Windmill
背景
風車は、調整可能なブレードで構成されたホイールの回転によって風を使用可能なエネルギーに変換する構造または機械です。伝統的に、風車によって生成されたエネルギーは、穀物を小麦粉に粉砕するために使用されてきました。風車は熟練した職人によって設計されており、手工具を使用して現場で組み立てることができます。風車は何世紀にもわたって着実に発展し、18世紀にヨーロッパで最も有名になりました。 19世紀に蒸気動力が利用されたとき、それらは主に発電構造として置き換えられました。今日、風車技術はルネッサンスを経験しており、風力タービンは将来、化石燃料の重要な代替物になると期待されています。
歴史
人は何世紀にもわたって機械に動力を供給するために風を使用してきました。最も初期の使用は、帆船の動力源として最も可能性が高く、帆船を水上で推進していました。人々が仕事をするために特別に風車を建設した正確な日付は不明ですが、最初に記録された風車の設計は、ペルシャで西暦 頃に始まりました。 500-900。この機械はもともと揚水に使用されていましたが、穀物の粉砕に使用されました。それは、水平支柱によって垂直シャフトに取り付けられた軽量の木材の束から作られた垂直帆を持っていました。パネモネとして知られるこの設計は、発明された最も効率の悪い風車構造の1つです。中国では2000年以上前に風車が使用されていた可能性があり、垂直軸風車の実際の発祥の地となっていることに注意してください。ただし、中国の考古学者によって発見された最も初期の記録された使用は、 A.D. 1219。
風車の概念は、十字軍の後にヨーロッパに広まりました。 A.D. で文書化された最も初期のヨーロッパのデザイン 1270、垂直軸の代わりに水平軸を持っていました。この不一致の理由は不明ですが、2つの要因の結果である可能性があります。まず、ヨーロッパの風車は、水平軸を持つ水車を模して作られている可能性があります。水車はこれよりずっと前からヨーロッパで知られていました。第二に、横軸の設計はより効率的で、より効果的に機能しました。一般に、これらのミルには中央の支柱に4つのブレードが取り付けられていました。彼らは、中央シャフトの水平方向の動きを砥石またはホイールの垂直方向の動きに変換する歯車とリングギアを備えていました。これは、水を汲み上げたり、穀物を粉砕したりするために使用されます。
ヨーロッパの水車大工は、何世紀にもわたって風車技術を大幅に改善しました。革新のほとんどはオランダ語と英語から来ました。最も重要な改善の1つは、タワーミルの導入でした。この設計により、必要に応じてミルのブレードを風に乗せ、本体を恒久的に固定することができました。オランダ人は、製粉所のオペレーターが働き、住むことができる多層タワーを作成しました。イギリス人は風車をより効率的にする多くの自動制御を導入しました。
産業革命以前の世界では、風車はヨーロッパの電気モーターでした。揚水と穀物粉砕に加えて、製材所に電力を供給し、スパイス、染料、タバコを処理するために使用されました。しかし、19世紀の蒸気動力の発達、および風車動力の不確実な性質により、大型の風車構造の使用は着実に減少しました。今日、世界に電力を供給していた風車のごく一部だけがまだ立っています。
大型の風車が廃墟となったにもかかわらず、小型の扇風機が盛んになりました。これらの風車は、主に農場で水を汲み上げるために使用されました。アメリカでは、これらのデザインは19世紀に完成しました。 Halladay風車は、1854年に導入され、その後にAermotorとDempsterの設計が続きました。後の2つのデザインは、現在も使用されています。実際、1850年から1970年の間に、米国では600万を超える建物が建設されました。
デザイン
風車には、横軸と縦軸の2つのクラスがあります。垂直軸の設計は、風車の初期の開発中に人気がありました。しかし、その非効率な操作により、多数の水平軸設計が開発されました。
