Прототип современных европейских ветряных мельниц впервые упоминается в источниках под 1143 г. В отличие от своих восточных предшественниц, эта мельница уже имела вертикально стоящее колесо с лопастями, которое можно было вручную поворачивать на оси в зависимости от направления ветра. Первая засвидетельствованная в Западной Европе мельница такого типа крутилась в 1180 г. во Франции.

Ранние типы мельниц

Древнейший тип ветряной мельницы — козловая, названная так по врытым в землю козлам, придававшим сооружению устойчивость. Закрепленную на них деревянную крышу можно было поворачивать, приспосабливаясь к направлению ветра. Поворачивали ее с помощью специального рычага, крепившегося на задней стенке и свисавшего почти до земли. Колесо имеет, как правило, четыре крыла, расположенных в верхней части мельницы. К слегка наклонному крыльчатому валу крепится большое зубчатое колесо, передающее движение вертикальному валу, который, в свою очередь, поворачивает жернов.

В XIII-XIV вв. в Средиземноморье появились так называемые башенные мельницы, отличавшиеся большей производительностью и распространившиеся от юго-западной Франции до северозападных окраин Европы. Такая мельница представляет из себя неподвижную башню, так что ее крылья нельзя повернуть по ветру.

Всегда в правильном положении

В начале XV в. вошла в употребление новая конструкция: голландская шатровая ветряная мельница, которую уже не надо было поворачивать по ветру целиком. На неподвижной башне крепилась вращающаяся крыша, а ветряное колесо поворачивалось в горизонтальной плоскости. Такие мельницы можно было делать выше, чем старые козловые. Благодаря этому они улавливали больше ветра и обладали большей производительностью. Однако это не всегда радовало людей, чью рабочую силу с лепдастью заменяли новые конструкции. В 1581 г. нидерландские ремесленные цеха протестовали против конкуренции техники.

В эпоху паровых машин ветряные мельницы почти исчезли. Вместо них появились ветряные моторы с большим количеством крыльев на колесе: их использовали как насосы для орошения полей. В 1930 г. у них появилась новая задача: ветряные генераторы впервые стали вырабатывать электрический ток. Сейчас это использование силы ветра — одно из важнейших.

• 1772 г.: шотландец Эндрю Мейкл изобрел мельничные крылья со шторками, которые открывались в случае бури, предохраняя колесо от повреждения.
• 1925 г.: француз Ж. Дарье изобрел ротор с вертикальной осью, который улавливает ветер, откуда бы он ни дул.
• 1957 В на датском острове Фальстер установлена станция мощностью 200 кВт. прототип современного ветряного турбогенератора.

Пейзаж с ветряными мельницами нам более знаком на полотнах европейских мастеров живописи восемнадцатого-девятнадцатого века.

Сейчас множество работающих ветряных мельниц можно увидеть только в Нидерландах. Правда, они там вовсе не муку мелют, хотя есть и такие. Они откачивают воду из одних каналов в другие. Как же была устроена ветряная мельница? Увидеть это можно разве что в Прибалтике и самих Нидерландах. Первое, что нужно сделать, чтобы она хорошо работала, - поймать ветер. Для этого ее крышу разворачивали в нужном направлении с помощью специального колеса и рычага. Колесо как раз и было связано с крышей. Когда крыша достигала требуемого положения, колесо стопорили специальной цепью. Затем отпускали специальный тормоз, и крылья мельницы начинали вращаться, сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Вал, на котором крепились крылья, через деревянные передавал вращение на главную вертикальную ось.

Применение.

Далее устройство ветряной мельницы могло быть разным. С ее помощью откачивали воду, отжимали масло из семян, даже изготавливали с ее помощью бумагу и пилили лес, ну и, конечно, мололи муку. Мельница для муки делала свою работу с помощью все тех же каменных жерновов. С появлением парового и других видов двигателей она, можно сказать, утратила свое значение для промышленности. Но в наше время, когда люди учатся беречь энергию и природу, ветряная мельница возродилась в другом качестве, как дешевый и экологичный источник электроэнергии. Сотни ветряков, ее правнуков, работают в Голландии, Нидерландах и Германии. В США, Канаде и Австралии отдаленные фермерские хозяйства с успехом используют ветровые генераторы для производства электричества для нужд дома и хозяйства.

