Den glemte vindmøllepioner
Charles F. Brush (1849-1929) er en af grundlæggerne af den amerikanske el-industri.
Han opfandt bl.a. en meget effektiv jævnstrømsdynamo til elforsyning, den første kommercielt brugbare kulbuelampe og en effektiv metode til at fremstille bly-syrebatterier. Hans firma, Brush Electric i Cleveland, Ohio, blev solgt i 1889 og blev i 1892 fusioneret med Edison General Electric Company under navnet General Electric Company (GE).
Brushs kæmpevindmølle i Cleveland
I Vinteren 1887-88 bygger Brush, hvad der så vidt vides er verdens første automatisk fungerende vindmølle til elfremstilling.
Der er tale om en kæmpevindmølle – verdens største – med en rotordiameter på 17 m og 144 rotorblade i cedertræ. Bemærk personen, der slår græs til højre for vindmøllen.
Møllen kørte i 20 år og opladede akkumulatorbatterier i husets kælder.
Til trods for møllens størrelse er generatoren kun på 12 kW. Det hænger sammen med, at langsomtløbende vindmøller af den amerikanske vindrosetype ikke har nogen synderlig høj gennemsnitlig effektivitet. Det var danskeren Poul la Cour, der senere opdagede, at hurtigløbende vindmøller med få rotorblade er mere effektive til elfremstilling end langsomtløbende vindmøller.
I Vindformation nr. 24 gennemgås møllen og Charles F. Brushs liv og karriere. Artiklen kan downloades fra publikationssiden på dette websted.
Scientific Americans artikel om Brush-møllen
20. december 1890 bringer tidsskriftet Scientific American en detaljeret omtale af Brush-møllen.
Møllen udmærker sig navnlig ved, at den er fuldautomatisk elektrisk styret.
Principperne med relæer ændrer sig ikke meget ved efterfølgende generationer af vindmøller før omkring 1980, hvor møllestyringerne bliver udført med computere.
Hr. Brushs vindmølledynamoOversat fra Scientific American, 20. december 1890.
(Det er en god idé at klikke på billedet ovenover for at kunne have det ved siden af, og følge artiklens henvisninger)
Det er svært at skønne over hvilken virkningen en ny opfindelse vil få på både etableret praksis og på erhvervslivet. Af og til vil der komme en ny opfindelse, som vil påvirke en hel række tilknyttede opfindelser og erhverv, så veletablerede traditioner fuldstændig ændres, hvorved der opstår ny praksis og nye discipliner. Den kommercielle udvikling af elektricitet er et bemærkelsesværdigt eksempel på dette.
Efter at det med held er lykkedes hr. Brush at gennemføre elektrisk belysning i praksis ved hjælp af buelamper, kom glødelamper hurtigt frem og blev hastigt bragt til perfektion. Gaslys blev også forbedret på forskellig vis. Samtidig med dette blev eldistributionen drevet frem, og der kom vigtige forbedringer i de væsentligste maskiner, der bruges til at drive dynamoer. På dette punkt er der gjort meget både med damp- og vanddrevne anlæg. Vindkraft er ofte blevet foreslået til at drive dynamoer, men tilpasningen af vindmøllen til dette formål synes at have været et problem, som er fuldt af vanskeligheder. Få har vovet at gå løs på det, for problemet vedrører ikke blot drivkraften selv og dynamoen, men også den måde hvorpå man overfører rotorens kraft til dynamoen, samt apparatur til at regulere, lagre og anvende strømmen.
Med undtagelse af den gigantiske vindmølle og det elektriske anlæg som er vist i vores gravering, kender vi ikke til et vellykket system til elektrisk lys, som drives af vindkraft.
Den her viste mølle såvel som alt det elektriske apparatur, som bruges i denne forbindelse, og det meget komplette system, som giver resultaterne, er tegnet og udviklet efter planer fra hr. Charles F. Brush fra Cleveland, Ohio, og under hans personlige ledelse. Som et eksempel på gennemført ingeniørarbejde kan det ikke overgås.
Enhver nødsituation er der taget højde for, og alt apparaturet – lige fra den kæmpemæssige rotor til strømreguleringsenheden – er helt automatiske.
Læseren skal ikke tro, at elektrisk lys fra energi, der fremskaffes på denne måde, er billigt, fordi vinden er gratis. Tværtimod er omkostningen til anlægget så stor, at den mere end opvejer, hvor billig drivkraften er. Der er imidlertid en stor tilfredsstillelse ved at gøre brug af en af naturens mest uregerlige bevægelseskræfter.
Når man drager hen ad Euclid Avenue i den smukke by Cleveland vil man bemærke Mr. Brushs storladne residens, bagved hvilken og i nogen afstand inde i parken kan ses – monteret højt på et tårn – den umådeligt store rotor, som driver det elektriske anlæg, som vi har omtalt. Tårnet er af rektangulær form og omkring 60 fod højt. Det er monteret på en smedejernsaksel, som er 14 tommer i diameter og som går 8 fod ned i det massive murværk under jorden. Akslen rager 12 fod op over jorden og går ind i et leje i jernrammen i tårnet, idet vægten af tårnet, som er 80.000 pund bæres af en plade, der hviler på toppen af akslen. Pladen sidder fast på en svær gribeanordning, som er fæstnet til den nederste del af tårnets ramme.
