю та забезпечувало захист під час негоди. Цей тип млинів був найбільш поширеним у Європі аж до XIX ст., Допоки їх не замінили потужні баштові млини.
Козлові млина мали порожнину, всередині якої розміщувався приводний вал. Це давало можливість повертати конструкцію у напрямку вітру, докладаючи менше зусиль, ніж у традиційних козлових млинах. Зникла і необхідність піднімати мішки із зерном до високо розташованих жорнів, т.к. застосування довгого приводного валу дозволило розміщувати жорна лише на рівні землі. Такі млини використовувалися в Нідерландах, починаючи з XIV ст.
Баштові млини з'явилися до кінця XIII ст. Основною їх перевагою було те, що у баштовому млині реагувала на наявність вітру тільки дах баштового табору. Це дозволяло зробити основну конструкцію значно вищою, а лопаті – більшого розміру, завдяки чому обертання млина ставало можливим навіть при слабкому вітрі.
Верхня частина млина могла повертатися за вітром завдяки наявності лебідок. Крім цього, існувала можливість утримання даху млина і лопат у напрямку вітру через невеликий вітряк, що встановлюється під прямим кутом по відношенню до лопат. Даний тип конструкції набув поширення на території Британської імперії, Данії та Німеччини.
У країнах Середземномор'я баштові млини зводилися із фіксованими дахами, т.к. зміна напряму вітру більшу частину часу була дуже незначною.
Удосконаленим варіантом баштового млина є шатровий млин. У ній кам'яна башта замінено дерев'яним каркасомзазвичай восьмикутної форми (існували млини з більшою чи меншою кількістю кутів). Каркас покривався соломою, шифером, толем, листовим металом. Ця легка в порівнянні з баштовими млинами шатрова конструкція робила вітряк більш практичним, дозволяючи зводити млини в районах з нестабільним ґрунтом. Спочатку цей тип використовували як дренажну конструкцію, але пізніше сфера використання значно розширилася.
Велике значення у вітряках завжди мала конструкція лопатей (парусів). Традиційно вітрило складається з каркаса-решітки, на який натягнута парусина. Мельник може самостійно регулювати кількість тканини залежно від сили вітру та необхідної потужності.
В умовах холоднішого клімату тканина була замінена дерев'яними планками, що перешкоджало заморожуванню. Незалежно від влаштування лопатей, для регулювання вітрил необхідно було повністю зупинити млин.
Переломним моментом став винахід у Великій Британії наприкінці XVIII ст. конструкції, що автоматично пристосовується до швидкості вітру без втручання мірошника. Найбільш популярними та функціональними стали вітрила, винайдені Вільямом Кабіттом у 1807 р. У цих лопатях тканину замінили механізмом з'єднаних затворів.
У Франції П'єр-Теофіль Бертон винайшов систему, що складається з поздовжніх дерев'яних рейок, з'єднаних за допомогою механізму, що дозволяло мірошнику відкрити їх під час обертання млина.
У ХХ ст. завдяки успіхам у літакобудуванні значно підвищився рівень знань у галузі аеродинаміки, що призвело до подальшого підвищення ефективності роботи млинів німецьким інженером Білау та голландськими майстрами.
Більшість вітряків мали чотири вітрила. Поруч із ними існували млини, оснащені п'ятьма, шістьма чи вісьмома вітрилами. Найбільшого поширення вони набули у Великій Британії, Німеччині та рідше в інших країнах. Перші заводи з виробництва вітрил для млинів знаходилися в Іспанії, Португалії, Греції, Румунії, Болгарії та Росії.
Млин з парним числом вітрил мав перевагу перед іншими типами млинів, адже при виникненні пошкодження однієї з лопат можна видалити протилежну їй лопату, тим самим зберігши балансування всієї конструкції.
Необхідно відзначити, що вітряки використовувалися для здійснення багатьох промислових процесівкрім помелу зерна, наприклад, для обробки насіння олійних культур, вироблення вовни, фарбування виробів та виготовлення виробів з каменю.
Загальна кількість вітряків у Європі в часи найбільшого поширення цього типу пристроїв досягала, за оцінками експертів, кількості близько 200 тис. Але ця цифра досить скромна порівняно з приблизно 500 тис. водяних млинів, що існували в той же час. Вітряки отримали поширення в тих регіонах, де було замало води, де річки взимку замерзали, а також на рівнинах, де потік рік був занадто повільним.
