Текст книги "Ветер и его использование"
Автор книги: А. Кармишин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 3 страниц)
Возникает заманчивая мысль об использовании энергии воздушных потоков. Её преимущества очевидны – энергия ветра огромна, она имеется всюду, её не нужно добывать, подобно углю, из шахт.
Как же человек использует энергию «голубого угля»?
1. НЕМНОГО ИСТОРИИ
Каждому известно, что идти против ветра значительно труднее, чем по ветру. По-видимому, это ещё в глубокой древности и привело людей к мысли об использовании силы ветра. Надо полагать, что прежде всего сила ветра была использована для перемещения простейших лодок на воде. К плоту или лодке прикреплялся парус – обычно большой кусок ткани. Ветер, давя на поверхность паруса, двигал лодку.
Так возникли парусные суда, на которых в течение столетий люди плавали по рекам и озёрам, пересекали моря и океаны.
С развитием ремесленного труда сила ветра стала широко применяться в простейших машинах– ветряных двигателях.
Первые ветродвигатели были устроены очень просто.
Представьте себе горизонтальное бревно – вал с двумя
крестовинами на концах. К крестовинам прикреплены продольные доски-лопасти. Вал помещается в двух опорах, укреплённых на столбах. Ветроколесо такого простейшего ветродвигателя (рис. 17) очень похоже на общеизвестное водяное колесо; работа его также напоминает работу водяного колеса.
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.
Обычно у поверхности земли воздушный поток вследствие различных препятствий бывает неравномерным, ослабленным, поэтому ветровое колесо устанавливают на высокой мачте или башне, выше препятствий.
По устройству ветровых колёс современные крыльча-тые ветродвигатели делятся на быстроходные и тихоходные.
У тихоходного ветродвигателя ветровое колесо состоит из большого числа лопастей (рис. 25). Оно легко трогается с места. Благодаря этому тихоходный ветродвигатель удобен для работы с поршневым насосом и другими машинами, требуюш^ими при пуске в работу большое начальное усилие.
Тихоходные ветродвигатели в основном используются в районах, где скорость ветра в среднем не превышает 4,5 метра в одну секунду. Все механизмы многопластных ветродвигателей, как правило, несколько проще, чем у быстроходных. Однако ветровые колёса тихоходных ветродвигателей представляют собой довольно громоздкие конструкции. При больших размерах таких колёс трудно создать необходимую устойчивость, особенно при высоких скоростях ветра. Поэтому вяастояш.ее время многолопастные ветродвигатели строятся с диаметрами ветровых колёс не более 8 метров. Мощность такого ветродвигателя достигает 6 лошадиных сил. Этой мощности вполне достаточно для того, чтобы подавать на поверхность воду из скважин глубиной до 200 метров.
Быстроходные ветродвигатели имеют в ветровом колесе не более четырёх крыльев с обтекаемым профилем (см., например, рис. 27). Это даёт возможность им хорошо выдерживать очень сильные ветры. Даже при сильном и порывистом ветре хорошо устроенные механизмы регулирования создают равномерное вращение ветровых колёс быстроходных ветродвигателей.
Эти положительные особенности быстроходных ветродвигателей позволяют им работать при переменном ветре любой силы.
Рис. 25. Современный многолопастный ветродвигатель ТВ-5 мощностью до 2,5 лошадиной силы.
Поэтому быстроходные ветродвигатели могут строиться с очень большими диаметрами ветровых колёс, достигающими пятидесяти и более метров и развивающими мощность несколько сот лошадиных сил.
Благодаря высокой и устойчивой равномерности у ветровых колёс быстроходные ветродвигатели используются для привода самых разнообразных машин и электрических генераторов. Современные быстроходные ветродвигатели являются универсальными машинами.
Сравнение ветродвигателей различных систем удобно производить, вводя понятие о нормальной быстроходности. Эта быстроходность определяется отношением окружной скорости на внешнем конце вращающейся лопасти при скорости ветра 8 метров в секунду к скорости воздушного потока.
Лопасти карусельных, роторных и барабанных ветродвигателей при работе перемещаются вдоль воздушного потока и скорость любой их точки никогда не может быть больше скорости ветра. Поэтому нормальная быстроходность ветродвигателей этих типов будет всегда меньше единицы (так как числитель будет меньше знаменателя).
