ваемую ветродвигателем. Для установки ветродвигателя на ветер его стойка 9 имеет колеса, движущиеся по круговым рельсам 10. В передней части рамы предусмотрена установка защитного кожуха и, служащего для уменьшения ударного воздействия потока на лопасти в момент их открытия.

Рис. 12. Парусный ветродвигатель Н. А. Шутеева: / — рама, 2 — опорные колеса, 5 — п,епь, 4 — лопасти (паруса), 5 — оси, 6 — стопорные растяжки, 7 — трос, 8 — поворотная ось, 9 — стойка, 10 — круговые рельсы, — защитный кожух.

Недостатки этого ветродвигателя очевидны: сложность, громоздкость, малый к. п. д., а также необходимость ручной регулировки наклона рамы и установки на ветер.

Роторные ветродвигатели

Ряд изобретателей вместо плоских лопастей или же выполненных в виде паруса предлагают вращающуюся ветроприемну11> часть двигателя (ротор) выполнять в виде различных криволинейных поверхностей.

Такие двигатели называются роторными. Один из них (рото) Савониуса) с криволинейными поверхностями, выполненными з виде полуцилиндров, изображен на рисунке 13.

Принцип работы роторного ветродвигателя показан на рису!--ке 14.

Протекание потока через сметаемую ветроколесом повер:с-ность у этого двигателя происходит иначе, чем у карусельного. В случае роторного двигателя ветроколесо (ротор) создает меньший подпор воздушному потоку, чем у карусельных ветродвиф-телей, поэтому коэффициент использования энергии ветра у н;х примерно в 1,5 раза выше, чем у карусельных. Это происходит оттого, что воздушный поток, скользя по выпуклой поверхн^-18

И

К

сти «а» (рис. 14), действует полной силой на изогнутую поверхность «в», огибает ее и создает дополнительную силу и момент, вращающие ротор.

Однако и эти двигатели не могут конкурировать с крыльча-тыми, так как при одинаковых сметаемых поверхностях имеют в два раза меньшую мощность, в 15—20 раз тяжелее, в несколько раз менее быстроходны.

Роторные ветродвигатели с вращающимися цилиндрами

Если поместить в потоке воздуха вращающийся относительно своей оси цилиндр (рис. 15-а), образующие которого перпендикулярны направлению потока, то ^ближайшие к стенкам цилиндра

частицы будут увлекаться им. При вращении цилиндра по часовой стрелке и движении основ--ного потока слева направо вращение цилиндра будет способствовать в верхней части ускорению частиц, а внизу, наоборот, замедлению. В результате этого над цилиндром возникает пониженное давление, а под ним — повышенное, вследствие чего ци-

Рис. 13. Ротор Савониуса.

Рис. 14. Как работает роторный ветродвигатель.

линдр будет стремиться перемещаться вверх по направлению силы Р.

Если цилиндр по бокам будет снабжен шайбами, диаметр которых больше диаметра цилиндра (рис. 15-6), то сила Р вследствие уменьшения концевых потерь увеличится.. . i

Это свойство вращающихся в потоке цилиндров изобретатели предлагают использовать в ветродвигателях.

А

Рис. 15. Цилиндр, вращающийся в потоке.

Роторный ветродвигатель И. М. Матюнина

На рисунке 16 изображено одно из таких предложений: «Роторный ветродвигатель», автор И. М. Матюнин. Роторы 1 этого двигателя должны быть пневматическими, изготовленными из прочной, воздухонепроницаемой прорезиненной материи. Роторы расположены на поворотной раме 8 и соединены между собой тяговыми тросами 2, которые образуют бесконечную цепь. Для вращения роторов предусмотрена установка отдельного электродвигателя 12 с независимым от ветродвигателя питанием. В ветродвигателе имеется также ряд других вспомогательных устройств. Все это укрепляется на массивной раме, которая может поворачиваться на опорной платформе по однорельсовому кругу.

Описываемая конструкция имеет ряд серьезных недостатков, вследствие чего подобный ветродвигатель не может найти практического применения. Его основные недостатки: громоздкость и сложность установки, наличие специального теплового двигателя, а также электродвигателей для вращения роторов и для того, чтобы устанавливать раму на ветер. Это в свою очередь требует наличия другого источника энергии.

Ветродвигатель начинает отдавать полезную мощность при скоростях ветра не менее 6,5—7 м в секунду, так как при меньших скоростях вся мощность расходуется на вращение роторов, в то .время как крыльчатые двигатели начинают отдавать полезную мощность при скорости ветра 4,5—5 м в секунду, т. е. при таких скоростях, которые повторяются большое число часов в году.

