Ветер
Шрифт:
Когда точно появились первые ветряки в Европе, неизвестно. Но уже в 1105 году один французский монастырь получил от короля разрешение на устройство ветряной мельницы.
Рис. 14. Старейшая ветряная мельница в Европе.
С тех пор ветряки широко распространились по всем европейским странам. Много было ветряков и в древней Руси.
Главное применение ветряных мельниц — перемалывание зерна в муку.
Основная часть такой мельницы — ветровое
При ветре в четыре-пять метров в секунду ветровое колесо мельницы вместе с валом начинает вращаться. От вала вращение через пару конических шестерен передается жернову, перемалывающему зерно. С изменением направления ветра крылья мельницы (вместе с ее крышей или вся мельница) с помощью несложного приспособления поворачиваются в наветренную сторону.
Первое значительное усовершенствование ветряных мельниц было сделано во второй половине прошлого века. Крылья ветряков стали делать из металла, более узкие и меньших размеров (три — шесть метров длины). Некоторые типы ветродвигателей стали иметь значительно большее число (до шестидесяти четырех) этих узких металлических крыльев (или лопастей), так что они образовали сплошной круг (рис. 15). Благодаря этому ветряки стали работать при слабых ветрах (два с половиной — три метра в секунду).
Рис. 15. Многолопастный ветродвигатель конца прошлого века системы инж. Давыдова.
Был предложен целый ряд различных типов ветродвигателей. По конструкции ветрового колеса и потому, как расположено оно в потоке ветра, их можно разбить на четыре группы: карусельные, барабанные, роторные и крыльчатые.
Устройство двигателей карусельного и барабанного типов ясно видно на рисунке 16.
Рис. 16. Ветродвигатель карусельного (слева) и барабанного (справа) типов.
Часть лопастей (вращающихся против ветра) ветровых колес этих двигателей постоянно закрыта щитом. Из рисунка видно, что ветровое колесо барабанного типа работает, как колесо водяной мельницы, а ветродвигатель карусельного типа, действительно, напоминает ярмарочную карусель.
Колесо роторного ветродвигателя состоит из двух пустотелых полуцилиндров (рис. 17); они закрепляются на вертикальной оси так, что сдвинуты друг относительно друга.
Рис. 17. Роторный ветряк.
Это — металлический цилиндр, разрезанный на две половинки, но так, что одна половинка сдвинута немного вправо, а другая — влево. Благодаря такому расположению полуцилиндров ветер всегда давит на внутреннюю поверхность одного из них, именно того, который находится в данный момент своей внутренней стороной к ветру. В результате возникает постоянное вращение ротора.
Все эти три типа ветродвигателей тихоходны; они ломаются при сильных ветрах, так как имеют большую поверхность вращающихся частей. Коэффициент использования энергии ветра у них очень мал — от десяти до восемнадцати процентов.
Наилучшим типом ветродвигателя является четвертый — крыльчатый, самым древним образцом которого и является обыкновенная ветряная мельница. Усовершенствованием таких ветряков и занимаются сейчас инженеры-конструкторы ветродвигателей.
Крыльчатые ветродвигатели бывают быстроходные — с малым числом лопастей ветрового колеса, и тихоходные — многолопастные.
Лучшие образцы современных крыльчатых ветродвигателей используют до сорока двух процентов голубого угля.
А вот очень интересное использование энергии ветра для движения на воде.
Взгляните на рисунок 18.
Вы видите корабль с двумя высокими трубами. Но это не дымовые трубы, а… двигатели судна!
Рис. 18. Судно с вращающимися трубами.
Цилиндрическая труба этого судна с помощью небольшого моторчика — в пятнадцать лошадиных сил — приводится во вращательное движение. Чтобы лучше понять, что при этом происходит, посмотрите на схему внизу рисунка 18. Когда труба начинает вращаться, она увлекает за собой прилегающий к ней тонкий слой воздуха. Если теперь на вращающуюся трубу подует ветер, то направление движения этого ветра с одной стороны трубы совпадет с движением самой трубы (а значит, и с направлением вызванного вращением трубы ветра), а с другой, наоборот, будет противодействовать движению трубы и вызванному ее движением ветру. Благодаря такому столкновению двух потоков воздуха с одной стороны трубы будет происходить накопление частиц воздуха, и его давление на трубу здесь увеличится.
Судно начинает двигаться! Скорость такого судна может достигать пятнадцати — двадцати километров в час.
Итак, мы видим, что энергия голубого угля может быть использована в самых различных двигателях. Но вот тут-то и приходится вспомнить об основном недостатке энергии ветра — о его непостоянстве.
Ветер — это самая непостоянная стихия. То его нет, а то задует очень сильно. Никогда также нельзя быть уверенным, будет ли дуть ветер еще час, пять часов или несколько дней. Человек не может быть уверен в том, что он сможет использовать ветер в нужное ему время, а не только тогда, когда ветер дует.
Каким же образом решается задача использования ветра в настоящее время?
Долгое время — до начала двадцатого века — строительство новых ветряков было чисто практическим делом. Теории ветряного двигателя не существовало.
Конструкторы «ветряных машин» работали вслепую. Каждый из них полагался только на собственный опыт. Но вот этим делом занялся великий русский ученый Николай Егорович Жуковский. И вскоре в стенах Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), в Москве, им впервые в мире была разработана теория совершенного ветродвигателя.
Искусство строения ветряных двигателей стало наукой! В ЦАГИ, по указанию В. И. Ленина, начались широкие научно-исследовательские работы по освоению дешевой и богатой энергии голубого угля.
Работы ЦАГИ продолжили Центральный ветроэнергетический институт (ЦВЭИ), Всесоюзный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (ВИМЭ), Всесоюзный институт сельскохозяйственного машиностроения (ВИСХОМ) и другие научные учреждения нашей страны.
За годы сталинских пятилеток ученики и последователи Жуковского — Сабинин, Ветчинкин, Красовский и другие — создали десятки самых различных типов ветряков, простых, дешевых и удобных в работе.