Воздушный поток, обтекающий стенки раструба по его наружной поверхности, увлекает за собой через жалюзи частицы воздуха, находящиеся внутри раструба, создавая за ветроколесом некоторое разрежение. За счет этого происходит соответствующее увеличение скорости потока за ветроколесом и перед ним, что приводит, в свою очередь, к увеличению мощности, развиваемой двигателем.

Однако эти предложения можно осзтцествить практически лишь у маломощных агрегатов. Для крупных ветросиловых установок раструб получается громоздким и тяжелым. Это делает двигатель более сложным.

В большом числе предложений изобретатели для того, чтобы создать движение воздушного потока с некоторой скоростью, рекомендуют использовать перепад давлений и температуры. С этой целью они предлагают строить высокие вертикальные трубы или каналы, устанавливаемые в горах. В нижней части этих труб или каналов должны располагаться ветроколеса. Воздушная турбинаАвтор предлзгает строить вертикальные

(АкторсЙ1^?аявка трубы ВЫСОТОЙ 35 м С дизметром В нижней 3337)части более 4 м (рис. 19).

От ветроколеса через систему зубчатых колес вращение передается рабочим машинам. Для увеличения скорости восходящего потока предлагается установить вентилятор, а в холодное время производить подогрев воздуха в верхней части трубы.

Понятно, что такие предложения не решают проблемы получения стабильной механической или электрической энергии от ветрового потока.

Предложение Г. П. Дроздова экономически нецелесообразно потому, что такие ветродвигатели требуют постоянных источников энергии, от которых приводились бы в движение вентиляторы, а также производился бы подогрев воздуха для создания разности давлений.

Элементарные подсчеты показывают, что такая ветроустанов-ка оказывается очень неэкономичной. Вертикальная скорость потока в трубе такого ветродвигателя будет создаваться вследствие разности давлений в верхнем и нижнем сечениях трубы. Разность давлений, в свою очередь, обусловливается тем, что на высоте скорость ветра больше, чем у земли, а также не одинаковы температура и барометрическое давление.

Действие потока в верхней части трубы аналогично действию такого же потока в пульверизаторе, где за счет снижения давления вверху вертикальной трубки жидкость поднимается вверх. Это явление получило название инжекции.

Скорость потока в трубе, возникающая за счет разности скоростных напоров на различных высотах, может быть подсчитана по уравнению Бернулли.

При расчетной скорости ветра у земли, равной Vo=8 м в секунду, скорость Vi на высоте 35 м составит примерно 12 м в секунду. Тогда перепад давлений h между верхним и нижним сечениями трубы по уравнению Бернулли составит:

2~ " 2 = (122-82) = 5 мм. вод. ст.,

где: Pi~p = 0,125 — плотность воздуха, которая в пределах небольших высот может быть принята одинаковой. Этот перепад давлений обусловливает скорость потока в трубе Ущр,

равную _ _

Ушр = 4/ h= 4]/5 =8,9 MB секунду.

За счет разности температур воздуха внизу и вверху трубы з^еличение скорости потока составит не более 0,5— 1,0 м в секунду. Однако примерно на такую же величину мы получим уменьшение скорости за счет потерь на трение воздушных частиц о внутренние стенки трубы.

Примем скорость потока в Tpyj6e 9 м в секунду. Тогда мощность, развиваемая помещенным в трубе ветроколесом диаметром 4 м, будет равна:

Рис. 19. Воздушная турбина Г. П. Дроздова:

1530 _42-9з.0,30

2,3л. с.

/, 2, и 3 — опоры трубы. ■* — вал турби:5ы. 5 — хвостознк вала, в —колесо турбины, 7 — вентилятор, 8 — креп.1е»ме трубы. 9 — опорная пята. W — ограждение, // и 17 — конические шестерни, 12 — горизонтальный вал, К* — труба. 14 — корпус подшипника, 15 — шкив. 16 — помещение с устройством для подогрева воздуха.

15,-10

Коэффициент использования энергии ветра в этом случае с учетом вредного влияния стенок трубы при.ходится принимать равным 0,3,

В то же время ветродвигатель с диаметром ветроколеса 4 м, будучи установлен на башне высотой 35 м, способен развить при скорости ветра 12 м в секунду мощность, равную 6,7 л, с. Такой ветродвигатель будет к тому же значительно проще и дешевле.

т

Отсюда совершенно ясно, что использовать ветросиловые установки с высокими трубами, в которых помещены ветроколеса, нерационально, вследствие чего на практике ни одной подобной установки осуществлено не было.

Крыльчатые ветряные двигатели

Многие сельские изобретатели полагают, что современный ветродвигатель это примерно то же самое, что старая крестьянская деревянная мельница.

Хотя некоторые ветряные двигатели заводского, изготовления и похожи на старую ветряную мельницу, однако это сходство батьше внешнее. В действительности, каждый двигатель имеет ряд зачастую весьма сложных узлов и механизмов, которых не было у ветряной мельницы. У любого современного ветродвигателя имеется устройство для автоматического поворота головки с ветроколесом на ветер при изменениях направления последнего, механизмы, регулирующие скорость вращения ветроколеса и ограничивающие развиваемую ветродвигателем мощность, и др.