З приходом промислової революції важливість вітру та води як основні промислові джерела енергії знизилася; в кінцевому підсумку велика кількість вітряків і водяних коліс було замінено на парові млини та млини, оснащені двигунами внутрішнього згоряння. Разом з тим вітряки, як і раніше, залишалися досить популярними, їх продовжували будувати до кінця XIX ст.
Крім вітряків, існували і вітряні турбіни- Конструкції, спеціально розроблені для вироблення електроенергії. Перші вітряні турбіни були побудовані наприкінці ХІХ ст. професором Джеймсом Блітом у Шотландії, Чарльзом Ф. Брашем у Клівленді та Полем ля Куром у Данії.
Там були також вітряні насоси. Вони використовувалися для перекачування води біля сучасних Афганістану, Ірану і Пакистану починаючи з IX в. Використання вітряних насосів набуло широкого поширення у всьому мусульманському світі, а потім поширилося на територію сучасного Китаю та Індії. Вітряні насоси використовувалися в Європі, особливо в Нідерландах та областях Східної Англії Великобританії, починаючи від середньовіччя і далі, при осушенні землі для сільськогосподарських робіт або будівельних цілей.
У 1738-1740 рр. у голландському містечку Кіндердейк було збудовано 19 кам'яних вітряків для захисту низин від затоплення. Вони перекачували воду з території, розташованої нижче за рівень моря, в річку Лек, що впадає в Північне море. Крім перекачування води, вітряки використовувалися для вироблення електрики. Завдяки цим млинам Кіндердейк у 1886 р. став першим електрифікованим містом у Нідерландах.
Варто також зазначити, що вітряки в 1997 р. були внесені до списку об'єктів світової спадщини ЮНЕСКО.
За матеріалами сайту ru.beautiful-houses.net
У якій країні і коли винайшли вітряки?
Історія вітряка також йде далеко в глибини століть. Точних звісток про виготовлення першого вітряка історія не зберегла. Але відомо, що у Китаї користуються вітряками вже кілька тисячоліть. Крильчатий вітродвигун - найдавніший і в той же час найкращий тип двигуна, до якого відноситься і вітряк.
У давнину для отримання муки ізраїльтяни, як і інші народи, мололи їстівні зерна «в жорнах». Робота на ручному млині була нелегкою. Поступово узвичаїлися більш важкі жорна, які «крутилися ослом» або іншим тваринам. Але й у млинів, що рухаються тваринами, були свої недоліки. На той час людина вже навчилася використовувати енергію води, щоб обертати водяне колесо, та енергію вітру, щоб плавати на вітрильному човні. А приблизно у VII столітті н. е. у посушливих степах Азії чи Близького та Середнього Сходу об'єднали ці дві ідеї, змусивши вітер обертати жорна. Перша згадка про вітряки, що використовуються в Ірані для подрібнення зерна, відноситься також до VII ст. н.е. Так, з жорна виходив вертикальний вал з вітрилами, що повертався, коли віяв вітер. За допомогою таких простих вітряків мололи пшеницю або ячмінь, а також качали воду з-під землі.
Перший вітродвигун був, мабуть, простим пристроємз вертикальною віссю обертання, таким, наприклад, як пристрій, що застосовувався в Персії за 200 років до нашої ери для розмелювання зерна. Використання такого млина з вертикальною віссю обертання набуло згодом повсюдне поширення у країнах Близького Сходу. Пізніше був розроблений млин з горизонтальною віссю обертання, що складається з десяти дерев'яних стійок, оснащені поперечними вітрилами. Подібний примітивний тип вітряка знаходить застосування дотепер у багатьох країнах басейну Середземного моря. Б XI ст. вітряки широко використовувалися на Близькому Сході і потрапили в Європу 10 ст. при поверненні хрестоносців. У середні віки в Європі багато помісних прав, включаючи і право відмови у дозволі на будівництво вітряків, змушували орендарів мати площі для посіву зерна біля млинів феодальних маєтків. Посадки дерев поблизу вітряків заборонялися для забезпечення "вільного вітру". У XIV". голландці стали провідними в удосконаленні конструкцій вітряків і широко використовували їх з цього часу для осушення боліт та озер у дельті р. Рейн.