Ветровые колёса крыльчатых ветродвигателей вращаются поперёк направления ветра, а поэтому скорость движения концевых частей у их крыльев достигает больших величин. Она может быть в несколько раз больше скорости воздушного потока. Чем меньше лопастей и лучше их профиль, тем меньшее сопротивление испытывает ветровое колесо. Значит, тем быстрее оно вращается. Лучшие образцы современных крыльчатых ветродвигателей имеют нормальную быстроходность, достигающую девяти единиц. Большинство ветродвигателей заводского производства имеет быстроходность, равную 5—7 единицам. Для сравнения отметим, что даже лучшие крестьянские мельницы имели быстроходность, равную всего 2—3 единицам (и в этом смысле они являются более совершенными, чем карусельные, роторные и барабанные ветродвигатели).
С ростом числа лопастей у ветрового колеса увеличивается его способность трогаться с места при небольших скоростях ветра. Поэтому многолопастные крыльчатые ветродвигатели, у которых суммарная площадь лопастей составляет 60—70 процентов от ометаемой поверхности (см. рис. 20) ветрового колеса, вступают в работу при скоростях ветра 3—3,5 метра в секунду.
Быстроходные же ветродвигатели с малым числом лопастей трогаются с места при скоростях ветра от 4,5 до 6 метров в секунду. Поэтому их приходится пускать в работу или без нагрузки или при помощи специальных устройств.
Хорошее трогание с места и простота конструкции карусельных, роторных и барабанных ветродвигателей подкупают многих изобретателей и конструкторов, которые считают их идеальными ветродвигателями. В действительности, однако, эти машины имеют ряд существенных недостатков. Эти недостатки затрудняют их использование даже с такими распространёнными и простыми машинами, как поршневые насосы и жерновые мукомольные установки.
Ветродвигатели с приёмниками энергии ветра роторного типа очень плохо используют энергию воздушного потока, коэффициент использования энергии ветра у них в 2—2,5 раза меньше, чем у крыльчатых ветродвигателей. Поэтому при равных ометаемых лопастями поверхностях крыльчатые ветродвигатели могут развить мощность в 2– 2,5 раза большую, чем карусельные, роторные и барабанные ветросиловые установки.
Ветродвигатели роторного типа в настоящее время используются лишь в виде небольших кустарных установок мощностью до 0,5 лошадиной силы. Например, они находят применение для привода в движение различных вентиляционных устройств в помещениях для скота, кузницах и других производственных помещениях в сельском хозяйстве.
От чего зависит мощность ветродвигателя?
Мы знаем, что энергия воздушного потока непостоянна, поэтому любой ветряной двигатель имеет переменную мощность. Мощность любого ветродвигателя зависит от скорости ветра. Установлено, что при увеличении скорости ветра в два раза мощность на крыльях ветродвигателя увеличивается в 8 раз, а при росте скорости воздушного потока в 3 раза мощность ветродвигателя увеличивается в 27 раз.
Мощность ветродвигателя зависит также и от величины приёмника энергии ветра. В этом случае она пропорциональна той площади, которую ометают лопасти ветрового колеса или ротора. Например, у крыльчатых ветродвигателей ометаемая лопастями поверхность будет площадью круга, который описывает конец лопасти за один полный оборот. У барабанных, карусельных и роторных ветродвигателей ометаемая лопастями поверхность представляет площадь прямоугольника с высотой, равной длине лопасти, и с шириной, равной расстоянию между наружными кромками противоположных лопастей.
Однако любое ветровое колесо или ротор превращает в полезную механическую работу лишь часть энергии воздушного потока, проходящего через ометаемую лопастями поверхность. Эта часть энергии определяется коэффициентом использования энергии ветра. Величина коэффициента использования энергии ветра всегда меньше единицы. У лучших современных быстроходных ветродвигателей этот коэффициент достигает 0,42. У серийных заводских быстроходных и тихоходных ветродвигателей коэффициент использования энергии ветра обычно равен 0,30—0,35; это значит, что примерно лишь одна треть энергии воздушного потока, проходящего через ветровые колёса ветродвигателей, превращается в полезную работу. Остальные две трети энергии остаются не использованными.
Советский учёный Г. X. Сабинин на основании расчётов установил, что даже у идеального ветряка коэффициент использования энергии ветра равен только 0,687.
Почему же этот коэффициент не может быть равным или даже близким к единице?
Объясняется это тем, что часть энергии ветра затрачивается на образование вихрей у лопастей и скорость ветра за ветроколесом падает.