Декоративный элемент. Его строительство.

Сегодня ветряная мельница получила популярность в качестве декоративного элемента приусадебного хозяйства. Сделать ее несложно. Такая мельница, своими руками собранная возле загородного дома или дачи, украсит любой уголок сада. Начинается работа с изготовления фундамента. Роется яма на глубину 70 см, и закладывается кирпичный фундамент. Из 50х50 сваривается каркас по размерам 80х120х270. Каркас обшивается брусом 40х40. Можно конструкцию сверху обшить вагонкой. Каркас устанавливается на фундамент. Древесину сверху покрывают защитной пропиткой в несколько слоев. Изнутри корпус утепляется пенопластом и фанерой. Далее выполняется крыша. На стропила крыши стелется сплошная обрешетка, которая затем укрывается рубероидом в два слоя. На рубероид укладывается кровельный материал. Затем собирается механизм. Подбирается и устанавливается ось и два подшипника. Собираются лопасти из деревянных планок с сечением 20х40мм, которые скрепляются с помощью саморезов. Лопасти устанавливаются на ось. Верхняя часть фундамента также обшивается брусом. Внутреннее помещение можно использовать для хранения, например,

Как друг на друга повлияли три элемента древнейших технологий человечества: колесо, гончарный круг и жернова? Но совершенно однозначно, что уже в эпоху позднего неолита c этих трёх приспособлений и начиналось то, что мы называем «прогрессом». Об арбалетах, дверных замках и часах ещё никто и не задумывался, а жернова уже вертелись. Ещё в древнейшие времена растирание зерна в муку стали выполнять на вращающихся один относительно другого жерновах. Довольно долго они продолжали крутиться, благодаря усилию человеческих рук. Возможно, применение механической силы оказалось впервые востребовано в производстве муки потому, что очень уж этот труд монотонен и непроизводителен. Величайшим открытием в истории человечества, сопоставимым, пожалуй, только с умением пользоваться огнём, стало применение для работы механического устройства силы, отличной от мускульной. Вода и ветер - вот что впервые призвано на помощь. Как происходил процесс превращения зерна в муку? По лежащему горизонтально нижнему жернову двигался вращательно верхний жернов, имеющий отверстие в середине. В это отверстие засыпали зерно. Оно перетиралось в муку по мере продвижения к внешнему краю. Для облегчения процесса помола на жернова наносились радиальные прямые или спиралевидные канавки. Установить тяжеленные каменные круги вертикально тогда было невозможно, да и как к ним подводить тогда зерно для помола? Вал, который передаёт к верхнему камню усилие, располагался вертикально.

Один из самых ранних типов мельниц. Ротор (вращающаяся часть) ветряка расположен на вертекальной оси и его вал непосредственно соединенён с верхним жёрновом.
Ветроулавливающие стены направляют поток воздуха на половину ветряка, и заставляют его вращаться. Такие мельницы известны с VII века нашей эры и впервые, возможно появились в Персии. Макет из Немецкого музея (Модель в масштабе 1:20. Инв № 79235) воспроизводит персидскую мельницу XVIII в.

На больших жерновах к нему прикрепили рычаги, которые толкали работники, обходя жернов по кругу. Потом в рычаги впрягли животных. В тот момент, когда вместо рабов и животных стали использовать паруса, родился один из первых в истории человечества механический привод. Ветер вращал конструкцию из нескольких полотнищ, закреплённых на спицах гигантского колеса. И она приводила в движение верхний жернов. Никаких передач, и, следовательно, потерь мощности: прото-ротор работал при любом направлении ветра. Аналогичная схема встречалась и в Персии. Только там мягкие паруса были заменены жесткими деревянными лопастями, вся конструкция вытянулась в высоту, а сооружение было дополнено стенами для направления ветра. Такая мельница была несколько производительнее, но, к сожалению, она работала только при определенном направлении и силе ветра. И тут уместно вспомнить, что одновременно с ветровым приводом уже существовало водяное колесо, но оно вначале не использовалось для помола, а только для подъёма воды при искусственном орошении в земледелии. Для того, чтобы сила воды смогла привести в движение жернова необходимо было изобретение угловой передачи, позволявшую поворачивать рабочий вал под прямым углом. Такие сложности были неизбежны по тому, что ни поставить жернова на ребро, ни расположить колесо, приводимое силой падающей воды, горизонтально не удавалось. И как только с задачей поворота усилия справились, водяные колёса стали вращать жернова. В период поздней античности такие конструкции были довольно хорошо проработаны. Водяные мельницы широко распространилось в Европе и благополучно пережив крах Римской империи продолжали использоваться и в средневековье. Где то на юге Европы в начале второго тысячелетия нашей эры впервые «скрестили» привод водяной мельницы с ветряком, создав тот самый образец, который просуществовал с начала XII века до начала века XX.