Ранні вітряки з вітрилами на вертикальному валу не відрізнялися високою продуктивністю. Але вона сильно зросла з розумінням того, що більше енергії виробляється, коли лопаті або вітрила кріпляться до горизонтального валу, що виходить із вежі. Горизонтальний вал за допомогою зубчастих колісповідомляв обертальний рух вертикальному валу, який повертав прикріплене до нього жорно. Потім придумали млини на козлах, або стовпчики. Ці млини лежали на стовпі, підпертом балками, що дозволяло повертати весь млинний комору, встановлюючи крила проти вітру. З зрозумілої причини «стовпки» не могли бути дуже великими, і тоді придумали іншу конструкцію: нерухому вежу з дахом ("шатровки" або "голландки"). У млинах такого типу головний вал виходить з даху, завдяки чому, куди б не віяв вітер, його разом з крилами-вітрилами можна розгорнути проти вітру.
Вважають, вітряки з'явилися спочатку в південній частині Європи (імовірно в Греції) і швидко поширилися всюди. Більшість авторів вважає, що вітряки з'явилися в Росії не раніше XVII ст., Хоча деякі дослідники відносять їхню появу на Русі до XV ст.
Спочатку вони були цегляними, схожими на величезні бочки споруди з крилами.
У 1772 році шотландський винахідник замінив вітрила на щитки, що автоматично відриваються і закриваються, схожі на жалюзі.
Першими інструментами для подрібнення зерна в борошно були кам'яна ступка та маточка. Деяким кроком уперед у порівнянні з ними став метод перетирання зерна замість товчення. Люди дуже скоро переконалися, що при перетиранні мука виходить набагато краще.
Кам'яні ступки та маточки
Однак це також була надзвичайно стомлююча робота. Великим удосконаленням став перехід від руху тертки вперед і назад до обертання. Товкач змінився плоским каменем, який рухався плоскою кам'яною стравою. Від каменю, який перетирає зерно, було вже легко перейти до жорна, тобто змусити один камінь ковзати під час обертання по іншому. Зерно потроху підсипалося в отвір усередині верхнього каменю жорна, потрапляло у простір між верхнім і нижнім каменем і розтиралося в борошно.
Ручний млин
Цей ручний млин набув найширшого поширення в Стародавню Греціюта Римі. Конструкція її дуже проста. Підставою млина служив камінь, опуклий посередині. На його вершині був залізний штифт. Другий, що обертається камінь мав два дзвонові поглиблення, з'єднаних між собою отвором. Зовні він нагадував пісочний годинник і був усередині порожній. Цей камінь насаджували на основу. В отвір вставлялася металева смуга. При обертанні млина зерно, потрапляючи між камінням, перетиралося. Борошно збиралося біля основи нижнього каменю. Подібні млини були різних розмірів: від маленьких, на кшталт сучасних кавомолок, до великих, які приводили в обертання два раби або віслюки.
З винаходом ручного млина процес розмелювання зерна полегшився, але, як і раніше, залишався трудомісткою і важкою справою. Не випадково, саме у борошномельній справі виникла перша в історії машина, яка працювала без використання м'язової сили людини чи тварини. Йдеться про водяний млин. Але спочатку древні майстри мали винайти водяний двигун.
Стародавні водяні машини-двигуни розвинулися, мабуть, з поливальних машин чадуфонів, з яких піднімали з річки воду зрошення берегів. Чадуфон був рядом черпаків, які насаджувалися на обід великого колеса з горизонтальною віссю. При повороті колеса нижні черпаки занурювалися у воду річки, потім піднімалися до верхньої точки колеса і перекидалися в жолоб. Спочатку такі колеса оберталися вручну, але там де води мало, а біжить вона по крутому руслу швидко, колесо стали постачати спеціальними лопатками. Під натиском течії колесо оберталось і саме черпало воду. Вийшов найпростіший насос-автомат, що не вимагає своєї роботи присутності людини.
Реконструкція водяного млина (I ст.)
Винахід водяного колеса мало велике значення для історії техніки. Вперше людина отримала своє розпорядження надійний, універсальний і дуже простий у своєму виготовленні двигун. Незабаром стало очевидним, що рух, що створюється водяним колесом, можна використовувати не тільки для гойдання води, але й для інших потреб, наприклад, для перемелювання зерна. У рівнинних місцевостях швидкість течії річок мала у тому, щоб обертати колесо силою удару струменя. Для створення потрібного напору стали запружувати річку, штучно піднімати рівень води та спрямовувати струмінь по жолобу на лопатки колеса.
