Декоративна млин: варіанти виготовлення вітряних і водяних, конструкція, креслення

Зміст

  • У чому заковика?
  • Яку робити?
  • Вітряна
  • Пробуємо водяну
  • Будьте обережні!
  • Млин, мабуть, найдавніший з відомих механізмів. Борошномельні млини точно застосовувалися в Нововавилонском царстві (це кінець II – початок I тисячоліття до н. е..), а трохи пізніше оригінальні вітряні млини були винайдені в Китаї (див. далі). Млин здатна пожвавити і прикрасити самий сумний пейзаж, а її декоративна модель додасть особливу принадність і зовсім маленькому присадибній ділянці, див. рис. нижче. Робиться декоративна млин своїми руками без серйозних ускладнень, але її естетичний ефект часто виявляється багато менше очікуваного. І справа тут не в якості роботи майстра – це як раз той випадок, коли естетика майже повністю визначається видом технічної реалізації. Про що і написана ця стаття.

    Виробничі млина та їх декоративні моделі

    У чому заковика?

    Декоративна млин дає естетичний ефект слід. причин (у порядку зростання його величини і убування очевидності):

    • Пам’ять тисячоліть. Це не метафора. За свою історію млин обросла товстої культурної оболонкою, викликає у мало-мальськи підготовленого глядача численні асоціації. Один Дон Кіхот чого вартий. Змусив би його Сервантес воювати з курником – і ми побачили б у ньому нез’ясованої романтику.
    • Млин технічно може бути реалізована тільки в монументальному архітектурній споруді, причому для технічно досконалою млини воно повинно бути вишуканої форми, що диктується аеродинамікою.
    • Головний секрет естетики млини криється в динаміці, в обертанні ротора. Вода краса природи тому, що по єству своєму рухлива. Млин пожвавить і прикрасить самі, пробачте, сороміцькі задвірки тому що махає крилами.

    Примітка: китайська вертикальна вітряк (див. рис. праворуч) не вимагає для протидії натиску вітру капітальної опори. До подібної конструкції приходили і інші народи старовини, але у них не було такого незамінного в ті часи матеріалу як бамбук. В Японії бамбука предостатньо, але в надлишку і дрібних швидких водних потоків, придатних для пристрою більш простий, довговічною і постійно діючої водяного млина нижнього бою (див. далі і, можливо, «Сім самураїв» Куросави). Тому безбашенні вертикальні вітряні млини застосовувалися тільки в Стародавньому Китаї і частково в Індокитаї.

    Техніка виробнича і декоративна

    Для виробничої млини визначальне значення має коефіцієнт використання вітру (КІП), аналог ККД. Параметри чутливості до вітру (ЧВ) або потоку (ПП) в специфікаціях «справжніх великих» млинів не шукайте – він там просто не потрібен. ПП/ЧВ це мінімальна швидкість потоку, що набігає на ротор (колесо) млини, при якому він починає обертатися без навантаження, вільно, сам по собі. Але адже промислова млин повинна приводити в рух виробниче обладнання. Наприклад, ротор вітряка діаметром 12 м вітру 8 м/с розвиває потужність на валу ок. 10 кВт. Якщо швидкість вітру впаде вдвічі, до 4 м/с, потужність на валу впаде вдесятеро, до прим. 1 кВт, і залежить це від властивостей потоку повітря. Трохи вітер ослаб ще – і колесо просто не проверне жорно, не штовхне пилу або поршень насоса. І до чого тоді НП/ЧВ? Потрібно домагатися найбільшого КІП.

    Декоративна млин для саду, дачі, присадибної ділянки – приклад протилежності. У її ротора немає механічного навантаження, крім тертя у вузлі обертання (див. далі), і КІП для млина – забави і прикраси – параметр третьорядне. Зате, якщо легкий вітерець приємно холодить обличчя, листя під ним тремтить і скатертину столу під навісом колишеться, а млин стоїть, її естетичний ефект зменшується або навіть звертається в негативний. Тому для декоративної млини головний параметр – ЧВ/ПП; її колесо має добре крутитися при вітрі 2-2,5 м/с або швидкості потоку води від 0,25-0,3 м/с. Варіант млини з мікромотором, що обертає колесо, безумовно неестетичний: вітряк має крутитися по швидкості і напрямку вітру, а у водяній повинна бути видна природна причина обертання колеса.

    Примітка: якщо водяна декоративна млин верхнього бою (див. далі), її колесо повинно обертатися, коли вода буквально сочиться по краплях з жолоба.

    При будівництві декоративної млини справа спрощується тим, що відбору потужності на валу ротора немає, а мінімізувати тертя в його сайті обертання сучасними технічними засобами нескладно і недорого. Але для вітряка багато ускладнюється тим, що з пропорційним (лінійним) зменшенням розмірів ротора ометаєму їм площу падає по квадрату. А ще більше ускладнюється тим, що у самої землі (підстильної поверхні) потік повітря сильно скошений і турбулизирован, в результаті чого величина несомой одиницею його обсягу енергії падає в десятки разів; тут може виручити тільки використання почав аеродинаміки. Для водяного млина ці закономірності виражені слабше, але все ж мають місце, так що і гідродинаміки не можна нехтувати.