横軸バージョンには、ポストミル、スモックミル、タワーミル、ファンミルなど、さまざまなものがあります。最も初期の設計はポストミルです。これは、ミルの本体のバランスが取れている、大きくて直立した支柱にちなんで名付けられました。この設計は、風車が吹く方向に応じて最も多くの風を捕らえるように回転させることができるため、風車のオペレーターに柔軟性を与えます。支柱を安定させるために、支柱の周りに支持構造が構築されています。通常、この構造物は、腐敗を防ぐためにレンガまたは石で地面から持ち上げられます。
ポストミルには、中央のポストに取り付けられた4つのブレードがあります。ブレードの水平シャフトは、大きなブレークホイールに接続されています。ブレークホイールは、中央の垂直シャフトを回転させるワロワーと呼ばれるギアシステムと相互作用します。この動きは、揚水や穀物の粉砕活動に電力を供給するために使用できます。
スモックミルはポストミルに似ていますが、いくつかの重要な改良が加えられています。この名前は、体がドレスやスモックと呼ばれるように漠然と見えるという事実に由来しています。 1つの利点は、ミルの上部のみが移動可能であるという事実です。これにより、本体の構造をより永続的にすることができ、残りの部分は、吹いている方向に関係なく風を集めるように調整できます。動かないので本体を大きく、高くすることができます。これは、より多くの機器を工場に収容できることを意味し、より高い帆を使用してさらに多くの風を集めることができます。ほとんどのスモックミルは8面ですが、これは6から12までさまざまです。
タワーミルは、スモックミルをさらに改良したものです。回転するキャップと恒久的な本体がありますが、この本体はレンガまたは石でできています。この事実により、塔を丸くすることが可能になります。丸い構造は、さらに大きくて高い塔を可能にします。さらに、レンガと石はタワー風車を最も耐候性のある設計にします。
以前の風車の設計は町全体にサービスを提供できるより大きな構造物用でしたが、ファンタイプの風車は特に個人用に作られています。それははるかに小さく、主に揚水に使用されます。これは、固定塔（マスト）、ホイールとテールアセンブリ（ファン）、ヘッドアセンブリ、およびポンプで構成されています。マストの高さは10〜15フィート（3〜15 m）にすることができます。ブレードの数は4〜20の範囲で、直径は6〜16フィート（1.8〜4.9 m）です。
原材料
風車はさまざまな素材で作ることができます。ポストミルはほぼ完全に木でできています。ファンブレードにはバルサ材のような軽量の木材が使用され、残りの構造にはより強くて重い木材が使用されています。木材は、外部環境から保護するために塗料または樹脂でコーティングされています。 20世紀以前にオランダとイギリスによって建設されたスモックミルとタワーミルは、木、レンガ、石など、家の建設に使用されたものと同じ材料の多くを使用しています。
ファン式ミルの本体は亜鉛メッキ鋼で作られています。鋼を処理するこのプロセスは、耐候性と強度を備えています。ファンのブレードは、軽量の亜鉛メッキ鋼またはアルミニウムで作られています。ポンプは青銅と真ちゅうでできており、凍結を防ぎます。ワッシャーとOリングには革または合成ポリマーが使用されています。
製造
プロセス
風車は常に既製の部品を使用して現場に建てられます。以下の説明は、ファン型風車に関するものです。基本 
1797年に建てられた風車の例。手順には、部品の作成と構造の組み立てが含まれます。
タワーパーツの作成
- 1タワー部品は亜鉛メッキ鋼で作られています。このプロセスは、コイル状の板金のロールから始まります。コイルはスプール解除装置に配置され、生産ラインに供給されます。それらは、ねじれやねじれを取り除くためにストレートナーの下で実行されます。ピースは適切なサイズと形にカットされます。場合によっては、ピースを転がして継ぎ目を溶接する機械にピースを置くことがあります。端は圧着機の下を通過し、部品は仕上げステーションに移動されます。
- 2仕上げステーションでは、風車の設計に応じて、特定の場所の金属部品に穴が開けられます。パーツは、最終的な風車キットに配置する前に、塗装またはコーティングすることもできます。
ギアボックスの作成
