Wiatrak – budowla często drewniana, wyposażona w skrzydła poruszane siłą wiatru i napędzające zainstalowane w wiatraku urządzenia (np. pompy, żarna do mielenia zboża). Pozwala on zamieniać energię wiatru na energię kinetyczną w ruchu obrotowym, czyli jest bardzo prostym rodzajem silnika. Pierwsze wiatraki pojawiły się w IX wieku w Persji. Około XII wieku rozpowszechniły się w Europie. Niektóre źródła podają nawet wcześniejsze daty powstania tych urządzeń, nie jest to jednak do końca udokumentowane. Z pozoru wszystkie wiatraki są do siebie podobne, jednak możemy podzielić je na kilka rodzajów.
Wiatrak kozłowy (koźlak)
Nazwa wiatraka pochodzi od kozła, czyli specjalnej podstawy, na której spoczywał cały korpus budowli. Pojawił się w XII wieku w Belgii, lub Francji, natomiast w Polsce występował już w pierwszej połowie XIV wieku na Kujawach i w Wielkopolsce. Powszechne rozpowszechnienie ich stosowania przypada na wiek XV. Ten rodzaj budowli dotrwał bez zasadniczych zmian konstrukcyjnych do XX wieku i stanowił najliczniejszą grupę wiatraków. Cechą charakterystyczną koźlaka jest konstrukcja, w której cały budynek wraz ze skrzydłami jest obracalny wokół pionowego, drewnianego słupa tzw. sztembra. Sztember podparty jest najczęściej czterema zastrzałami, a jego dolne zakończenie tkwi w dwóch krzyżujących się podwalinach. Tak skonstruowane podparcie budynku wiatraka nosi nazwę kozła. Połączenie budynku z kozłem za pomocą pionowego słupa umożliwiało obrót całej konstrukcji tak, by dopasować go do kierunku wiatru. W obróceniu całej konstrukcji pomagał wystający z tylnej (przeciwnej skrzydłom) ściany wiatraka specjalny długi dyszel współpracujący z kołowrotem. Do obracania wiatraka używano koni, ale mógł to zrobić nawet pojedynczy człowiek. Regulację prędkości obrotowej skrzydeł uzyskiwano zdejmując (aby zmniejszyć prędkość) lub dokładając (aby zwiększyć prędkość) na skrzydłach klepek. Wiatrak kozłowy posiadał trzy kondygnacje, najniższa była zajęta przez stabilizującą konstrukcję kozła, pozostałe były przeznaczone do produkcji mąki (środkowa zawierała kamienie młyńskie).
Ciekawostka
Początkowo wiatraki kozłowe nie miały obudowanej dolnej części (czyli kozła). Zapewne ten widok dał początek bajkom o "chatce na kurzej łapce". Prawdopodobnie chodziło o zniechęcenie dzieci do zbliżania się do wiatraka, bowiem jego skrzydła mogły być przyczyną groźnych wypadków.
Wiatrak holenderski (wieżowy, holender)
Pierwsze wiatraki tego typu pojawiły się prawdopodobnie w XIV wieku. Udokumentowane opisy wiatraków tego typu pojawiają się jednak dopiero w wieku XVI w Holandii. Holender charakteryzował się nieruchomym, masywnym korpusem (zwykle murowanym, na planie koła lub wieloboku), na którym umocowana jest obracana na łożysku bryła dachowa ze śmigłami. Rozwiązanie takie miało dwie podstawowe zalety:
-
obracanie bryły dachowej umieszczonej na rolkach było łatwiejsze niż w wiatrakach kozłowych;
-
korpus wiatraka był wykonany często z kamienia, umocowany solidnie do podłożą, w przypadku bardzo silnych wiatrów uszkodzeniu ulegała tylko część dachowa, natomiast w przypadku wiatraków kozłowych przewracały się całe budynki.
Holendry były wykorzystywane do maszyn tartakowych, piłujących drewno do budowy żaglowców; pompowania wód głębinowych do celów przemysłowych; mielenia zboża; mielenia nasion słonecznika i lnu na oleje do produkcji farb olejnych; młócenia konopi; mielenia musztardy lub tabaki; łuskania ryżu, jęczmienia i innych ziaren czy osuszania polderów.
Paltrak
Paltrak (podobnie jak koźlak) obracany jest w całości wraz z maszynami w kierunku wiatru. Mechanizm paltraka (maszyna oraz mechanizm obrotu) są bardzo podobne do wiatraków kozłowych. Paltrak jest jednak konstrukcją solidniejszą i bardziej odporną na silny wiatr. Bryłą przypomina koźlaka, zaś zasada obrotu budynku skrzydłami do kierunku wiatru zapożyczona została z holendra, jednak płaszczyzna obrotu znajduje się tutaj nisko, jak najbliżej terenu. W ten sposób cały budynek powyżej podmurówki był obracalny, a jego podstawa stanowiła łożysko kołowe (drewniany korpus paltraka spoczywał na specjalnych metalowych lub drewnianych rolkach, które toczyły się po okrągłym torze jezdnym). W Polsce ten typ wiatraka pojawił się na początku XIX wieku.