Коэффициент использования энергии ветра роторного ветродвигателя, особенно при малых скоростях ветра, в несколько раз ниже, чем у быстроходных ветряных двигателей крыльчатого типа. Следует полагать, что ветродвигатели с вращающимися цилиндрами не могут найти практического применения не только вследствие своей громоздкости и сложности, но и в связи с тем. что для приведения во вращение цилиндров требуется посторонний источник энергии. 20

1^

fl

Поэтому в настоящее время крыльчатые ветродвигатели, работающие по принципу использования подъемной силы крыла, нашли везде преимущественное распространение.

Заводские ветродвигатели как в СССР, так и в других странах, вьшускаются только крыльчатого типа.

Рис. 16. Ветродвигатель И. .VI. Матюнина:

/— барабаны-роторы, 2 — тяговые тросы. 5 и 4 — барабаны, 5 — приводные тросы, 6 — блок, 7 — блоки, 8 — поворотная р4ма, 9 — трос-расчалка, 10 — поворотный подкос, // — ремень -привода роторов, 12 — электродвигатель.

В связи с этим совершенно понятно, что большинство предложений изобретателей в той или ин^й степени касается улучшения, модернизации или создания принципиально новых конструкций крыльчатых ветродвигателей.

Крыльчатые ветроколеса

Наиболее интересные работы изобретателей и рационализаторов по этим двигателям идут в основном в трех направлениях:

1.Увеличение мощности двигателя при неизменных диаметре ветроколеса и скорости набегающего потока, что имеет своей основной целью снижение веса на единицу мощности ветроагре-raja.

2.Упрощение конструкции и усовершенствование системы передачи мощности от ветроколеса к рабочим машинам.

3.Упрощение и усовершенствование системы регулирования скорости вращения ветроколеса и механизма ограничения мощности.

Рис. 17. Раструб перед ветроколесом.

Ветроколеса с раструбами

Некоторые изобретатели предлагают для увеличения мощности ветродвигателя устанавливать перед ветроколесом раструб (конус) с тем, чтобы получить в его узкой, части повышенные скорости потока (рис. 17). Если бы действительно в узком сечении конуса удалось получить увеличение скорости потока по% сравнению с его скоростью в широком сечении у входа в раст-

руб, то это значительно повысило бы мощность ветродвигателя, так как мощность пропорциональна кубу скорости ветра.

Однако на самом деле, как показывает опыт, ощутимого увеличения мощности не получается. Это объясняется следующими причинами:

1) на входе в уширенную часть раструба за счет подпора, создаваемого ветроколесом, образуется как бы воздушная подушка, вследствие чего скорость в узкой части раструба, где помещено ветроколесо, незначительно отличается от скорости ветра перед раструбом;

2)в связи с образованием подпора воздушные массы начинают обтекать конус по его внешней поверхности, что приводит к потере воздушным потоком части своей энергии;

3)по закону сохранения энергии, для того чтобы энергия потока на входе в раструб и на выходе из него была одинаковой, необходимо, чтобы потери на трение воздушных частиц о стенки конуса были равны нулю. В противном случае часть энергии будет теряться.

Для того чтобы свести потери к минимуму, пришлось бы сделать конус с очень малыми углами а, что привело бы к очень большим размерам раструба. Кроме того, поток должен быть все время параллельным оси конуса, а этого в природе при постоянно изменяющемся направлении ветра достигнуть невозможно.

Таким образом, раструб в отдельных случаях может дать возможность уменьшить размеры ветроколеса при получении примерно той же мощности. Однако это не является основанием к применению таких устройств, так как они вызывают значительное усложнение двигателя.

Основная трудность заключается не только в том, что для больших ветродвигателей (с ветроколесами диаметром 5 м и больше) конуса получаются больших размеров, но и в том, что конус должен быть как-то увязан с головкой .^ветродвигателя и

Специальные опыты были проведены в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ)).К

вместе с ней поворачиваться на ветер при изменениях его направления. Все вместе взятое и привело к тому, что ветродвигатели с раструбами не нашли применения.

ВетроколесобОЛСС ПрЗВИЛЬНОМу ПуТИ, С ТОЧКИ

с раструбомзрения тсории, ПОШЛИ изобретзтели, предла-

Е. м. Фатеева гавшис ДЛЯ увеличсния МОЩНОСТИ потока устанавливать, за ветроколесом специальные раструбы сжалюзями. Одно из таких устройств, изображенное на рисунке 18, предложено Е. М. Фатеевым.

Рис. 18. Ветроколесо с установленным за ним раструбом с отверстиями: л-вид сбоку, В-поперечный разрез полости.