Водяний млин
Проте винахід двигуна одразу породило інше завдання: яким чином передати рух від водяного колеса тому пристрою, який має робити корисну для людини роботу? Для цих цілей був необхідний спеціальний передавальний механізм, який міг би не лише передавати, а й перетворювати обертальний рух. Вирішуючи цю проблему, стародавні механіки знову звернулися до ідеї колеса. Найпростіша колісна передача працює в такий спосіб. Уявімо собі два колеса з паралельними осями обертання, які щільно стикаються своїми обідами. Якщо тепер одне з коліс починає обертатися (його називають ведучим), то завдяки тертю між обідами почне обертатися та інше (відоме). Причому шляхи, що проходять точками, що лежать на їх ободах, рівні. Це справедливо за всіх діаметрів коліс.
Отже, більше колесо буде робити порівняно з пов'язаним з ним меншим у стільки ж разів менше оборотів, скільки разів його діаметр перевищує діаметр останнього. Якщо розділимо діаметр одного колеса на діаметр іншого, то отримаємо число, яке називається передавальним ставленням даної колісної передачі. Уявімо передачу з двох коліс, в якій діаметр одного колеса вдвічі більший, ніж діаметр другого. Якщо ведеться більше колесо, ми можемо за допомогою цієї передачі вдвічі збільшити швидкість руху, але при цьому вдвічі зменшиться крутний момент.
Таке поєднання коліс буде зручно у тому випадку, коли важливо отримати на виході більшу швидкість, ніж на вході. Якщо, навпаки, веденим буде менше колесо, ми втратимо на виході швидкості, зате крутний момент цієї передачі збільшиться вдвічі. Ця передача зручна там, де потрібно посилити рух (наприклад, при підйомі тяжкості). Таким чином, застосовуючи систему з двох коліс різного діаметра, можна не лише передавати, а й перетворювати рух. У реальній практиці передавальні колеса з гладким ободом майже не використовуються, тому що зчеплення між ними недостатньо жорсткі, і колеса прослизають. Цей недолік можна усунути, якщо замість гладких коліс використовувати зубчасті.
Перші колісні зубчасті передачі з'явилися близько двох тисяч років тому, проте широкого поширення вони набули значно пізніше. Справа в тому, що нарізка зубів потребує великої точності. Для того щоб при рівномірному обертанні одного колеса друге оберталося теж рівномірно, без ривків і зупинок, зубцям необхідно надавати особливе обрис, при якому взаємний рух коліс відбувався б так, ніби вони переміщуються один по одному без ковзання, тоді зубці одного колеса потраплятимуть у западини іншого. Якщо зазор між зубами коліс буде занадто великий, вони вдаряться один про одного і швидко обламаються. Якщо ж зазор дуже малий - зуби врізаються один в одного і кришаться.
Розрахунок та виготовлення зубчастих передач являли собою складне завданнядля стародавніх механіків, але вже вони оцінили їхню зручність. Адже різні комбінації зубчастих коліс, і навіть їх з'єднання з деякими іншими передачами давали великі можливості перетворення руху.
Черв'ячна передача
Наприклад, після з'єднання зубчастого колеса з гвинтом виходила черв'ячна передача, що передає обертання з однієї площини в іншу. Застосовуючи конічні колеса можна передати обертання під будь-яким кутом до площини ведучого колеса. З'єднавши колесо із зубчастою лінійкою, можна перетворити обертальний рух на поступальний, і навпаки, а приєднавши до колеса шатун, отримують зворотно-поступальний рух. Для розрахунку зубчастих передач зазвичай беруть відношення не діаметрів коліс, а відношення числа зубів ведучого та веденого коліс. Часто у передачі використовується кілька коліс. У разі передавальне ставлення всієї передачі дорівнюватиме твору передавальних відносин окремих пар.
