Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
В различных областях техники широкое применение находят так называемые сопла. Это обычно короткие трубы с широким входным отверстием, которое постепенно и плавно сужается. Подобные сопла можно встретить в паровых турбинах, в аэродинамических трубах и т. п.
Когда пар или воздух, поступающие через широкое отверстие сопла, проходят его суженную часть, скорость их значительно возрастает. Это явление объясняется известным принципом Бернулли. Голландский математик Даниил Бернулли, живший в XVIII столетии, установил весьма интересный принцип, который гласит:
«Если жидкость протекает по каналу, имеющему сужения и расширения, то в узких частях канала она течет быстрее и давит на стенки его слабее, чем в широких местах».
Этот интересный принцип можно применить и к устройству ветроэлектрических станций. Известно, что скорость ветра возрастает по мере удаления от земной поверхности; у земли же она не особенно велика. А между тем энергия ветра пропорциональна его скорости в третьей степени. Это значит, что если скорость ветра удваивается, то энергия его возрастает в восемь раз.
Попробуем теперь представить, как можно было бы применить сопловые устройства к ветровым двигателям, чтобы повысить их мощность.
В настоящее время уже существуют двигатели, у которых диаметр ветрового колёса достигает 30 метров. Такому огромному винту будет соответствовать сопло с диаметром широкого отверстия в 50 метров. Лучше всего соединить два таких сопла их узкими отверстиями в один агрегат. Получится труба, плавно суживающаяся к середине и расширяющаяся к обоим концам. Винт устанавливается в узкой части этой трубы. Чтобы уменьшить сопротивление воздушным потокам, труба изнутри делается гладкой и покрывается специальным лаком. Все это сооружение покоится на легких, но прочных металлических фермах. В основании такого агрегата находится поворотный механизм, который автоматически устанавливает трубу вместе с винтом по направлению ветра.
Расчеты показывают, что если скорость ветра составляет, например, 4 метра в секунду, то скорость воздушных потоков в узкой части сопла почти в три раза больше. Таким образом, винт ветрового двигателя вращается воздушным потоком, скорость которого достигает почти 12 метров в секунду.
Так может выглядеть отдельный ветросиловой агрегат. В будущем он сможет найти применение в совхозах и колхозах, на небольших промышленных предприятиях.
Для создания же мощной ветроэлектрической станции потребуется соединение нескольких таких агрегатов в одной ветровой плотине. Такая плотина строится на круглой бетонной площадке, где по кругам концентрически проложены рельсы. плотина, опирающаяся колесами на эти рельсы, сможет автоматически поворачиваться вокруг своей центральной оси, устанавливаемой по направлению к ветру.
В центре всего этого сооружения возвышается башня, в которой сосредоточено все управление. Отсюда можно регулировать поворот плотины, включать и выключать отдельные агрегаты.
Здесь же, в центре сооружения, сходятся все кабели, идущие от отдельных генераторов. Отсюда электроэнергия поступает в подземную распределительную станцию.
Чтобы не строить вблизи плотины зданий, которые могли бы препятствовать свободному подходу ветра, можно расположить все подсобные помещения, а также аккумуляторную станцию под землей.
Если объединить в ветровой плотине котя бы десять агрегатов, то при скорости ветра 8 метров в секунду можно было бы снимать мощность более 20 тыс. л. с.
Такие крупные ветроэлектрические сооружения целесообразно строить в открытых местностях, особенно на морских побережьях, где обеспечен свободный и постоянный подход ветра и где скорость его весьма значительна.
В северных районах страны, прилегающих к Ледовитому океану, использование энергии рек для устройства гидростанций затруднено тем, что зимой местные реки промерзают очень глубоко. В то же время здесь большую часть года дуют постоянные ветры. Массовое использование этой анергии будет способствовать быстрому хозяйственному развитию Севера.
Однако в северных условиях ветросиловые установки требуют защиты от снежных заносов, обледенения и пр. Для Севера можно предложить несколько иное устройство ветродвигателя, чем в первом случае. Как оно может выглядеть? Два сопла своими узкими отверстиями закрепляются в рабочей камере, которая расширяется книзу здесь в горизонтальном положении монтируется ветросиловое колесо вместе с генератором. Эта же нижняя часть рабочей камеры имеет широкие прямоугольные шахты, открытые для ветровых потоков.
Как же действует такая установка? Скоростные воздушные потоки, проходя сопло, с большой скоростью врываются в рабочею камеру, откуда устремляются в узкое отверстие второго сопла.
Таким образом, через камеру воздушные потоки проходят очень быстро, благодаря чему здесь создается разрежение. Оно передается вниз, где находится ветровое колесо, и здесь также создается разрежение, которое способствует сильному притоку воздуха через шахтовые отверстия. Этот воздушный приток и приводит в движение винт.
Поворот соплового устройства по направлению ветра производится автоматически, силой самого ветра. Весь агрегат окружается со всех сторон густым деревянным забором, который защищает его от снежных заносов, А снежинки, попадающие в сопло, проносятся воздушным потоком через рабочую камеру и, нигде не задерживаясь, вылетают через второе сопло. Обледенение же можно предотвратить посредством электрообогрева.
Нетрудно видеть, что такой агрегат работает по принципу пульверизатора. По этому же принципу можно построить и передвижную ветроэлектрическую станцию.
Представьте себе судно, верхняя палуба которого не имеет никаких надстроек и представляет собой гладкую, хорошо отполированную поверхность. В палубе устроены круглые отверстия — люки, закрытые решеткой. Каждый люк снабжен вращающимся козырьком, который устанавливается против ветра. Благодаря этому над люком создается разрежение. Все люки входят в общий трюм, где под каждым отверстием находится горизонтально расположенное ветровое колесо вместе с генератором.
Вокруг судна по его бортовой части устроены длинные прорези, в которые всасывается наружный воздух. Всасывание происходит благодаря тому, что над люками создается разрежение, которое передается в трюм. Всасываемый воздух приводит в движение ветровые колеса и выходит через люки наверх.
Такие передвижные станции удобны в тех случаях, когда обслуживаемые ими объекты передвигаются вдоль берега с места на место.
источник: П. ГРОХОВСКИЙ, Рисунки Н. ПРЕОБРАЖЕНСКОГО «Окно в будущее. Ветровые плотины» «Техника-молодежи» 07-08/1939