    Яку робити?

    Декоративна вітряк по естетиці і в статиці перевершує водяну (див. рис.), а в динаміці перевершує її багато разів просто тому, що видимого руху в ній більше. Побудувати декоративну модель вітряка в загальному простіше, ніж водяний, але діяти вона буде тільки при вітрі; млин-вентилятор з моторчиком з естетики не варіант, див. вище.

    Декоративні млинки — водяний і вітряний

    Водяний млин – прикраса ділянки – буде незалежній тільки якщо його зона відпочинку на ухилі (що вже незручно) і там є природне джерело або потік води (ключ, джерело, струмок, ліворуч на мал.), що взагалі малоймовірно. В іншому випадку вам доведеться самому зробити ухил, спорудити штучну водойму з струмочком (каскадом, фонтаном) і витрачати електрику на перекачування води; про оздоблення водяним млином альпійської гірки зі струмочком див. ролик:

    Відео: приклад декоративної водяний млини

    Зате, по-перше, естетичний ефект декоративної водяний млини майже не залежить від погоди, лише б була плюсова температура, а в спеку млин буде освіжати повітря; правда, при цьому зросте витрата води на випаровування. В цілому ж естетика водного потоку з млином може істотно перевершувати таку вітряка, але і праць/витрат це буде коштувати багато великих.

    Вітряна

    Із зазначених причин для прикраси зон відпочинку особистих господарств використовують найчастіше вітряні млини, готові покупні (недешево, до речі) або саморобні, див слід. рис. Але в тому і іншому випадку виявляється, що естетичний ефект млини на своїй землі багато менше очікуваного або видимого в рекламному проспекті. Причина вказана вище – низька ЧВ/ПП млини. Щоб її підвищити, доведеться спершу звернутися до речей суто прозаїчним.

    Декоративні вітряні млини

    Примітка: приклади прикраси саду вітряками див. в сюжеті нижче:

    Відео: 30 прикладів декору саду вітряками

    Аеродинаміка

    Зі сказаного вище ясно також, що головна причина, що заважає підвищити ЧВ декоративної вітряка, криється у властивостях приземного потоку повітря. Змінити їх не в змозі, але використовувати повною мірою можемо.

    Спосіб певною мірою компенсувати скіс набігаючого потоку будівельники «справжніх великих» вітряних млинів винайшли давно – це зворотний йому скіс осі обертання ротора, поз. 1 і 2 на рис.:

    Аеродинаміка ротора вітряного млина

    У великих млинах його беруть у межах 2-12 градусів залежно від умов місцевості. Для малої декоративної млини, тим більше що вона буде стояти не на гладкому голому камені, краще дотримуватися меж 8-12 градусів. Менше значення – для млина заввишки 1,5-1,7 м; більше – для її висоти 40-50 см; проміжні обчислюються лінійної інтерполяції (пропорційним розподілом). Куті скосу 12 градусів відповідає нахил осі ротора прим. на 1/4 його довжини; 8 градусів – прим. на 1/7. Точно нескладно прорахувати по тангенсу. Тобто, якщо, напр., довжина осі ротора 50 см, а необхідний кут його скосу 10 градусів, то беремо: tg10 grad = 0,176. 1/0,176 = 5,6. 50/5,6 = 8,9, тобто передній (зустрічний потоку) кінець осі ротора потрібно підняти на 9 см і соотв. чином зробити вузол його обертання, див. далі.

    Старовинна вітряк у гранчастою вежі

    Набігаючий потік повітря скошений не тільки по напрямку, але і по швидкості (див. знову поз. 1 на рис.); власне, другим і обумовлено перше. Усунути швидкісний скіс потоку ми не можемо, але його посилює відображення вітру від будови (корпусу, башти) млини. Тому вежі вітряних млинів здавна роблять гранованими (див. рис. справа) або круглими, тобто обтічними в горизонтальній площині; нехтувати цим умовою для малих декоративних млинів не слід, оскільки відбиття потоку ЧВ знижує ще більше, ніж КІП.

    Потім, колесо вітряка ні в якому разі не пропелер літака або ротор швидкохідного вітроагрегата. Вітряк – тихохідний вітряк, тобто лінійна швидкість кінців лопатей її ротора порівнянна або менше швидкості набігаючого потоку. Тому їх аеродинаміка проста і тяга лопаті визначається майже націло різницею тисків на її лобової (передній, навітряного) і задній (тіньовий) сторони (площинах), поз. 3 на перед. рис.

    Примітка: хто знайомий з аеродинамікою не з чуток – в розрахунках ротора вітряка за характерний фізичний розмір в числі Рейнольдса Re береться поперечник (ширина) лопаті.

    Звідси випливає сприятливий для будівельників вітряних млинів обставина: ретельно згладжувати і профілювати лопаті тихохідного вітряка немає потреби. По-перше, гладка обшивка лопатей необхідна тільки на їх лобовій площині (поз. 4), а тіньова може бути якою завгодно, це спрощує конструкцію (набір) лопатей і виготовлення ротора. По-друге, лопаті бажано зігнути назустріч потоку, але млин це позбавить значної частини естетики – справжні-то млина з коритоподібними лопатями не будувалися. З поперечно вигнутими лопатками можна, не піклуючись про естетику, спорудити з пляшок вітряк-тріскачку від крота на ділянці, див. відео:

    Відео: виготовлення лопатей з пластикової пляшки

    Примітка: мах на поз. 4 це не фізик Ернст Мах і не число його імені, а лонжерон (головний несучий стрижень) лопаті. Іглиці – нервюри, ну, а кромки, передня і задня, вони так і є крайки.