- 3ギアボックスは、さまざまなギア、車軸、ローター、およびホイールで構成される複雑なアセンブリです。パーツはダイキャストされ、手作業で組み立てられます。は、ギアボックスの部品と取り付けられたホイールとテールのアセンブリを収容するように設計された耐候性のハウジングに配置されています。
ファンを作る
- 4ファンは、わずかに湾曲したブレードが取り付けられた金属製のリムで構成されています。リムは、スチールストリップを円形のフープに圧延する機械で製造されます。両端に穴をあけ、ファンブレードを取り付けた後、小さなクランプとネジで接続します。次に、センターアクスルがリムに接続され、小さなスチールスポークが取り付けられます。典型的なデザインでは、リムに沿って等間隔に配置された5対のスポークがあります。
- 5ファンブレードとテールは板金片から切り取られています。次に、ブレードは、わずかなカーブを与えるマシンを通過します。それらは小さなボルトと金属クランプで金属リムに取り付けられています。風の状態に応じて上下できるように取り付けられています。
最新の鋼製風車。
サイトの準備
- 6建設現場を見つけて準備することは、機能的な風車を作るための重要なステップです。まず、卓越風が少なくとも15 mph（24 km / hr）のエリアが必要です。次に、風を遮る可能性のある木やその他の構造物をそのエリアから取り除く必要があります。場合によっては、風車を表面から持ち上げてより多くの風を捕らえるために、土墳やコンクリートの土台が建てられます。
最終組み立て
- 7本体の部品を先に接続します。それらは地面にボルトで固定されてから、垂直に持ち上げられます。外側のポールはコネクティングロッドで結合されています。クランプは、安定性のために各ジョイントにボルトで固定されています。タワーを持ち上げた後、しっかりしたベースに緩くボルトで固定します。次に、ステーワイヤーがフレームから地面に引き伸ばされ、テンショナーとグラウンドアンカーに取り付けられます。構造が水平になったら、ボルトを締めて構造の完全性をテストします。場合によっては、上部のファンにアクセスできるようにフレーム設計に梯子が組み込まれているため、メンテナンスが容易になります。
- 8次に、ファンホイール、ギアボックス、およびメインシャフトを取り付けます。ギアボックスは最初にタワーの上部にクランプされ、ボルトで固定されます。次に、メインシャフトがギアボックスの下部に挿入されます。次に、ファンとそれに取り付けられた車軸がギアボックスに接続されます。最後に、テールセクションがギアボックスに取り付けられます。次に、ポンプがメインシャフトに接続され、風車が作動します。
品質管理
風車の各部分が設計段階で定められた仕様を満たしていることを確認するために、さまざまなテストを行うことができます。これらの最も基本的なものは、単純な目視検査です。これらは、明らかな生産上の欠陥のほとんどをキャッチします。風車は手作業で組み立てられているため、各部品の品質は追加の目視検査を受けます。風車の建設に使用される技量の品質は、主に完成品の品質に責任があります。運用中の効率を維持するために、定期的なメンテナンスチェックが必要です。
未来
風車は過去100年間ほとんど変わっていません。実際、1870年代に考案された1つの基本的なデザインは、現在でも販売されています。主な改善点は、建設に使用される材料の種類です。この傾向は、将来の風車製品でも続く可能性があります。しかし、風力を利用する未来は、従来の風車にはまったくありません。米国政府は、発電用の風力タービンの研究と開発に数百万ドルを費やしてきました。カリフォルニアでは、すでに多くの風力発電所が稼働しています。他のさまざまな州や都市では、同様の風力発電所を作成する計画があります。将来的には、風力発電は化石燃料の環境に優しい代替物になることが約束されています。
詳細情報
本
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フッカー、ジェレミー。 風車を称えて。 Circle Press Pubns、1990年。
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ペリー ロマノフスキー
製造プロセス