Несмотря кажущуюся простоту конструкции и солидную давность изобретения, пирамида знаний и технологий, на вершине которой оказалась первая механическая мельница с ветровым приводом, была уже довольно велика. Здесь были и знания об обработке металлов, без которых нельзя сделать инструменты для работы с деревом, и колесо, а также его производная - ещё примитивная, но уже работающая передача из штифтовых и цевочных колёс, и керамика, аэродинамика (пока на уровне экспериментов и догадок, но…) и даже знания о погоде и преобладающих ветрах, т. е. зачатки метеорологии. Первые ветряные мельницы относились к башенным и не имели механизма поворота ветряка. Сам ветряк представлял собой мягкую конструкцию из косых парусов, натянутых на спицы колеса-реи. Позже паруса сменились лопастями. Домик-башня вместе с жерновами, механизмами, ветряком и мельником (как на картине Яна Брейгеля Старшего) стал поворачиваться на ветер. Возможно, что в народный фольклор в виде «избушки, что поворачивается к лесу задом, ко мне передом» вошла именно такая мельница. Козловую конструкцию, на которую опиралась мельница, назвать иначе, чем «куриной ногой», просто невозможно. В России такую мельницу называли столбовка, или немецкая мельница. Со временем столбовка сменилось устройством для поворота только шатра с ветряком. В этом случае поворот на ветер выполнялся намного легче. Неподвижную башню стали делать более прочной - каменной или кирпичной, что повышало срок эксплуатации и устойчивость к воздействию стихии. Мельницы, постепенно совершенствуясь, исправно мололи, пилили, толкли и перетирали до начала XX века. Только в Германии в 1910 году насчитывалось 22 000 ветряков, к 1938 году их осталось только 4500. После Второй мировой ветряные мельницы практически не использовались. Александр Иванов

Водяное колесо - первый в истории человечества механический привод. вода по специальному желобу подводится к колесу сверхи и своим весом заставляет его вращаться. Такие колёса использовались в горной промышленности в качестве привода лебёдок и подъёмниеов. При расходе воды примерно 50 л/сек. колесо развивает до 1,3 КВт мощности. Первые колёса появились ещё в Месопотамии 3000 лет назад и использовались для орошения. Два тысячелетия назад их стали применять на на водяных мельницах. Один из самых ранних типов мельниц. Ротор (вращающаяся часть) ветряка расположен на вертекальной оси и его вал непосредственно соединенён с верхним жёрновом. Ветроулавливающие стены направляют поток воздуха на половину ветряка, и заставляют его вращаться. Такие мельницы известны с VII века нашей эры и впервые, возможно появились в Персии. Макет из Немецкого музея (Модель в масштабе 1:20. Инв № 79235) воспроизводит персидскую мельницу XVIII в. Башенная мельница. Хотя макет в немецком музее (Масштаб 1:20. Инв. №79227) повторяет мельницу с острова Крит 1850 года постройки, мельницы с ветряком, оснащённым парусами появились в средиземноморском регионе в начале первого тысячелетия нашей эры. Сложная пространственная конструкция ветряка со спицами-реями, на которых закреплены паруса. Верёвочные растяжки воспринимают осевую ветровую нагрузку и делают всю конструкцию простой и надёжной. Ян Брейгель Старший. Дорога после наводнения, 1614
Однако идея приспособить к работе энергию ветра не умерла. В 2012 году ветроэлектростанции всего мира выработали 430 тераватт-часов (2,5% всей произведённой человечеством электрической энергии). Их суммарная мощность достигает 283 гига­ватт, что составляет около ¾ мощности всех атомных электростанций планеты. В Дании, например, треть всей электроэнергии вырабатывается ветряками, а Германия к 2020 году намеревается довести выработку до 20% от общего энерго­потреб­ления, а к 2030 - до половины от всего объёма.