Реконструкція водяного млина Вітрувія
Коли всі труднощі, пов'язані з отриманням і перетворенням руху, були благополучно подолані, з'явився водяний млин. Вперше її детальний пристрій описано давньоримським механіком та архітектором Вітрувієм. Млин в античну епоху мав три основні складові, з'єднані між собою в єдиний пристрій: 1) руховий механізм у вигляді вертикального колеса з лопатками, що обертається водою; 2) передавальний механізм або трансмісію у вигляді другого вертикального зубчастого колеса; друге зубчасте колесо обертало третє горизонтальне зубчасте колесо – шестерню; 3) виконавчий механізм у вигляді жорнів, верхнього та нижнього, причому верхній жорн був насаджений на вертикальний вал шестірні, за допомогою якого і наводився у рух. Зерно сипалося з лійкоподібного ковша над верхнім жорном.
Конічні зубчасті колеса
Циліндричні зубчасті колеса із косими зубами. Зубчаста зубчаста лінійка
Створення водяного млина вважається важливою віхою в історії техніки. Вона стала першою машиною, що отримала застосування у виробництві, свого роду вершиною, яку досягла антична механіка, та вихідною точкою для технічних пошуків механіки Відродження. Її винахід був першим несміливим кроком на шляху до машинного виробництва.
Дивіться інші статтірозділу.
Використовує енергію потоку води. Багато століть тому, вітряки, як правило, використовувалися для подрібнення зерна, як привод для водяного насоса або для виконання обох завдань. Більшість сучасних вітряків мають форму вітрових турбін і використовуються для вироблення електроенергії; вітряні насоси використовуються для перекачування води, осушення земель або викачування підземних вод.
Вітряки в давнину
Вітряк грецького інженера Герона Олександрійського, винайдений у першому столітті нашої ери, є найбільш раннім прикладом використання енергії вітру для приведення в рух механізму. Іншим прикладом стародавньої вітрового приводу є молитовне колесо, що використовується в Тибеті та Китаї на початку 4 століття. Також є відомості, що у Вавилонській імперії Хаммурапі планував використання енергії вітру для свого амбітного проекту зрошення.Горизонтальні вітряки
Перші запущені в роботу вітряки мали вітрила (лопаті), що обертаються в горизонтальній площині, навколо вертикальної осі. За словами Ахмада аль-Хасана вітряки були винайдені в східній Персії, перським географом Естакхірі в дев'ятому столітті. Справжність відомостей про більш ранній винахід вітряка другим халіфом Умаром (протягом 634 - 644 років н.е.) ставиться під сумнів на підставі того, що відомості про вітряки з'являються лише в документах датованих десятим століттям.Млини того часу мали від шести до дванадцяти лопат покритих очеретом або тканинним матеріалом. Ці пристрої використовувалися для подрібнення зерна або видобутку води, і досить сильно відрізнялися від пізніших європейських вертикальних вітряків. Спочатку вітряки набули широкого поширення на Близькому Сході і в Центральній Азії, а потім поступово стали популярними в Китаї та Індії.
Подібний тип горизонтального вітряка з прямокутними лопатями, що використовується для зрошення, також можна знайти в тринадцятому столітті в Китаї (під час правління династії Цзінь на півночі), відкритого та привезеного до Туркестану мандрівником Елюєм Чуцаєм у 1219 році.
Горизонтальні вітряки у невеликій кількості були присутні на території Європи у 18-му та 19-му століттях. Найбільш відомими, що збереглися до наших днів, є Млин Хупера в графстві Кент і млин Фаулера в Баттерсі на околицях Лондона. Найімовірніше, млини, що існували на території Європи, в ті часи були незалежним винаходом європейських інженерів часів промислової революції; конструкція європейських млинів не була запозичена у східних країн.
Вертикальні вітряки
Щодо походження вертикальних вітряків дебати істориків продовжуються досі. Через відсутність достовірних відомостей неможливо відповісти на питання чи є вертикальні млини оригінальним винаходом європейських майстрів чи конструкція запозичена у близькосхідних країн.Існування першого відомого млина в Європі (передбачається, що він був вертикального типу) датується 1185 роком; вона була розташована в колишньому селі Відлі в Йоркширі у гирлі річки Хамбер. Крім цього, існує ряд менш надійних історичних джерел, згідно з якими перші вітряки в Європі з'явилися у 12-му столітті. Першим призначенням вітряків було подрібнення зернових культур.