Таким образом, фактическая величина мощности ветродвигателя зависит от коэффициента использования энергии ветра. Мощность ветродвигателя пропорциональна его значению. Это значит, что с увеличением коэффициента использования энергии ветра увеличивается мощность ветродвигателя, и наоборот.
Барабанные, карусельные и роторные ветродвигатели с простейшими лопастями имеют очень низкие коэффициенты использования энергии ветра. Их значения колеблются в широких пределах от 0,06 до 0,18. У крыльчатых же двигателей этот коэффициент находится в пределах от 0,30 до 0,42.
Кроме этого, полезная мощность любого ветродвигателя пропорциональна ещё коэффициенту полезного действия механизма передачи, а также плотности воздуха. Обычно коэффициент полезного действия механизмов современных ветродвигателей равен от 0,8 до 0,9.
Из сказанного о мощности ветродвигателя следует, что при данном ветре тот ветродвигатель будет иметь более высокую мощность, у которого через поверхность, ометаемую крыльями, протекает наибольшее количество воздушного потока, а лопасти ветроколеса имеют хорошо обтекаемый профиль.
4. КАК СОВРЕМЕННЫЕ ВЕТРОДВИГАТЕЛИ БОРЮТСЯ С «КАПРИЗАМИ» ВЕТРА
В дореволюционной России не было промышленности, производящей ветродвигатели; они строились лишь кустарным способом. Но мысль о способе наилучшего, наивыгоднейшего использования энергии ветра зародилась в России.
Великий русский учёный, «отец русской авиации», профессор Н. Е. Жуковский (1847—1921) создал также теоретические основы ветродвигателя. Его замечательные труды только при советской власти нашли практическое применение.
По инициативе Н. Е. Жуковского и при поддержке В. И. Ленина в 1918 году был организован в Москве Центральный аэро-гидродинамический институт (ЦАГИ). Здесь и были построены первые отечественные быстроходные ветродвигатели.
На основе трудов проф. Н. Е. Жуковского его ученики проф. В. П. Ветчинкин (1888—1950), заслуженный деятель науки и техники проф. Г. X. Сабинин и проф. Н. В. Красовский разработали теоретические основы конструирования высококачественных современных ветродвигателей, а проф. Е. М. Фатеев разработал основы правильной экс-плоатации их в сельском хозяйстве.
Советские конструкторы создали оригинальные и ещё непревзойдённые по своим качествам быстроходные ветродвигатели мощностью от нескольких десятков ватт до нескольких тысяч киловатт.
Цельнометаллические ветродвигатели заводского производства, в отличие от рассмотренных деревометалличе-ских ветросиловых установок, имеют специальные устройства для борьбы с «капризами» ветра.
Всем известно, что ветер может менять своё направление и скорость по нескольку раз в сутки.
Простейшие барабанные ветродвигатели имели приёмник энергии ветра, который жёстко, раз навсегда устанавливался в каком-либо одном положении. Карусельные и роторные ветродвигатели работоспособны при любом направлении ветра, но они, как и ветродвигатели барабанного типа, не защищены от возможных разрушений при сильном ветре. Простейшая ветряная мельница может нормально работать только в присутствии человека. Человек должен следить за ветром и во-время устанавливать ветровое колесо в нужное положение. Если ветряная мельница большая, то для установа колеса на ветер необходимо не менее двух человек, если она не имеет специального ворота (простейшей машины для подъёма груза). При дальнейшем развитии техники строительства ветродвигателей стали стремиться использовать силу ветра не только для вращения ветрового колеса, но и для автоматической его установки против ветра, как это можно видеть у обычного флюгера, показывающего направление ветра. Для этого к задней части поворотной головки стали прикреплять хвост, состоящий из длинного штока или специальной фермы с поверхностью на конце, которую называют оперением хвоста (см. рис. 24).
Если ветер менял своё направление, хвост автоматически поворачивал головку. Ветровое колесо вновь устанавливалось в лоб к ветру. Так появилось простейшее устройство для поворота ветрового колеса на ветер без вмешательства человека. У современных ветродвигателей хвосты рассчитываются так, чтобы они начинали поворачивать головку с ветровым колесом на ветер, когда его направление изменится на угол около 10 градусов.
Для поворота головок больших ветродвигателей иногда делают оперение хвоста в виде двух или трёх вертикальных поверхностей, поставленных параллельно на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 27).