Прошло немало времени, пока человек научился получать муку из выращенного им зерна. Самыми первыми приспособлениями для измельчения зерна были каменная ступка и пестик. Позже зерно стали перетирать, благодаря такому методу мука была лучше. От движения терки вперед-назад перешли к вращению. Плоский камень, перетирая зерно, вращался по плоскому блюду из камня. Заставив один камень в процессе вращения скользить по другому, человек изобрел жернов. В середине верхнего камня имелось отверстие, куда подсыпалось зерно. Попадая между верхним и нижним камнем, зерно при вращении перетиралось в муку. Так была изобретена ручная мельница , широко распространенная в Риме и Древней Греции. Мельницы были разных размеров, большие мельницы вращались с помощью рабов или ослов.

Со временем возникла необходимость в изобретении такой машины, которая бы работала без использования силы животного или человека. Такой машиной стала водяная мельница , но ее изобретению и использованию предшествовало изобретение водяного двигателя. Уже в глубокой древности человек изобрел машину, с помощью которой он черпал воду из реки и поливал свои земли. Такая поливальная машина (чадуфон) состояла из ряда черпаков, закрепленных на ободе большого колеса, имевшего горизонтальную ось. При вращении колеса нижние черпаки опускались в реку и, наполненные водой, поднимались вверх, где опрокидывались в желоб в самой верхней точке колеса.

В местах, где вода течет быстро, стали устанавливать колеса со специальными лопатками, которые под напором воды начинали вращать , а то, в свою очередь, черпало воду уже без усилий человека. Изобретение простого и надежного водяного двигателя имело огромное значение для дальнейшего развития техники. Люди быстро поняли, что вращение водяного колеса можно использовать не только для черпания воды, но и для других целей, например, перемалывать зерна. В местах, где скорость течения невелика, реку стали запруживать, поднимая уровень воды и направляя струю по специальному желобу на лопатки колеса.

Теперь, когда был изобретен водяной двигатель, необходим был передаточный механизм, который бы не только передавал, но и преобразовывал вращательное движение. И здесь была использована идея колеса. Если взять два колеса, плотно соприкасающихся ободьями, с параллельными осями вращения, и одно из них (ведущее) начать вращать, то из-за трения между ободьями начнет вращаться и второе колесо (ведомое). Расстояние, которое пройдет каждая из точек, лежащих на ободьях этих колес, будет одинаковым. Из двух связанных между собой колес большое колесо будет делать во столько раз меньше оборотов, во сколько его диаметр больше, чем диаметр меньшего колеса. Это означает, что при использовании системы из двух колес разного диаметра, мы не только передаем, но и преобразовываем движение. Использование гладких колес было неудобно, так как сцепление между ними было не очень жестким и колеса проскальзывали. Со временем гладкие колеса заменили на зубчатые. Изобретение водяного двигателя, создание передаточного механизма, преобразовывающее вращательное движение, способствовали появлению водяной мельницы.

Известный механик и архитектор Древнего Рима Витрувий первым детально описал устройство водяной мельницы, состоящей из трех основных составных частей: двигательного, передаточного и исполнительного механизмов. Водяная мельница была первой машиной, которая нашла широкое применение в производстве, стала первым шагом на пути к машинному производству.

Античность

Китайская мельница

Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чем свидетельствует кодекс царя Хаммурапи. Описание органа, 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 связан с осью, мельница не будет вращаться.

Еще один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайская мельница или китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса.

Средневековье

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.

Мельница-башня с фиксированной крышей, Испания

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.

Новое время

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. 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, строились типичные мельницы-башни, с ровной конической крышей и, как правило, фиксированной ориентацией.

Лесопильный завод-музей под открытым небом, Нидерланды

Когда в XIX веке произошел общеевропейский экономический скачок, наблюдался и серьезный рост мельничной промышленности. С появлением множества независимых мастеров произошел единовременный рост числа мельниц.

В России ветряные мельницы традиционно использовалась для помола зерна или подъёма воды. Современные ветряные электростанции обеспечивают электроэнергией небольшие хозяйства и предприятия.