Как уст-

ветродГг^*ь Д.18 Р^еН СОВрС-

менньга быстроходный ветродвигатель? На рисунке 20 приведена схема ветродвигателя Д-18, относящегося к типу стабилизаторных. Они так названы потому, что имеют специальные устройства — стабилизаторы, с помощью которых осуществляется регулирование двигателя.

Трехлопастное ветроколесо / этого ветродвигателя имеет диаметр 18 м. Лопасти выполнены с обтекаемым профилем и переменными по длине лопасти углами заклинения (углы уменьшаются к концам лопастей). Это обеспе-

быстроходного ветродвигателя

Рис. 20. Схема стабилизаторного

типа Д-18; / — ветроколесо. 2 — главный ва; 3 — верхний редуктор, 4 — вертикальный вал. 5 — нижний редуктор, 6 — ременная передача, 7 — лебедка для пуска и остановки двигателя, 8 — инерционный аккумулятор. 9 — электрический генератор, 10 —. стабилизатор.

чивает получение от ветродвигателя максимальной мощности. Момент, развиваемый ветроколесом, передаемся через главный вал 2, вращающийся на двух роликовых подшипниках, и верхний конический редуктор 3 вертикальному валу 4.

Нижний конец вертикального вала соединен с нижним коническим редуктором 5, от которого через ременную передачу 6 и шкив приводится во вращение маховик 8, названный инерционным аккумулятором. Такое название он получил потому, что вал его связан со шкивом не жестко, как это имеет место в других

Рис. 21. Муфта свободного хода.

двигателях, а через муфту свободного хода (рис. 21), которая может передавать энергию только в одну сторону, а именно от ветродвигателя к аккумулятору.

Если скорость ветра спадает и число оборотов ветроколеса поэтому уменьшается, то инерционный аккумулятор продолжает вращаться по инерции за счет кинетической энергии, запасенной ранее, вращая и соединенный с ним генератор электрического тока 9.

При новом увеличении скорости ветра ветроколесо начинает вращаться быстрее и вновь разгоняет инерционный аккумулятор. Таким образом, в этом быстровращающемся маховике аккумулируется избыточная энергия ветра, что позволяет, несмотря на поствянно изменяющуюся скорость ветра, получить выравненную электрическую энергию.

Применяемые в настоящее время инерционные аккумуляторы позволяют сглаживать относительно кратковременные изменения скорости ветра, длительностью до 6—10 минут (в зависимости от величины снижения скорости ветра за время провала и присоединенной к ветродвигателю нагрузки).

Регулирование ветродвигателя осуществляется поворотом конца лопасти относительно её продольной оси. Этот поворот происходит за счет сил, возникающих на стабилизаторе (рис. 20, поз. 10) при изменениях угла его установки относительно хорды поворотной части. Управление стабилизаторами происходит с помощью центробежного регулятора, схема которого приведена на рисунке 22.

Рис. 22. Схема центробежного регулятора стабилизаторного ветродвигателя:

/ — грузы, 2 — пружина, 3 — рычаги. 4 — стабилизатор.

Рис. 23. Положения поворотных концов ■ лопастей и стабилизаторов:

/ — ветроколесо остановлено, II — ветроколесо трогается с места, /// — положение до начала регулирования, IV — двигатель работает и регулируется.

Регулирование ветродвигателя происходит следующим образом: при уве.11ичении скорости ветра и постоянной нагрузке ветроколесо будет стремиться увеличить число оборотов. При увеличении числа оборотов центробежные силы, развиваемые грузами /,

1

имеющимися в каждой лопастч, будут увеличиваться и грузы, преодолевая усилие пружин 2, начнут перемещаться по направлению стрелки А. Благодаря наличию системы рычагов 3, связывающих грузы со стабилизаторами 4, последние повернутся на некоторый угол. Силы, которые возникнут при этом на стабилизаторах, заставят повернуться на некоторый угол и поворотные концы лопастей, как показано на рисунке 23. Это приводит к уменьшению подъемной силы на лопастях. Чем больше угол, на который повернутся лопасти, тем больше подтормаживающее действие последних.

Установка ветроколеса на ветер происходит с помощью устройства, схема которого изображена на рисунке 24.

Рис. 24. Виндрозное устройство для поворота ветроколеса на ветер: I — цевочная шестерня, 2 — малая шестерня, 3 — вал внндроз, 4 — виндрозы.

На башне ветродвигателя неподвижно закреплена большая (так называемая цевочная) шестерня /, вокруг которой обкатывается малая шестерня 2. Последняя приводится во вращение через систему зубчатых и червячных передач от вала 3 виндроз 4. Виндроза представляет собой обычное многолопастное ветроколесо, плоскость вращения которого перпендикулярна плоскости вращения основного ветроколеса. Следовательно, если ветер дует вразрез виндрозе, она стоит неподвижно. При изменении направления ветра (рис. 24) виндрозы начинают вращаться и по-ворачивают головку до тех пор, пока плоскость вращения ветроколеса не установится перпендикулярно основному направлению ветра.