У других систем ветродвигателей роль хвоста выполняет само ветровое колесо. Оно устанавливает себя против ветра, как только ветер меняет своё направление. Для этого ветровое колесо помещается не впереди башни, а за башней. В этом случае колесо, как флюгер, автоматически следует за ветром.
При больших размерах ветрового колеса резкие повороты хвостом могут вызвать поломку крыльев. Поэтому при помощи хвостов обычно устанавливают на ветер только небольшие ветровые колёса с диаметрами до 18 метров.
Для поворота на ветер больших ветровых колёс современных быстроходных ветродвигателей применяются другие остроумные устройства. Они при любом ветре аккуратно и плавно выводят ветровое колесо на ветер.
Наиболее распространены устройства, состоящие из двух многолопастных ветровых колёс, помещающихся на задней части фермы головки. Такие устройства называются виндрозами. Виндрозы расположены так, что если ветер дует в лоб рабочему колесу, они оказываются расположенными ребром к направлению ветра и стоят неподвижно. Когда же ветер дует сбоку, виндрозы приходят в движение и передаточным механизмом поворачивают головку с ветровым колесом на ветер до тех пор, пока оно не станет строго против ветра (рис. 26). В это время виндрозы вновь расположатся ребром к ветру и остановятся, пока ветер снова не изменит своё направление,
Обычно виндрозные механизмы поворачивают головку относительно башни с очень небольшой скоростью один полный оборот за несколько минут.
У крупных ветродвигателей головка устанавливается на ветер при помощи электромотора, управляемого небольшим флюгером. При изменении направления ветра флюгер поворачивается и замыкает электрическую линию, включая автоматически электромотор.
Электромотор остановится лишь при разъединении линии. А это произойдёт тогда, когда флюгер расположится вдоль воздушного потока, а ветровое колесо – в лоб к ветру.
Таковы основные устройства у современных ветродвигателей для автоматического поворота ветрового колеса на ветер.
Однако ветер может менять не только своё направление, но и скорость. Следовательно, меняется и сила давления на ветровое колесо. С увеличением скорости ветра увеличивается число оборотов ветрового колеса. Они могут достигнуть больших значений. Это опасно не только для прочности колеса, но и для всей установки и приключённых к ней машин.
Чтобы избежать этого, современные ветродвигатели снабжаются специальными устройствами, которые вступают в действие при большой скорости ветра. Они следят за тем, чтобы при дальнейшем усилении ветра число оборотов ветрового колеса не увеличивалось, а в случае бури останавливалось.
Наиболее простой метод ограничения оборотов у ветрового колеса заключается в том, что оно при ветре с определённой скоростью начинает частично выходить из-под ветра.
По мере увеличения скорости ветра ветровое колесо поворачивается на всё более значительный угол, а при буре располагается ребром к воздушному потоку и останавливается. При этом растягиваются регулирующие пружины или поднимается специальный груз, которые при уменьшении скорости ветра вновь выводят ветровое колесо на ветер.
Регулирование оборотов путём вывода всего ветрового колеса из-под ветра применяется обычно лишь у тихо-
ходных ветродвигателей с небольшими ветровыми колёсами.
Для регулирования оборотов у больших быстроходных ветродвигателей из-под ветра выводят не ветровые колёса, а отдельные крылья или их концевые части, равные или полной длины крыла.
В настоящее время наиболее совершенным является регулирование быстроходных ветродвигателей при помощи особых обтекаемых поверхностей – стабилизаторов, которые на стойках прикрепляются кповоротным частям крыльев. Стабилизаторы управляются центробежными грузами, находящимися внутри крыльев. Грузы очень чувствительны к изменениям оборотов у ветрового колеса, а следовательно, и к скорости ветра. Незначительное перемещение центробежных грузов вызывает поворот стабилизаторов, на которых при этом возникает сила от встречного ветра, поворачивающая концы лопастей подобно тому, как маленький руль поворачивает большую лодку. При выходе поворотных частей крыльев из-под ветра число оборотов ветрового колеса уменьшается.
Это оригинальное регулирование разработано советскими учёными и конструкторами под руководством заслуженного деятеля науки и техники проф. Г. X. Сабинина и проф. Н. В. Красовского. Оно применяется у большинства современных быстроходных ветродвигателей мощностью от 10 до 1000 киловатт.