    Полуобтекание

    Лопаті старовинних вітряків робилися з постійним за розмахом зауголиванием на 14-15 градусів (рівнозначний, але неоднозначний термін – заклинение), але «майже націло» вище також можна використовувати для підвищення ЧВ млини (і КІП виробничої), т. к. зародкова колова циркуляція є і у самого тихохідного вітряка. А саме: надати лопаті деяку гвинтову крутку за розмахом, тобто різні кути установки біля кореня і на кінці, і дещо звузити крило лопаті біля кореня, чого вимагає той самий шкідливий Re.

    Креслення полуобтекаемой лопаті вітряка шатрового

    Однак результатом бездумного пропорційного зменшення лопатей ротора досконалої шатрової млини (див. далі), на зразок тих, що на рис. справа, виявляється млин, дуже погано відчуває вітер. Аеродинаміка тонка штука. Наприклад, перші дослідні зразки легендарного МІГ-25 розбилися, загинули досвідчені льотчики-випробувачі – про катапультуванні на швидкості 2,5 М тоді ніхто й подумати не смів. Якби ця машина не випереджала тодішню авіацію на епоху, її б не пустили в серію. Але – довели все-таки, полетіла як треба. А довелося всього зрушити на 140 мм вісь обертання стабілізатора.

    Але повернемося до теми. Розгортка крила полуобтекаемой лопаті вітряної міні-млини, що працює в сильно скошеному і турбулизированном приземному потоці, і настановні кути для неї дані на рис.:

    Креслення полуобтекаемой лопаті декоративної вітряного млина

    Зазначені мінімальні лінійні розміри; їх можна пропорційно збільшити втричі, а відсутні брати з креслення, він в масштабі. Тобто, з таким ротором можна робити млини від міні-настільної (див. далі) до великої, майже у зріст людини. В намет можна і вбудувати міні-генератор зі стабілізатором напруги для підзарядки мобільного – надлишок потужності на валу буде 20-30 Вт. Старовини млини від цього не стане, тому що електроніка всередині і не видно. Махи лопатей – з круглого стержня (краще дерев’яного) діаметром 12-40 мм; іглиці кріпляться і фіксуються на кути установки розтяжками з жорсткої дроту. Обшивка – будь-яка; «для старовини» краще рейкова або з драні або шпону.

    Примітка: млинові вітроколеса з полуобтекаемыми лопатями мають гідність і для виробництва, і для естетики – з підвищенням швидкості вітру зростає роль кругової циркуляції повітря в площині обертання ротора і швидкість його обертання стабілізується, тобто ротор не стане крутитися як скажений, що негарно, а для великого млина і небезпечно.

    Міні-млини з закрилками

    Декоративна вітряна міні-млин доречна на дачі зовсім неестетичною причини – щоб її, вибачте, не поцупили у відсутність господарів. Лопаті роторів міні-млинів роблять найчастіше цельнодеревянному, див. рис., хіба що майстер – досвідчений авиамоделист.

    Декоративні вітряні міні-млини з цільного дерева лопатями

    Але зробити круглу або грановану вежу млини «під старовину» важкувато буде і йому, а хороша ЧВ необхідна і тут. Вихід з цього становища знайшли також ще майстри старого часу за великим млинам з місць, бідних стабільними вітрами достатньої сили: зробити в лопатях ближче до їх задній (сбегающей) кромці поздовжні прорізи, поз. 2 на рис. Вже коли літаки добре полетіли, виявилося, що ці щілини працюють як закрилки. Якщо ви не полінуєтеся і додасте цільним лопат міні-млини хоча б примітивну профілювання (поз. 3; плоска тіньова сторона), то млинок висотою 30 см і з колесом діаметром 20-25 см на хорошому сайті обертання (див. далі) закрутиться і при вітрі в 2-2,5 м/с, а більш слабкий вже і не відчувається.

    Примітка: мінімальні розміри настільної декоративної міні-млини подані на рис.:

     

     

     

     

     

    Чого не треба

    У техніці є загальний принцип, який знайшов відображення і в законах Мерфі: перш ніж щось покращувати, подумай, як би там чого не нашкодити. Отже, за підсумками ввідно-теоретичної частини подивимося, як не треба робити декоративну вітряний млин. Маючи при цьому на увазі і естетичну сторону справи.

    Виріб на поз. 1 рис. – збіговисько всіх недоліків: груба виріб, а ті три рогульки, що стирчать з неї, назвати лопатями ніяк неможливо. Автор(и) млини на поз. 2, ймовірно, взяли за прототип млин з вітрильним ротором (див. далі), не знаючи про її непридатність в даному як для малої декоративною. Крім того, в парусному роторі повинно бути не менше 8-ми лопатей, інакше він буде неефективним.