I den øvre del al tårnet sidder rotorens hovedaksel. Denne aksel er 20 fod lang og 6 1/2 tomme i diameter. Den har selvsmørende lejer, som er 26 tommer lange og bærer hovedhjulet til remtrækket, der har en diameter på 8 fod og en bredde på 32 tommer. Rotoren, som er 56 fod i diameter er fastgjort til akslen og har 144 rotorblade, som er snoede ligesom på skibes skruepropeller. Rotorarealet er på ca. 1.800 kvadratfod, længden af halen, som drejer rotoren op mod vinden er 60 fod, og dens bredde er 20 fod. Møllen er gjort automatisk ved hjælp af en ekstra vindfane som går ud til den ene side, og som tjener til at krøje rotoren kantvis mod vinden under en kraftig storm. Vindfanen kan foldes ind mod tårnet parallelt med rotoren, så kanten af rotoren stilles mod vinden når maskineriet ikke er i brug. Den modsat roterende aksel under hovedakslen er 3 1/2 tomme i diameter, den er udstyret med et remhjul, som er 16 tommer i diameter med en bredde på 32 tommer, som modtager hovedremtrækket fra det 8 fods remhjul på rotorens hovedaksel. Dette er en dobbelt remtræk, som er 32 tommer bredt. Den modsat roterende aksel har to drivende remhjul, som hver er 6 fod i diameter, med en bredde på 6 1/2 tomme, og dynamoen er udstyret med en armaturaksel med remhjul i begge ender, som modtager remmene fra drivhjulene på den modsat roterende aksel.
Dynamoen, som er en af Mr. Brushs egne opfindelser, er monteret på en vertikalt glidende understøtning og er delvis udbalanceret med en vægtstang. Det ses, at den modsat roterende aksel hænger den fra hovedakslen i hovedremmen, og dynamoen hænger delvis i den modsat roterende aksel i drivremmene. På denne vis sikres altid det rette træk i remmene, idet den totale belastning på dynamoremmene er på 1.200 pund og på hovedremmen 4.200 pund. Enderne af den omvendt roterende aksel sidder i glidende lejer, der er forbundet med balancerende vægtstænger, som får begge ender af akslen til at bevæge sig i samme retning. Remhjulene har et sådant indbyrdes forhold, at dynamoen udfører halvtreds omdrejninger hver gang rotoren drejer en omgang. Dynamoens omdrejningshastighed er ved fuld last på 500 omdrejninger i minuttet, og dens normale kapacitet ved fuld last er 12.000 Watt.
De automatiske indkoblingsanordninger er indrettet således, at dynamoen går i egentlig drift ved 330 omdrejninger pr. minut, og der findes en automatisk regulator, som ikke tillader den elektromotoriske kraft at nå over 90 volt ved nogen hastighed. Ladekredsløbet er indrettet, så det automatisk tilsluttes ved 75 volt og afbrydes ved 70 volt. Børsterne på dynamoen løftes automatisk når belastningen ændres. Dynamoens felt er lettere sammensat. Strømmen løber fra dynamoen til kontaktsko af poleret og hærdet stål, som bæres af en tværgående bjælke på tårnet, skoene glider på ringformede plader, som omgiver midterakslen. Elektriske ledere går under jorden fra disse plader til beboelsen. For at beskytte mod ekstraordinært højt vindpres er tårnet i hvert hjørne forsynet med en arm, som peger nedad og udad og som bærer et skinnehjul som er anbragt meget nær, men ikke i kontakt med den cirkulære skinne som er anbragt med den bærende aksel i centrum. Normalt rører skinnehjulene ikke sporet, men når vinden er meget kraftig, kommer de i kontakt med sporet og aflaster midterakslen fra yderligere belastning.
I kælderen i hr. Brushs hus er der 408 hjælpebatterier, som er arrangeret i tolv batterier på hver 34 celler; disse 12 batterier lades og aflades parallelt; hver celle har en kapacitet på 100 amperetimer. Beholderne som indeholder batteriernes elementer er af glas, og hver celles væske er dækket af et lag “mineralseglolie”, som er en kvart tomme tykt, hvilket helt forhindrer fordampning og sprøjt og forhindrer al lugt. De automatiske reguleringsanordninger vises i et af felterne i vores gravering. Ved 1 vises de voltmetre og amperemetre, som bruges til at måle lade- og afladestrømmene; ved 2 er der vist et antal indikatorer, en for hver batteri; 3 viser en elektrisk styret kontakt, hvormed strømmen kan afbrydes fra eller sluttes til husets elnet ved at trykke på knapper i forskellige dele af huset; 4 viser en jorddetektor, som er forbundet med midten af batteriet og med jorden, så hvis lederen fra en af batteriets ender bliver forbundet med jord, vil det blive vist ved at viseren bevæger sig i den ene eller den anden retning fra skalaens nulpunkt, idet det således ikke alene vises, at batteriet er jordforbundet, men også den jordforbundne pol vises; 5 er en strømlækdetektor, som er forbundet med lampekredsløbene og indrettet, så den viser enhver lækage fra en leder til den anden; ved 6 vises en relægruppe, som betjener den automatiske modstand vist ved 7. Denne modstand er placeret mellem batterierne og husets elnet og er indrettet, så den holder spændingen på lamperne konstant hele tiden. I denne anordning bliver den rette modstand sikret ved hjælp af kulpulver, som sættes under varierende pres, idet den nødvendige bevægelse udføres ved hjælp af hydrauliktryk styret af relæerne.
Huset er forsynet med 350 elpærer, der varierer fra 10 til 50 lys i styrke. De mest benyttede pærer er fra 16 til 20 lys i styrke; omkring 100 pærer benyttes dagligt. Ud over disse elpærer er der to buelamper og tre elektromotorer. Det kan konstateres efter fortsat brug af dette elektriske anlæg, at hvad der kræves af tilsyn for at holde det i arbejdsduelig tilstand er stort set ingenting. Det har være i konstant drift i mere end to år og har på alle måder været en fuldendt succes.