Изобретатель А. Г. Уфимцев и проф. В. П. Ветчин-кин предложили регулирование оборотов у ветровых колёс быстроходных ветродвигателей путём вывода из-под ветра крыльев за счёт давления на них воздушного потока. При сильном ветре крылья, как флюгеры, могут поворачиваться относительно осей махов, свободно пропуская воздушный поток. Необходимая равномерность оборота ветроколеса с этим регулированием достигается за счёт работы так называемого инерционного аккумулятора, говоря проще, маховика, включаемого в трансмиссию. Быстро вращаясь, диск аккумулятора поглощает избыток энергии при возрастании скорости ветра и отдаёт эту энергию рабочим машинам при снижении скорости ветра. Такое регулирование установлено, например, у ветродвигателей 1-Д-18 системы Уфимцева-Ветчинкина (рис. 27).
у небольших быстроходных ветродвигателей поворот крыльев осуществляется за счёт дополнительных центробежных сил, которые возникают на специальных грузах, закреплённых у крыльев вблизи вала ветроко-леса.
Это простейшее по выполнению и весьма оригинальное по замыслу устройство было предложено лауреатом Ста-линской премии В. С. Шаманиным.
Таковы основные автоматические механизмы современных крыльчатых ветродвигателей, при помощи которых ветровые колёса устанавливаются на ветер и удерживают заданные обороты при больших его скоростях.
5. ВЕТРОДВИГАТЕЛИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Современные ветродвигатели являются вполне совершенными энергетическими установками. При их помощи от непостоянного ветра можно получить полезную энергию для механизации разнообразных производственных процессов.
Современные ветродвигатели выгодно отличаются от других энергетических установок тем, что не требуют топлива. Это имеет исключительное значение для тех районов нашей страны, где запасы местного топлива невелики.
Так, эксплоатация быстроходных ветроэлектрических станций в хозяйствах Главного управления Северного морского пути показала, что в условиях Крайнего Севера ветроэлектростанции с успехом могут обеспечивать выработку почти всей необходимой энергии. Топливные двигатели пускались в работу лишь при ремонтах ветродвигателей.
Ветросиловые установки нужно использовать в первую очередь там, где производственные процессы без ущерба допускают перерывы, которые могут быть вызваны периодами штиля, слабого ветра или бурь. К таким производствам относится большинство сельскохозяйственных работ: водоснабжение, переработка зерна, приготовление корма, молотьба, осушение заболоченных земель, орошение, механизация разнообразных кустарных производств и промыслов.
Эффективность использования ветродвигателей в сельском хозяйстве была отмечена ещё В. И. Лениным. В 1918 году в «Набросках плана научно-технических работ» он дал указание Академии Наук использовать «Водные силы и ветряные двигатели вообще и в применении к земледелию».
В постановлении Совета Министров Союза ССР и ЦК ВКП(б) от 18 апреля 1949 года о трёхлетнем плане развития общественного и совхозного продуктивного животноводства указывается на большое хозяйственное значение ветродвигателей для механизации трудоёмких сельскохозяйственных работ.
Известно, что наиболее трудоёмкой работой на животноводческой ферме является обеспечение животных водой.
Современные ветронасосные установки с успехом могут использоваться для механизации сельскохозяйственного
Рис. 28. Схема ветронасосной установки сельскохозяйственного
типа.
водоснабжения. До 75 процентов необходимой для этого энергии может быть получено от ветра.
Простейшая и оправдавшая себяветронасосная установка сельскохозяйственного типа (рис. 28) состоит из много-
лопастного ветродвигателя (марки ТВ-5 или ТВ-8 с диаметрами ветровых колёс 5и8 метров), трансмиссия которого соединяется со штангой насоса простого действия. Насос опущен в трубчатый или шахтный колодец. Цилиндр насоса прикрепляется к нижнему концу колонны нагнетательных труб, которая подвешивается к переходной коробке, установленной на дне насосной шахты. От переходной коробки вода по трубопроводу, проложенному в земляной траншее, подаётся в бак водонапорной башни. Отсюда она по разводящей трубе поступает к водоразборным колонкам или к автопоилкам в помещениях для скота.
Утеплённый водонапорный бак вместимостью до 25 кубических метров является неотъемлемой частью любой ветронасосной станции сельскохозяйственного типа. При помощи водонапорного бака не только создаётся необходимый запас воды на периоды безветрия, но и регулируется потребление воды. Одновременно в водонапорном баке хранится необходимый запас воды для противопожарных мероприятий.
