Лопасти такого ветродвигателя ниже вала прикрываются щитом. Если поместить теперь вал поперёк ветра, то ветер будет давить лишь на верхние лопасти ветродвигателя. Нижние лопасти не будут испытывать давления ветра, так как их прикрывает щит. Благодаря этому лопасти начнут под действием ветра вращаться и будут вращать вал.
Такие ветровые машины называются барабанными ветродвигателями: они раньше применялись там, где ветер часто дует в одном направлении.
Если ось барабанного ветродвигателя расположить вертикально, мы получим тип карусельного ветродвигателя (рис. 18). У таких ветродвигателей лопасти имеют самую разнообразную форму.
Эти простые, карусельные и барабанные ветродвигатели применялись ещё несколько тысячелетий назад в Китае.
Остатки очень старинных ветряных мельниц встречаются также в Египте. Каменная кладка сохранившихся частей мельниц говорит о том, что они были построены около 2 ООО лет тому назад. Таким образом, народы восточных государств ещё в глубокой древности использовали энергию ветра для получения работы.
В Европе впервые ветродвигатели появились примерно в VIII веке. Они применялись для водоснабжения, а также для перемалывания зерна в муку.
Особенно широко были распространены ветряные мельницы и ветронасосные установки в Голландии. С помощью ветронасосных установок эта маленькая страна постоянно отвоёвывала свою землю у наступающего моря.
В Голландии был создан свой оригинальный тип ветряного двигателя, массивная башня которого была неподвижна, а на ветер поворачивалась вместе с ветровым колесом её верхняя часть или шатёр. Такие ветряные двигатели получили название шатрового или голландского типа (рис. 19).
Ветродвигатели в развитии хозяйства Голландии сыграли огромную роль. По этому поводу Карл Маркс в «Капитале» писал: «Частью недостаток естественных водопадов, частью борьба с избытком воды в других формах заставили голландцев применять ветер в качестве двигательной силы. Самые ветряные мельницы голландцы заимствовали из Германии, где это изобретение вызвало серьёзную борьбу между дворянством, попами и императором из-за того, кому же из них троих «принадлежит» ветер... Ещё в 1836 г. в Голландии было в ходу 12000 ветряных мельниц в 6000 лошадиных сил, которые предохранили две трети страны от обратного превращения в болото» («Капитал», том I, глава 13, стр. 381, прим. 93, Госполитиздат, 1949 г.).
Но вот в XIX столетии появляются паровые машины. Ветродвигатели не могли конкурировать с ними. И применение ветровых установок резко сократилось. Однако от них совсем не отказались потому, что эти машины используют совершенно даровую и неиссякаемую энергию ветра, которая к тому же находится всюду.
С развитием машиностроения и учения о движении воздуха — аэродинамики — появилась возможность строить более совершенные и мощные ветросиловые установки. Роль ветровых двигателей, особенно в сельском хозяйстве, вновь возросла.
2. СЕЛЬСКИЕ МЕЛЬНИЦЫ И КУСТАРНЫЕ ВЕТРОДВИГАТЕЛИ
Представьте себе картину недалёкого прошлого... Вы медленно едете на крестьянской телеге по пыльной ухабистой дороге. Кругом бескрайные поля с редкими перелесками, балками и оврагами. Только скучный скрип телеги нарушает тишину. Но вот вдали за пригорком что-то мелькнуло и скрылось; потом опять показалось и вновь исчезло... Вы присматриваетесь и догадываетесь, что там, за пригорком, медленно крутятся крылья сельской мельницы. Это значит, что близко деревня или село. Пейзаж сельских местностей дореволюционной России неизменно отмечался традиционными ветряными мельницами. В стране их насчитывалось более 200 тысяч штук.
Ветряные мельницы производили большую работу. Ещё в 1914 году на них было переработано около двух миллиардов пудов зерна из общего урожая хлеба в 4,3 миллиарда пудов.
Мукомолье, пожалуй, единственный вид сельскохозяйственного производства, где энергия ветра используется с незапамятных времён. Для этого в России широко применялись как описанные выше мельницы голландского или шатрового типа (рис. 19), так и козловые ветряки (рис. 20).