Козловий млин
Існують дані, згідно з якими ранній тип європейських вітряків мав назву post mill, названий так через велику вертикальну деталь, що становить основну конструкцію млина.При монтажі корпусу млина таким чином він отримував можливість обертатися у напрямку вітру; це дозволяло працювати продуктивніше у північно-західній Європі, де напрям вітру змінюється з короткими інтервалами. Підстави перших козлових млинів вкопували в землю, що забезпечувало додаткову опору під час повороту. Пізніше була розроблена дерев'яна опора, що отримала назву естакада (або козли). Вона була зазвичай закритою, що давало додаткове місце для зберігання врожаю та забезпечувало захист під час несприятливих погодних умов.
Цей тип вітряків був найбільш поширеним у Європі до дев'ятнадцятого століття, допоки потужні баштові млини не замінили їх.
Порожній (порожній) козловий млин
Млини цієї конструкції мали порожнину, усередині якої розміщувався приводний вал. Це давало можливість повертати конструкцію у напрямку вітру докладаючи менше зусиль, ніж у традиційних козлових млинах, а також не було необхідності піднімати мішки із зерном до високо розташованих жорнів, оскільки застосування довгого приводного валу дозволило розміщувати жорна на рівні землі. Такі млини використовувалися в Нідерландах, починаючи з 14 століття.Баштовий млин
До кінця 13 століття був введений в експлуатацію новий тип млинової конструкції, баштовий млин. Її основною перевагою було те, що в рух наводилася тільки верхня частина конструкції, в той час, як основна частина млина залишалася нерухомою.Широке поширення баштових млинів прийшло з початком періоду зміцнення економіки через необхідність наявності надійних джерел енергії. Фермерів та мірошників не бентежила навіть більш висока вартість зведення порівняно з іншими типами млинів.
На відміну від козлового млина, в баштовому млині тільки дах баштового табору реагував на наявність вітру, це дозволяло зробити основну конструкцію значно вищою, що, у свою чергу, дозволяло виготовляти лопаті більшого розміру, завдяки чому обертання млина було можливе навіть в умовах слабкої вітряності.
Верхня частина млина могла повертатися у напрямку руху вітру завдяки наявності лебідок. Крім цього, існувала можливість утримання даху млина і лопат у напрямку вітру завдяки наявності невеликого вітряка, що встановлюється під прямим кутом по відношенню до лопат у задній частині вітряка. Даний тип конструкції набув поширення на території колишньої Британської імперії, Данії та Німеччини. На території розташованої на невеликій відстані від Середземного моря, баштові млини зводилися з фіксованими дахами, оскільки зміна напряму вітру більшу частину часу була дуже незначною.
Шатровий млин
Шатровий млин є вдосконаленим варіантом баштового млина, де кам'яна вежа замінена дерев'яним каркасом зазвичай восьмикутної форми (існують млини з більшою чи меншою кількістю кутів). Каркас покривався соломою, шифером, листовим металом чи толем. Більш легка конструкція, порівняно з баштовими млинами, робила вітряк більш практичною, дозволяючи зводити конструкцію в районах з нестабільним ґрунтом. Спочатку цей тип млинів використовували як дренажний млин, але пізніше сфера використання значно розширилася.При зведенні млина в забудованих районах вона зазвичай поміщалася на основу з кам'яної кладки, що дозволяло підняти конструкцію над навколишніми будинками для кращого доступу вітру.
Механічний пристрій млинів
Лопаті (вітрила)
Традиційно вітрило складається з каркаса-решітки, на якій розташована парусина. Мельник може самостійно регулювати кількість тканини залежно від сили вітру та необхідної потужності. У середні віки лопаті являли собою ґрати на яких розташовувалась парусина, у той час, як в умовах холоднішого клімату тканина була замінена дерев'яними планками, що перешкоджало заморожуванню. Незалежно від влаштування лопатей, для регулювання вітрил необхідно було повністю зупинити млин.Переломним моментом став винахід у Великій Британії наприкінці вісімнадцятого століття конструкції, яка автоматично пристосовувалася до швидкості вітру без втручання мірошника. Найбільш популярними та функціональними стали вітрила, винайдені Вільямом Кабіттом у 1807 році. У цих лопатях тканину замінили механізмом з'єднаних затворів.
У Франції П'єр-Теофіль Бертон винайшов систему, що складається з поздовжніх дерев'яних рейок, з'єднаних за допомогою механізму, який дозволяв мірошнику відкрити їх під час обертання млина.
