Главная > Ветряные мельницы

Ветряные мельницы

Никаких бы мельниц, наверное, не было, если бы не насущная потребность в хлебе. В древности для получения муки израильтяне, как и другие народы, мололи съедобные зерна «в жерновах». Работа на ручной мельнице была нелегкой. Постепенно вошли в обиход более тяжелые жернова, которые «вращались ослом» или другим животным. Но и у мельниц, приводимых в движение животными, были свои недостатки.

МельницыК тому времени человек уже научился использовать энергию воды, чтобы вращать водяное колесо, и энергию ветра, чтобы плавать на парусной лодке. А примерно в VII веке н. э. в засушливых степях Азии или Ближнего и Среднего Востока объединили эти две идеи, заставив ветер вращать жернов. Так, из жернова выходил вертикальный вал с парусами, который поворачивался, когда дул ветер. С помощью таких простых ветряных мельниц мололи пшеницу или ячмень, а также качали воду из-под земли. Правду говорят, что нужда ум острит!

Те ранние мельницы с парусами на вертикальном валу не отличались высокой производительностью. Но она сильно возросла с пониманием того, что больше энергии производится, когда лопасти или паруса крепятся к горизонтальному валу, выходящему из башни. Горизонтальный вал посредством зубчатых колес сообщал вращательное движение вертикальному валу, который поворачивал прикрепленный к нему жернов. Это изменение позволило использовать энергию ветра в большей мере. Теперь мельницы могли приводить в движение мощные механизмы, например циркулярные пилы.

Но какую бы работу ни выполняли при помощи мельницы, необходима непрерывная подача энергии. А у ветра есть существенный недостаток: он часто меняет направление. Как же добиться того, чтобы крылья мельницы были всегда расположены с учетом направления ветра? И вот придумали мельницы на ко́злах, или «столбовки». Эти мельницы покоились на столбе, подпертом балками, что позволяло поворачивать весь мельничный амбар, устанавливая крылья против ветра.

По понятной причине «столбовки» не могли быть очень большими, и тогда придумали другую конструкцию: неподвижную башню с вращающейся крышей. В мельницах такого типа главный вал выходит из крыши, благодаря чему, куда бы ни дул ветер, ее вместе с крыльями-парусами можно развернуть против ветра. А как мельнику удавалось поворачивать крышу вместе с валом, крыльями и тормозным устройством? На фотографии мельницы в испанском городе Картахена можно заметить сзади выходящую из крыши балку, которая упирается в землю. Это не опорная балка, как может показаться, а рычаг. Такой рычаг, или «водило», позволял усилиями людей или животных поворачивать лопасти мельницы навстречу ветру.

У других мельниц есть что-то наподобие пропеллера — ветряное колесо, установленное на противоположной от крыльев стороне крыши. Такое колесо нужно для того, чтобы крылья-паруса автоматически разворачивались в нужном направлении. Как это происходит? Допустим, что крылья мельницы, поймав ветер, сильно раскрутились. Но внезапно ветер изменил направление, и крылья сразу стали вращаться медленнее. Теперь уже ветряное колесо, установленное под прямым углом к крыльям, ловит ветер и начинает раскручиваться. Оно приводит в движение механизм, который автоматически поворачивает крышу, так что крылья мельницы всегда оказываются против ветра.

Другая сложность в укрощении ветра состоит в том, что сила ветра постоянно меняется. В древности ветрякам, крылья которых напоминали паруса лодок, было трудно «подстраиваться» под разную скорость ветра. От резкого торможения и вызванного им трения мог вспыхнуть огонь. А сильные порывы ветра приводили к большим повреждениям: ломались крылья, задевая друг друга или врезаясь в мельницу. Иногда отказывали тормоза, в то время как мельник на крыле расправлял мельничный парус, и тогда его подбрасывало в воздух!

Эта проблема решилась в 1772 году, когда шотландский изобретатель заменил паруса на автоматически отрывающиеся и закрывающиеся щитики, похожие на жалюзи. В книге «Ветряные мельницы» говорится: «При сильном порыве ветра давление на щитики превосходит силу пружины, и они открываются, давая ветру „дорогу", от чего движение крыльев замедляется. Когда ветер стихает, щитики под действием пружины закрываются, что увеличивает поверхность крыльев, которые продолжают вращаться примерно с той же скоростью» («Windmills»).

С вращающимися крышами и саморегулирующимися крыльями, мельницы достигли своего расцвета к концу XIX века. В то время мельницы в Европе, по оценкам, вырабатывали 1 500 мегаватт энергии#. Но потом ветра технологических перемен принесли с собой электричество, паровую турбину и двигатель внутреннего сгорания. Ветряные мельницы не могли соперничать с мощными и быстрыми машинами, и казалось, ветру никогда уже не придется раскручивать мельничные крылья. Однако это был не конец.

Топливный кризис 1970-х побудил искать альтернативные источники энергии, позволяющие обходиться без ископаемого топлива. Примерно в то же время стали много говорить о выхлопных газах и других выбросах, загрязняющих атмосферу. Начался поиск экологически чистых источников энергии. Тут сама идея ветряной мельницы предстала в новом свете, и началось широкое производство ветротурбин.

Современные ветряки «стройнее», чем их предшественники. Это потому, что в отличие от мельниц прошлого ветротурбины, как правило, не приводят в действие механизм наподобие мельничного. Турбины преобразуют энергию ветра в электрическую энергию, впоследствии поступающую в местную электросеть. К 1988 году новые ветряки производили в Европе 1 500 мегаватт энергии — столько же, сколько их предшественники столетие назад.

Высокие, отливающие серебром ветряки, возвышающиеся на вершинах холмов, изменили сельский пейзаж. Хотя ветроустановки не всегда изящны, большинство людей согласны, что не очень красивый вид — это ничто по сравнению с десятками тысяч мегаватт экологически чистой энергии, которую по всему миру вырабатывают ветротурбины. Они играют большую роль в общем стремлении людей сделать так, чтобы выделялось меньше парниковых газов,— это принесло бы пользу всем.