    Як не треба робити декоративну вітряний млин

    Прототип млини на поз. 3, швидше за все, музейна на поз. 4. Але набір її лопатей голий, щоб уберегти експонат від поломки сильним вітром. Обшивка лопатей скоєних шатрових млинів була знімною; набір лопатей покривався нею частково або повністю по силі вітру і потреби в потужності на валу, див. рис. справа.

    Часткова обшивка лопатей вітряного млина

    Маючи на увазі необхідність для декоративної млини максимальної ЧВ, лопаті не завадило б зашити повністю тканиною, щоб набір просвічував. Це тільки додало б млині респекту і видовищності, т. к. лопаті кращих млинів минулого обтягувалися парусиною, крізь яку набір теж туманів.

    У млині на поз. 5 обшивка на лопаті накладено не з того боку: вона буде з наветра тільки якщо ротор опиниться в вітрової тіні вежі. Що, зрозуміло, ні в якому разі не поліпшить чутливості ротора до вітру. І, нарешті, виріб на поз. 6 з ротором то крильчатки кімнатного вентилятора, то гребного гвинта від електромотора надувного човна, млином просто не виглядає – замість естетики в даному випадку вийшов абсурд.

    Вибираємо прототип

    Тепер визначимося, якого типу справжню млин потрібно взяти за прототип. Враховуючи також естетичне значення і умови роботи декоративною.

    Монументальна будова, в якому розміщуються механізми та службові приміщення, однозначно необхідно тільки для млина з горизонтальним ротором (горизонтальною віссю його обертання) – раз. Площина обертання горизонтального ротора ортогональна його осі, тобто вертикальна, а найбільший естетичний ефект і кількість неусвідомлених асоціацій дає плавний рух вгору-вниз, напр. помахи крил птаха – два. Тому «вертикалки» зразок показаної вище китайської бамбуковій з крилами з циновок, відмітаємо.

    Неповоротні баштові млини (поз. 1 на рис.) поширені в місцях з абсолютно домінуючими вітрами одного напрямку, напр. на рівнинах центральної Іспанії. Подивіться уважно: тепер розумієте, чому Дон Кіхот накинувся на млин, а не на курятник, що було б набагато смішніше? Таку млин можна взяти за прототип для дачного і/або настільної.

    Основні типи вітряків з горизонтальною віссю ротора

    Будова козлової млини (поз. 2) обертається на козлі (або на чомусь цапиному, за місцевою неформальній термінології) – врытом в землю товстому колоді. Козловая млин може бути побудована без єдиного цвяха, але її поворот на вітер вимагає величезних зусиль, а при вітрі сильніше свіжого – непомірні. Тому козлові млини були поширені в тихих лісистих місцях, віддалених від джерел залізних виробів. Як прототип для декоративної козловая млин мало придатна – притиснутий до землі, і добитися від неї гарною ЧВ дуже важко.

    У Сибіру лісу і сильні вітри тримаються разом, поширена вічна мерзлота, а мужики живуть міцні, тому там прижилися сагайдачні млини, поз. 3. Її вертикальна вісь обертання (теж колоду, але вже не козел, а шворінь) не врыто в землю, а закріплено в зрубі-сагайдаку. Одночасно сагайдак дозволив підняти ротор і збільшити його розмах, чому зросли і КІП, і ЧВ; для повороту млини на свіжий вітер вже вистачало сили мельника, привіз зерно на помол селянина і, можливо, їх дорослих синів. Колчанная млин добре підійде як прототип декоративної на ділянці, оформленому в стилі рустикальному або кантрі.

    Найдосконаліші горизонтальні вітряні млини – шатрові, поз. 4. Шворінь в них залізний і обертається тільки намет на поворотним колі; крім того, ускладнюється механізм передачі зусилля з ротора на жорно. Повернути намет з ротором на вітер здатні 1-2 середньо розвинених людини або зовсім найпростіша автоматика. Шатровий млин годиться в прототипи для будь-якої декоративної, тому розглянемо її будову докладніше (поз. 4а):

    • А – камора (цоколь, млинова хата). Капітальне будова на капітальному ж фундаменті, в якому розміщуються засіки для зерна, комірчини для борошна, стайня і, найчастіше, житло мельника.
    • Б – вежа (тулово). Надбудова над каморой для технологічного обладнання. Каркасне, як правило, споруду. Обшивка часто дощата розбірна, щоб простіше було міняти жорна.
    • В – намет. Легке навершя на поворотному колі. В шатрі розташовується 1-я (або єдина) ступінь зубчастої передачі кутовий з ротора на жорно. У пізніших шатрових млинах до шатра пристосовували і виндрозу – незалежний механізм автоматичного розвороту ротора на вітер, див. рис. праворуч і далі за текстом.

      Шатровий вітряк з виндрозой в Норфолку (Англія)

    • Р – ротор (вертушок, колесо, крильчатка); призначення зрозуміло.

    Про вітрильних роторах

    В Європу вітряні млини прийшли пізно – їх вперше побачили хрестоносці в арабів. Новинка відразу припала до смаку лицарям, яким, між іншим, господарювати доводилося не менше, ніж воювати. Тодішня Європа була відсталим краєм світу, розділеним на безліч дрібних і найдрібніших напівнезалежних феодальних володінь, і щасливі власники текучих вод, придатних для влаштування водяних млинів, дерли з сусідів за помел чистіше, ніж ті з купців на великій дорозі.