Козловая ветряная мельница отличается тем, что для установки ветрового колеса на ветер, весь её корпус поворачивается водилом вручную на специальном фундаменте. Для поворота всего громоздкого устройства козловой мельницы требуется значительное усилие. Поэтому обычно такие мельницы строились небольшими с диаметрами ветровых колёс 8—12 метров.
Сельские ветряные мельницы старой постройки были очень громоздкими. На их строительство затрачивалось много труда и материалов.
Попытку усовершенствовать сельскую ветряную мельницу ещё 60 лет тому назад сделал русский инженер В. П. Давыдов. Он разработал оригинальный деревоме-таллический ветродвигатель. Ветровое колесо автоматически выводилось из-под ветра, когда его скорость достигала больших значений и представляла опасность для ветродвигателя.
Деревометаллические ветродвигатели В. П. Давыдова могли использоваться как для помола зерна, так и для механизации водоснабжения и других производственных процессов в сельском хозяйстве.
На рисунке 21 показаны ветродвигатели В. П. Давыдова на Всероссийской выставке в Нижнем Новгороде в 1896 году.
Однако царское правительство не заботилось о серьёзной механизации сельского хозяйства. Поэтому ветродвигатели В. П. Давыдова, хотя и были признаны очень хорошими для того времени машинами, не получили широкого распространения.
После Великой Октябрьской революции положение изменилось. Вопросами механизации сельского хозяйства стали заниматься крупные научные учреждения страны. Для повышения мош,ности ветряных мельниц Центральный аэро-гидродинамический институт (ЦАГИ) ещё в 1923 году разработал усовершенствованную конструкцию крыльев. Это дало возможность повысить мощность и производительность ветряной мельницы в 2—2,5 раза.
В годы Великой Отечественной войны в Научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (ВИМЭ), под руководством проф. Е. М. Фатеева, была произведена реконструкция старой ветряной мельницы. Созданные здесь дерево-металлические ветродвигатели имеют четырёхлопастные ветровые колёса с диаметром от 8 до 16 ж и мощностью от 4 до 20 лошадиных сил (рис. 22). Производительность новых усовершенствованных ветряных мельниц в 2—3 раза выше, чем у старых мельниц.
Такие ветродвигатели в основном предназначены для размола зерновых продуктов, но могут быть также приспособлены и для выполнения других работ. Для этого к нижней части вертикального вала через дополнительную металлическую или деревянную зубчатую передачу подключается горизонтальный вал. На нём размещаются рабочие шкивы для привода различных машин.
3. СИСТЕМЫ СОВРЕМЕННЫХ ВЕТРОДВИГАТЕЛЕЙ
В настоящее время имеется много систем ветродвигателей, как с горизонтальной, так и с вертикальной осью вращения. Отличаются они друг от друга не только внешним видом и устройством, но и техническими возможностями в зависимости от того, для каких целей они применяются. По устройству приёмника энергии ветра и по расположению его в воздушном потоке различают несколько систем ветродвигателей.
Мы уже говорили о ветродвигателях карусельного и барабанного типа. Известен ещё так называемый р о-торный ветродвигатель (рис. 23). Его лопасти вращаются, как у карусельного ветродвигателя, в горизонтальной плоскости и приводят в движение вертикальный вал.
Широко распространены в настоящее время крыльчатые ветродвигатели, самым древним типом которых и являются обычные ветряные мельницы. Основной частью любого крыльчатого ветродвигателя является ветровое колесо. Оно состоит из нескольких лопастей и вращается под действием ветра. При помощи пары конических шестерён, смонтированных на головке ветродвигателя (рис. 24), вращение колеса превращается в более быстрое движение вертикального вала или в воз-вратно-поступательное перемещение приводной штанги. Для поворота головки и ветрового колеса на ветер у ветряных мельниц имеется водило, а у современных небольших ветродвигателей — хвост с вертикальным оперением на конце. У крупных крыльчатых ветродвигателей существуют и другие более сложные механизмы для автоматического установа ветрового колеса на ветер (о них будет сказано ниже). Чтобы скорость вращения ветра-колеса не превышала предельной, имеется специальное устройство для автоматического регулирования числа оборотов.