У двадцятому столітті завдяки успіхам у літакобудуванні значно підвищився рівень знань у галузі аеродинаміки, що призвело до подальшого підвищення ефективності роботи млинів німецьким інженером Білау та голландськими майстрами.
Більшість вітряків мають чотири вітрила. Поряд з ними існують млини оснащені п'ятьма, шістьма або вісьмома вітрилами. Найбільшого поширення вони набули у Великій Британії (особливо у графствах Лінкольншир та Йоркшир), Німеччині, і рідше в інших країнах. Перші заводи з виробництва вітрил для млинів знаходилися в Іспанії, Португалії, Греції, Румунії, Болгарії та Росії.
Млин з парним числом вітрил має перевагу перед іншими типами млинів, адже при виникненні пошкодження однієї з лопат, можна видалити протилежну їй лопату, тим самим зберігши балансування всієї конструкції.
У Нідерландах під час того, як лопаті млина перебувають у нерухомому стані, їх використовують для передачі сигналів. Невеликий нахил вітрил до головної будівлі символізує радісну подію; у той час, як нахил у протилежний від головного будинку бік символізує скорботу. Вітряки по всій Голландії, були поміщені в позиції жалоби на згадку про голландські жертви авіакатастрофи малазійського Боїнга в 2014 році.
Млиновий механізм
Шестерні всередині млина передають енергію від обертального руху вітрил до механічним пристроям. Вітрила закріплені на горизонтальних валах. Вали можуть бути повністю виготовлені з дерева, дерева з металевими елементами або повністю з металу. Гальмівне колесо встановлюють на валу між переднім та заднім підшипниками.Млини використовувалися для здійснення багатьох промислових процесів, наприклад для обробки насіння олійних культур, вироблення вовни, фарбування виробів та виготовлення виробів із каменю.
Поширення млинів
Загальна кількість вітряків у Європі, за оцінками експертів, досягала кількості близько 200 000 за часів найбільшого поширення цього типу пристроїв, ця цифра є досить скромною порівняно з приблизно 500 000, що існували в той же час. Вітряки отримали поширення в тих регіонах, де було занадто мало води, де річки замерзали взимку і в рівнинних регіонах, де потік річок були занадто повільними, щоб забезпечити необхідну потужність для роботи водяних млинів.З приходом промислової революції важливість вітру та води як основні промислові джерела енергії знизилася; в кінцевому підсумку велика кількість вітряків і водяних коліс було замінено на парові млини та млини, оснащені двигунами внутрішнього згоряння. Разом з тим, вітряки, як і раніше, залишалися досить популярними, їх продовжували будувати до кінця 19-го століття.
У наші дні вітряки часто є конструкціями, що охороняються, оскільки була визнана їх історична цінність. У деяких випадках старовинні млини існують в якості статичних експонатів (коли стародавні машини занадто крихкі, щоб привести їх у рух), в інших випадках, як повністю робочі експонати.
З 10 000 вітряків, що використовуються в Нідерландах у 1850-х роках, близько 1000 млинів досі перебувають у робочому стані. Більшість вітряків нині обслуговується добровольцями, хоча деякі мірошники досі працюють на комерційній основі. Багато дренажних млинів існують як резервний механізм для сучасних насосних станцій. Регіон Заан в Голландії був першим промисловим регіоном світу, в якому до кінця 18 століття функціонувало близько 600 вітряків. Економічні коливання та промислова революція мала значно більший вплив на вітряки, ніж на інші джерела енергії, це призвело до того, що лише деякі з них вдалося зберегти до наших днів.
Будівництво млинів було поширене на території Капської колонії у Південній Африці у 17 столітті. Але перші баштові млини не пережили шторми на мисі півострова, тому в 1717 було вирішено побудувати більш міцний млин. Майстри, спеціально надіслані Голландською Ост-Індською компанією, завершили будівництво до 1718 року. На початку 1860-х років, Кейптаун міг похвалитися 11 млинами.