    Арабські вітряні млини будувалися з вітрильним ротором (див. рис.): свого стройового лісу у арабів вважай що не було (пальмова деревина нетривка і нестійка), зате рівних сильних вітрів в степах і пустелях було вдосталь. Але в Європі парусні вітряки не прижилися, крім як у подібною за умовами з Аравією Іспанії і Греції, буяє створеними горами «вітровими коридорами».

    Вітряні млини з вітрильним ротором

    Вітрильна млин працює тільки при вітрі достатньої сили (більше 6-7 м/с): поки лопаті-вітрила не надуются до потрібного профілю, ротор не закрутиться. Тобто, у і КІП, і ЧВ парусної млини низькі, і в прототип декоративної вона непридатна незважаючи на романтичну видовищність. Тим не менш, вітрильний ротор-вертушка, що діє за іншим принципом, може знайти корисне і ефектне застосування в механізмі шатрової млини, див. далі.

    Вузли та механізми

    Напевно, немає потреби повторювати, що ЧВ декоративної млина визначається технічною досконалістю її вузлів обертання, а в передачі потужності з ротора немає ніякої необхідності. Зате вельми і вельми бажана автоматична орієнтація на вітер: якщо до млина треба підходити, щоб повернути всю її або намет, то естетика обертається роздратуванням і втомою. Певне значення має також загальна конструктивна схема ротора.

    Вузли обертання

    Самоустановлювальні кульковий підшипник

    У декоративної млині від одного до 4-х вузлів обертання, див. далі. Обов’язковий для будь-найсуворіший до якості виконання – вузол обертання ротора: він повинен мати мінімальні механічні втрати і тримати досить сильні нерегулярні знакозмінні бічні навантаження, тому виконується цей вузол на самовстановлюються шарикопідшипниках, див. рис. справа. Звичайні однорядні опорні підшипники якщо і не будуть заїдати, то істотно знизять ЧВ млини. Але не сподівайтеся тільки на підшипники: якщо ротор аеродинамічно та/або конструктивно «неправильний», він не закрутиться, т. до. його лопаті не дадуть тяги.

    Для вузла обертання ротора потрібні 2 підшипника, розташованих на осі обертання на відстані не менше 50 мм один від одного (в настільній міні-мельнице – не ближче 15-20 мм один до одного). Фіксуються підшипники будь-яким зручним способом: в дерев’яних обоймах (зліва на рис.), хомутами і т. п.

    Вузли обертання декоративної вітряного млина

    Сама вісь – відрізок різьбового прутка М4 – М16 в залежності від розмірів млини. У підшипниках вісь фіксується парами гайок з шайбами, а після затягування гайок – краплями масляною, гліфталевою або пентафталевой фарби, подпущенными в різьбу. До роботи сайту буде готовий через 2-3 доби. В’язкий силікон не просочиться глибоко в різьбу, а швидковисихаючі фарби і клеї не еластичні висохлі, від вібрації і ривків ротора сполучна з них швидко потріскається і вузол разболтается. Контргайки не зашкодять, але без додаткової фіксації еластичним сполучною теж скоро ослабнуть. Про аматорському досвід виготовлення ротора на підшипниках для декоративної вітряка див. відео:

    Відео: виготовлення лопатей для млин на підшипнику

    Якщо ротор млини розгортається на вітер флюгаркой (що не природно, справжні млини так не будувалися), то вузол обертання шатра виконується аналогічно, на підшипниках. Якщо ж ротор розгортається на вітер вручну або виндрозой (див. далі), то вузол обертання намету можна зробити простіше, як показано в центрі на рис. Збирається такий вузол у дерев’яному (фанерному) коробі, праворуч на рис. Сталеві накладки – товщиною від 2 мм (не менше 2-х кроків різьблення осі обертання). Горизонтальний люфт осі 0,5-1 мм; вертикальний (гайки затягуються не натуго!) ок. 0,5 мм. Гайки фіксуються також фарбою, а після її висихання під шайби підпускають по 2-3 краплі веретенки або ін. невисихаючі рідкого машинного масла.

    Віндроза

    Енергонезалежне механічний пристрій автоматики, розвертає ротор млини на вітер, винайшли голландці. Новинка виявилася настільки зручною, доступною та надійною, млина з виндрозой діють у розвинених країнах дотепер (див. напр. рис. вище, з млином в Норфолку).

    Віндроза – різновид активного флюгера: невелика ветрочувствительная додаткова крильчатка встановлюється перпендикулярно (ортогонально) ротору в горизонтальній площині. Коли ротор варто точно за вітром, крильчатка виндрозы нерухома. Трохи вітер йде в бік, обертається крильчатка і через механічну передачу повертає намет з ротором знову на вітер.

    Ротор декоративної млини механічно не навантажений, і зусилля для його повороту потрібно на порядки менше, ніж для ротора виробничої млини. Тому деякі готові декоративні вітряні млини доповнюються флюгаркой, що імітує виндрозу (врізка зліва вгорі на рис.). Намет з ротором стає простим (пасивним) флюгером, що для млина ненатурально.