Amerykańskie wiatraki
Rozwój wiatraków w USA był zdeterminowany rozwojem osadnictwa. Na nowych terenach często brakowało wody, potrzebnej do nawadniania upraw. W 1854 roku Danel Halladay zbudował wiatrak, którego konstrukcja jest wykorzystywana do dzisiaj. Umieszczony jest na wysokiej, często drewnianej wieży, ma 12 lub więcej łopatek i dzięki pionowemu sterowi automatycznie ustawia się do kierunku wiatru. Ten typ wiatraka jest mniej wydajny niż tradycyjne urządzenia wykorzystywane w Europie, jednak ma też inne zastosowanie. Wykorzystuje on słabe wiatry i szybko się rozpędza. To wystarcza do jego podstawowych zastosowań, czyli pompowania wody, natomiast nie musi obsługiwać ciężkich urządzeń jak np. żarna młyńskie. Urządzenia tego typu stosowano nie tylko w rolnictwie, dynamiczny rozwój linii kolejowych, gdzie wykorzystywano parowozy, wymusił umieszczanie na stacjach zbiorników z wodą, potrzebną do lokomotyw. Wiatraki Halladay’a napełniały je wodą, którą potem przepompowywano do parowozów.
żródło : http://www.oze.otwartaszkola.edu.pl
Wiatraki w gminie Wyryki
Wiatraki od dawna wpisały się w krajobraz wsi Wyryki. Jeszcze do niedawna podziwiać możan było dwa tego typu obiekty w samej miejscowści Wyryki :
Wiatrak koźlak
Wybudowany w roku: 1886.
Wyryki Adampol
Wiatrak spłoną w niewyjaśnionych okolicznościach.
Wiatrak koźlak
Wybudowany w roku: 1938.
Wyryki Połód
W roku 1878 Charles F. Brush zbudował pierwszą samoczynnie działającą turbinę wiatrową produkującą energię elektryczną.
Turbina Brush'a była ogromna jak na owe czasy: wirnik miał średnicę 17 metrów i składał się ze 144 łopat zrobionychz drzewa cedrowego.
Ciekawostką jest trwałość tego urządzenia - wykorzystywano je przez 20 lat, ładując akumulatory znajdujące się w posiadłości Ch.F. Bruscha. Moc turbiny nie była imponująca - 12 kW, czego przyczyną był wielołopatowy wolnoobrotowy wirnik.
W miejscowość Lubień również zachowała się tego typu budowla. Wiatrak drewniany typu holender którego rok budowy określany jest przed 1939.
Początki energetyki wiatrowej
Innym pionierem energetyki wiatrowej był duński naukowiec Poul la Cour (1846-1908). Wykorzystywał on energię generowaną przez turbiny do procesu elektrolizy i wytwarzania wodoru.
Początkowo wodór wykorzystywał do oświetlenia szkoły Askov School w Askov. La Cour założył Stowarzyszenie Elektrowni Wiatrowych oraz wydawał pierwsze na świecie czasopismo dotyczące energii elektrycznej pozyskiwanej z energii wiatru - The Journal of Wind Electricity. Był propagatorem małych turbin wiatrowych stawianych przy gospodarstwach na wsi, zapewniających im samowystarczalność w zakresie energii elektrycznej. La Cour zajmował się także badaniem aerodynamiki turbin wiatrowych. Wykazał, że znacznie wydajniejsze dla generatorów elektrycznych są wirniki o kilku łopatach niż turbiny wielołopatkowe.
żródło : http://www.wiatraki1.home.pl
Współczesna turbina wiatrowa
Nowoczesne turbiny wiatrowe umieszczone są na wysokich wieżach. Wykorzystuje się zazwyczaj systemy z poziomą osią obrotu oraz trzema łopatami. Główne elementy systemu turbiny wiatrowej to:
- gondola w której znajduje się cały system turbiny czyli generator, przekładnia, wały napędowe oraz komputerowy system sterowania urządzeniem;
- wieża na której jest umieszczona turbina;
- śmigła – najczęściej spotyka się systemy z układem 2 lub 3 łopat;
wał niskoobrotowy, połączony ze śmigłami, obracający się z prędkością obrotu piasty wirnika;
- wał szybkoobrotowy połączony z generatorem;
- przekładnia, zmieniająca ilość obrotów pomiędzy śmigłami a generatorem.
Schemat działania możemy opisać w następujący sposób:
1. siła nośna wytworzona przez śmigła pod wpływem wiatru obraca wał niskoobrotowy;
2. wał niskoobrotowy jest połączony z przekładnią, w której następuje zwiększenie ilości obrotów i przeniesienie ich na wał szybkoobrotowy;
3.wał szybkoobrotowy napędza generator prądu, który wytwarza energię elektryczną;
4. prąd elektryczny przewodami przesyłany jest do sieci energetycznej.
Współczesne turbiny wiatrowe mają określony zakres prędkości wiatru dla których pracują. Najczęściej jest to przedział od 4 m/s do 25 m/s. Przy prędkościach spoza tego zakresu następuje wyłącznie turbiny poprzez zmianę kąta natarcia łopat śmigła lub obrót wieży o kąt 90 w stosunku do kierunku wiatru.