Вітряні турбіни
Вітряна турбіна по суті є вітряком, структура якого спеціально розроблена для вироблення електроенергії. Її можна розглядати як наступний крок у розвитку вітряка. Перші вітряні турбіни були побудовані наприкінці дев'ятнадцятого століття професором Джеймсом Блітом у Шотландії (1887 р.), Чарльзом Ф. Брашем у Клівленді, штат Огайо (1887-1888) та Полем ля Куром у Данії (1890-і). Млин Поля ля Кура, починаючи з 1896 року, виконував функції електрогенератора в селі Аскові. До 1908 налічувалося 72 вітряних електрогенератора в Данії, з потужністю в межах від 5 до 25 кВт. До 1930-х років вітряки набули широкого поширення на фермах у Сполучених Штатах, де їх використовували для вироблення електроенергії, у зв'язку з тим, що ще не були встановлені системи передачі та розподілу енергії.Сучасна вітроенергетична промисловість розпочалася у 1979 році із запуску серійного виробництва вітрових турбін датськими виробниками Kuriant, Vestas, Nordtank та Bonus. Перші турбіни були невеликими за сьогоднішніми мірками, потужністю 20-30 кВт кожна. З того часу турбіни комерційного виробництва були значно збільшені у розмірах; Турбіна Enercon E-126 здатна забезпечити надходження до 7 МВт енергії.
З початком 21-го століття, спостерігається зростання занепокоєння населення щодо енергетичної безпеки, глобального потепління та виснаження викопного палива. Все це зрештою призвело до збільшення інтересу до різноманітних видів відновлюваних джерел енергії та посилило інтерес до вітрових турбін.
Вітряні насоси
Вітряні насоси використовувалися для перекачування води на території сучасних Афганістану, Ірану та Пакистану, починаючи з 9-го століття. Використання вітряних насосів набуло широкого поширення у всьому мусульманському світі, а потім поширилося на територію сучасного Китаю та Індії. Вітряні насоси використовувалися в Європі, особливо в Нідерландах та областях Східної Англії Великобританії, починаючи від Середньовіччя і далі, при осушенні землі для сільськогосподарських робіт або будівельних цілей.Американський вітряний насос або вітряний двигун був винайдений Даніелем Халадеєм в 1854 році і використовувався в основному для підйому води з колодязів. Більші версії вітряного насоса також використовувалися для таких завдань, як розпилювання деревини, подрібнення сіна, лущення та розмелювання зерна. У Каліфорнії та деяких інших штатах, вітряний насос був частиною автономної системи з видобутку господарсько-побутової води, яка також включала ручний колодязь та дерев'яну водонапірну вежу. Наприкінці 19-го століття сталеві лопаті та вежі замінили застарілі дерев'яні конструкції. На піку свого розвитку в 1930 році, за оцінками експертів, близько 600 000 вітряних насосів знаходилися у використанні. Виробництвом вітряних насосів займалися такі американські компанії, як Pump Company, Feed Mill Company, Challenge Wind Mill, Appleton Manufacturing Company, Eclipse, Star, Aermotor та Fairbanks-Morse, згодом саме вони стали основними постачальниками насосів у Північній та Південній Америці.
Вітряні насоси широко використовуються на фермах та ранчо у Сполучених Штатах, Канаді, Південній Африці та Австралії у наші дні. Вони мають велику кількість лопатей, що дозволяє їм обертатися з більшою швидкістю при слабкому вітрі та уповільнювати рух до необхідного рівня при сильному вітрі. Такі млини піднімають воду для потреб комбікормових заводів, лісопильних заводів та сільськогосподарських машин.
В Австралії компанія Griffiths Brothers займається виготовленням вітряків під назвою "Southern Cross Windmills" починаючи з 1903 року. Сьогодні вони стали незамінною частиною австралійського сільського сектора завдяки використанню води Великого артезіанського басейну.
Вітряки в різних країнах
Вітряні млини Голландії
У 1738 - 40 роках у голландському містечку Кіндердейк було збудовано 19 кам'яних вітряків для захисту низин від затоплення. Вітряки перекачували воду з території, розташованої нижче рівня моря в річку Лек, яка впадає в Північне море. Крім перекачування води, вітряки використовувалися для вироблення електрики. Завдяки цим млинам Кіндердейк у 1886 році став першим електрифікованим містом у Нідерландах.
Сьогодні воду з позначки нижче за рівень моря в Кіндердейку перекачують сучасні насосні станції, А вітряки в 1997 році були внесені до списку об'єктів світової спадщини Юнеско.