    Пристрій виндрозы (пристосування для автоматичного розвороту на вітер) виробничої і декоративної вітряного млина

    Віндроза виробничої млини досить складний механізм (зліва на рис.), навряд чи повторимо в домашніх умовах. Але по вказаній вище причині (ненагруженный ротор) виндрозу декоративної вітряка можна зробити набагато простіше з підручних матеріалів (центр і праворуч на рис.).

    Конструкція вертушки в точності скопійована з перших голландських виндроз з ганчірковими лопатями. Зовні вона схожа на вітрильний ротор, але завдяки деякого початкового кута установки полотнищ і іншої конфігурації щілин між ними діє не як клівер і стакселя вітрильників, а скоріше як гратчасте крило, яке застосовується в системах порятунку космічних апаратів при аварії на старті; це з’ясувалося вже в наш час. Аеродинамічний якість гратчастого крила низьке, тобто воно дає невелику підйомну силу, але при малих швидкостях і в широкому діапазоні кутів атаки. Так і матерчатий вертушка виндрозы дає незначну потужність на валу, але при найлегшій подиху найсильнішим чином скошеного вітру.

    Розмах махов вертушки 3-15 см в залежності від розмірів млини; полотнища з слизькій синтетичної тканини або плівки (з естетики – гірше) натягаються туго. Ведучий шків можна стягти з валу мотора старого касетного магнітофона. Звідти ж беруться маховик з тонваломи і підшипником ковзання для веденого шківа та горизонтальної осі; швидше за все підійде штатний гумовий пасик. Магнітофон краще курочіть радянський – їх маховики більше і масивніше, чому заявлений у МД коефіцієнт детонації відповідав реальному. Вісь вертушки і ведучого шківа з велосипедної спиці; до неї треба підібрати або зробити бронзографитовый або фторопластовий підшипник ковзання.

    Кількість зубів триби (діаметр цевки ок. 10 мм) – 6-8. Крок зубів на поворотному колі повинен бути точно таким же, а їх кількість не менше 60-ти. Виходячи з цього розраховують радіус вінця для розміщення зубів на колі; можливо, доведеться підкоригувати його діаметр. Зуби в лунках цевки і кола фіксуються силіконовим клеєм; будь-який інший від вібрації і поштовхів швидко потріскається і зуби почнуть випадати.

    Примітка: якщо віндроза повертає ротор тилом до вітру, петлю пасіка на ведучому шківі потрібно перевернути на 180 градусів.

    Ротор

    Про аеродинаміку ротора вище сказано достатньо, залишилося уточнити деякі конструктивні особливості. Лопаті ротора виконувалися зазвичай з переднім/заднім або середнім розташуванням маха, див. рис. (висячі і полнонаборные лопаті).

    Силові схеми лопатей роторів вітряних млинів

    Перші давали більший КІП і кращу ЧВ, т. к. виключалися аеродинамічні втрати на соотв. крайці, але частіше ламалися на сильному вітрі, а крутка лопаті за розмахом більш ніж на 5-7 градусів ще більш зменшувала їх міцність. Вітровий тиск на одиницю площі лобової проекції декоративної млини багаторазово менше, ніж великий, тому для неї кращі висячі лопаті. Виняток – ротор з полуобтекаемыми лопатями (див. вище), т. к. при куті крутки більше 10-12 градусів він буде працювати належним чином лише якщо закручені і передня, і задня кромки, а незакрученный мах (лонжерон) розташований по ширині лопаті згідно аеродинамічного розрахунку.

    Скільки треба лопатей?

    У місцях, вітрами небагатих, будувалися млини з 6-ти і навіть 8-ми лопатевими роторами – це підвищувало потужність на їх валу при слабкому вітрі, хоча КІП при сильному падав. Але якщо підійти з точки зору максимальної ЧВ, то оптимальним виявляється… однолопастний ротор з противагою; це пояснюється тертя лопатей об повітря. Однак тихохідні вітряки з числом лопатей менше 4-х майже ніколи не будуються: потужність на валу виявляється занадто мала, оскільки без розвиненої циркуляції кругової енергія вітру, «проскакивающего» повільно між рухомими лопатями, пропадає даром. Відповідно і декоративна млин менш ніж з 4-мя лопатями буде виглядати неприродно, так що 4 лопаті для неї слід прийняти за оптимум.

    Будова млини

    Схема будови простий декоративної вітряного млина

    Побудувати імітацію млинової хати і тулова квадратними в горизонтальному перерізі (див. рис. праворуч) нескладно, але гарною ЧВ такий млини очікувати не доводиться. Значення обтічності будівлі млина було зрозуміле ще в старовину, і будови виробничих млинів виконувалися багатогранними або круглими.

    Креслення основних вузлів (ротора в зборі, вежі і вертушка) простий декоративної вітряка наведено на рис. нижче. Гранична у даному випадку (але не максимально можлива) ЧВ досягається збільшеним зауголиванием простих лопатей на 16,7 градуси. Зверніть увагу, в яку сторону свешены крила лопатей: оскільки продажні різьбові прутки з правою різьбою, то і ротор повинен обертатися вправо (за годинниковою стрілкою, якщо дивитися спереду); інакше він отвинтится і злетить, т. к. кріпиться запресованої в перехресті махов гайкою. В цілому така млин зручна для дачі вихідного дня: для зберігання розбирається, а зібрану її легко переносить один дорослий будь-якої статі або двоє діточок.

    Креслення основних вузлів простий декоративної вітряного млина

    Зробити своїми руками грановану вежу декоративної вітряка з фанери на клею можливо (див. слід. рис.), і похвали вашій майстерності будуть цілком заслуженими. Але, по-перше, матеріал потрібно дорогий (поцікавтеся в найближчому строймаге, скільки коштує лист фанери-двадцятки). По-друге, зі збільшенням числа граней вежі і/або зменшенням її розмірів різко зростає трудомісткість роботи разом з вимогами до точності розмітки і розпилювання деталей, а остання має межа, рівний товщині пилки або пильного диска.

    Гранчаста вежа декоративної вітряка з фанери на клеї

    Можна зібрати все будова комбінованим способом (див. рис.), але це теж робота не з простих, і її складність також зростає із збільшенням числа граней. Між тим багатогранні аж до майже круглих хату і вежу гранчастою декоративної вітряка цілком можливо зробити зеленому новачкові у столярні буквально з обрізків. Справа в тому, що тангенсы кутів 30 і 60 градусів з достатньою для робіт по дереву точністю рівні 0,58 і 1,73.

    Збірка будови гранчастою декоративної вітряного млина

    Як підрізається брус 40х40 для складання частин будови 12-ти і 6-гранною декоративної вітряка, показано на рис.:

    Підрізка дерев’яного бруса для складання будови декоративної вітряного млина

    Сама збірка – на клеї без металевого кріплення та столярних з’єднань. Щоб виріб був міцніше, використовується прийом, аналогічний перев’язці швів кладок в будівництві: вінці імітації зрубу (візуально вельми переконливою) збираються в дзеркальному відображенні по черзі. На рис. видно також, що при перпендикулярній підрізуванні не скошеного торця бруса поперечник вінця змінюється пропорційно. Це дає можливість зібрати вежу млини у вигляді усіченої піраміди, а якщо вона 12-гранна, то і ошкуріть її до круглої.

    А якщо сучасніше?

    Модель тихохідної вітросилові установки на клумбі

    Знаходяться, хоча і небагато, любителі прикрашати ділянку моделями тихохідних вітросилових установок (ЗСУ; просто – вітряків) вже з індустріальної епохи, див. рис. справа. Що ж, промисловим спорудам притаманна своя естетика, часом досить тонка і багатозначна. Але в такому, досить-таки трудомісткий, у разі не завадило б зробити своїми руками справжній вітросилові агрегат: декоративний ефект він дасть не менший, і до того ж виконає деяку корисну роботу – підкачає води з колодязя в напірний бак, підзарядить акумулятор чергового освітлення і т. п.

    Пробуємо водяну

    Умови для встановлення декоративної водяного млина на своїй ділянці складаються рідше і створюються набагато важче, ніж для вітряної, так що і будують їх не так вже часто. Однак водяна міні-млин в зоні відпочинку може бути навіть видовищнішим вітряної, див. відео:

    Відео: водяний млин для саду своїми руками

    Визначальним для естетики водяного млина є такий суто технічний фактор, як бій її робочого колеса. Найбільш видовищні (і краще освіжають повітря) млини верхнього бою (зліва на рис.), але і зробити таку складніше всього.

    Декоративні водяні млини з колесами верхнього і нижнього бою

    Млинове колесо нижнього бою з заплеском (в центрі на рис.) по декоративності поступається верхньому, але конструктивно та технологічно набагато простіше. Просте колесо нижнього бою (підливне), праворуч на рис., виглядає взагалі неважливо. Колеса полунижнего і середнього бою (див. нижче) вимагають особливих природних умов для їх установки, а по естетиці самі по собі нітрохи не краще нижнього і тому для декоративних цілей мало придатні.

    Типи робочих коліс

    Просте підливне робоче колесо (див. рис. нижче) використовує тільки кінетичну енергію набігає води. Найменш ефективно, але найпростіше конструктивно. Встановлюється просто в потік достатньої потужності; декоративне – практично в будь струмок природний або штучний. Естетичний ефект обумовлений фактично тільки обертанням колеса. Повітря майже не освіжає, але і витрата води на випаровування мінімальний.

    Типи робочих коліс водяних млинів

    Колеса виробничих млинів полунижнего і середнього бою ставлять в місцях з великим перепадом води: на перекаті, за водоспадом. Для колеса середнього бою потрібно доопрацювати природну перешкоду (або спорудити занурену загату) і поставити над нею загородку-шандору, частково перекриває потік води зверху. У колесах полунижнего і середнього бою частково використовується і потенційна енергія піднятої води, тому вони ефективніше простого подливного, але їх лопаті повинні бути профільовані.

    Найбільш ефективне колесо верхнього бою працює здебільшого від потенційної енергії води, яка повинна бути піднята досить високо: високою загатою або, для декоративного колеса, перекачуванням. Профілювання лопатей проста або вони зовсім прямі похилі. Естетичний ефект чудовий – обертання колеса доповнюють каскади води – але її витрати на випаровування в жарку погоду може досягати десятків літрів на добу.

    Примітка: вертикальні (кільчасте і прямолопастное) робочі водяні колеса (див. рис. праворуч) – прообрази соотв. реактивної та активної водяних турбін. Брызгаются дуже красиво, але напір і витрата води для них потрібні навряд чи можливі в особистому господарстві.

     

     

     

    Як зробити колесо…

    Виробники декоративних водяних коліс на замовлення проектують з найчастіше за зразками старих виробничих. Швидше за все, за бажанням замовників: хто здатний оплатити такий виріб, напевно, захоче, щоб воно було «справжнє». Однак ефекту «взаправдашней старовини» можна домогтися набагато простіше, наклавши на фанерну основу планки з драні або шпону на рідких цвяхах і додатково закріпивши їх бронзовими т. зв. фінішними цвяхами (їх широко застосовують, напр., столяри-дверники для кріплення наличників).

    Але робити основу колеса так, як показано на поз. А рис. не треба:

    Як зробити робоче колесо для декоративної водяний млини

    По-перше, знову занадто складно. А головне – в барабан колеса неодмінно потрапить вода, застоїться там і колесо загниє. За способом, показаному на поз. Б, зробити колесо для декоративної водяний млини можна з відходів та обрізків, причому профіль лопатей відразу вийде ламаним, що добре, див. нижче.

    …і як пустити в нього воду

    Підпитка робочого колеса декоративної водяного млина завдання куди складніше його споруди. Не кажучи вже про соотв. гідротехнічних спорудах, насос для фонтану доріг, а його продуктивність і напір в даному випадку явно зайві. Для млина з колесом діаметром до 1 м краще підійде акваріумна помпа; штатний фільтр знімати не треба, він все одно потрібен.

    Насоси в акваріумних помпах високопродуктивні безнапірні – вони качають з води у воду. Але якийсь залишковий напір є у будь безнапірного насоса. У міні-помп для маленьких акваріумів він не перевищує 10-20 см, у помп для акваріумів від 100 до 200 л становить близько 60 см, а у помп для великих акваріумів може доходити до 80-100 див. При напорі в половину залишкового продуктивність насоса падає втричі-вчетверо, але для декоративного водяного колеса цього виявляється достатньо.

    Найпростіше живити декоративну водяний млин нижнього бою, зліва на рис. Колесо нижнього бою можна робити без внутрішньої обичайки але, як сказано вище, його видовищність мінімальна. Не набагато вище вона в колеса полунижнего і середнього бою (в центрі), та ще їм потрібні профільовані лопаті, внутрішня обичайка і гідроспоруди, метушні з якими буде предостатньо. Єдине спрощення порівняно з виробничим колесом – не потрібна шандора, т. к. відбору потужності з колеса немає і кінетична енергія б’є в колесо струменя води не має значення.

    Схеми живлення водою коліс декоративних водяних млинів за допомогою помп акваріумних

    Найбільш видовищне (і добре освіжає повітря) колесо верхнього бою (праворуч на рис.) також має бути з внутрішньої обичайкою, але профіль його лопатей технологічно простіше – ламаний, або лопаті прямі скошені. Останнє взагалі небажано, оскільки сильно збільшується витрата води на випаровування: для колеса діаметром 1 м з 16-ю лопатями при зовнішній температурі +30 до прим. 2 куб. м на місяць проти 0,3-0,5 куб. м, якщо лопаті ламані. В останньому випадку замість водяних каскадів з колеса падає часта крапель, яка виглядає не гірше.

    Однак для живлення колеса верхнього бою знадобляться дві помпи різної продуктивності. Ту, що слабші, ставлять у верхній бак, який з надлишком підживлюється потужної нижній помпою. Справа в тому, що, якщо акваріумна помпа виявляється на осушення, її мотор згорає, тому верхній бак повинен бути постійно заповнений водою. Пересуваючи в ньому помпу вгору-вниз, регулюють швидкість обертання колеса і його декоративний ефект.

    Примітка: колесо, живиться акваріумними помпами, розкручується повільно, поки не наллються 3-4 лотка в лопатях. Але потім крутиться добре, т. к. приплив води витрачається тільки на компенсацію тертя у вузлі(ах) обертання колеса.

    Будьте обережні!

    Ні, мова піде не про травмонебезпечності декоративних млинів і не про їх шкоду для здоров’я – таких немає. Але, якщо ви живете не в РФ, то, перш ніж будувати декоративну вітряний млин, або водяну на природному потоці, проконсультуйтеся з юристом. У ряді країн, у т. ч. колишнього СРСР, використання відновлюваних природних енергоресурсів оподатковується, а самовільне спорудження і/або установка соотв. пристроїв карається великим штрафом. Чи підпадає під цей закон декоративна млин – вирішують місцеві компетентні органи, наділені на те усіма необхідними повноваженнями. А якщо дух закону не в узгодженні інтересів, а в забороні всього, неугодного надуманим і шкідливим самим же собі «цінностей», то простій людині, яка прагне просто прикрасити свою ділянку і приємно відпочити на ньому, нічого хорошого для себе чекати не доводиться.