тельные трудности вызывает сооружение большой рамной конструкции.

Тем не менее есть основание полагать, что в недалеком будущем такие опытные станции в нашей стране будут построены.

В предложениях второй группы изобре-ветродмгатели татели ИСХОДЯТ ИЗ слсдующих положсний.

Известно, что в приземном слое атмосферы чем выше мы будем подниматься над землей, тем скорость ветра, как правило, будет большей,да и сам поток более равномерным. Так, если, например, на высоте 4 м скорость ветра составляет 5 м в, секунду, то на высоте 70 м она будет около 9 м в секунду. Кроме того, на больших высотах ветер дует, как правило, в течение более дл/итель-ного времени. Поэтому многие изобретатели предлагают устанавливать ветроколеса на высоких башнях или поднимать их на 200— 300 м над землей на аэростатах (например, предложения Б. Б. Ка-жинского, В. А. Иель-ского и др.). Конечно, подобные «высотные» ветроустановки будут давать более выравненную энергию и будут более надежно обеспечивать ею потребителей. Однако при практическом использовании таких установок должен возникнуть ряд трудностей, связанных с обслуживанием ветроэлектрических агрегатов, установкой ветроколес на ветер и др. Поэтому до сего времени, несмотря на большое количество заявок, эти предложения практического распространения не получили, хотя не исключена возможность их применения в будущем.- - . - .

Подпятник

Рис. 29. Схема многоветряковой рамиой ветроэлектростанции А. Г. Уфимцева.

Ветряные турбины

Весьма значительную группу составляют предложения по так называемым ветряным турбинам.

Авторы этих предложений полагают, что если обычную водяную турбину использовать в качестве ветряного двигателя, тр можно получить значительно большую мощность, чем от обычного крьшьчатого ветродвигателя такого же диаметра.

Однако такое мнение принципиально ошибочно, так как обычная водяная турбина использует потенцпальную энергию поднятой воды и не способна должным образом преобразовать кинетическую энергию ветрового потока в механическую.

В водяных колесах вода действует или своим весом, или ударом струи о лопатку колеса. По такому принципу работают активные турбины. Реактивные водяные турбины приводятся во вращение за счет реакции струи, выходящей из лопаток.

В то время как обычное крыльчатое ветроколесо работает за счет подъемной силы, возникающей на крыльях, и мощность его пропорциональна кинетической энергии потока, мощность водяных турбин пропорциональна напору, т. е. разности уровней воды перед турбиной (в верхнем бьефе) и после турбины (в нижнем бьефе) и весовому количеству воды, проходящей через турбину в единицу времени.

Статический же напор воздушного потока равен нулю, а вес единицы объема воздуха во много раз меньше, чем вес такого же объема воды.

Следовательно, в воздушном потоке турбина, подобная водяной, работать не сможет.

Вот почему ветряные турбины не нашли, да и не могли найти практического применения.

HI. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЕЙ

Перед тем как рассматривать предложения по системам регулирования,, поступившие за последние годы, целесообразно коротко остановиться на тех способах регулирования числа оборотов ветроколеса и развиваемой мощности, которые применяются у серийных заводских ветродвигателей. Эти способы неизвестны многим изобретателям и поэтому повторяются из одной заявки в другую.

Защитно-парусная система регулирования А. Г. Уфимцева-В. П. Ветчинкина

Выше упоминалось стабилизаторное регулирование поворотом конца лопасти. Такое же регулирование известно и для целиком поворотной лопасти. Другим получившим широкое распространение способом регулирования быстроходных ветродвигателей является защитно-парусное регулирование системы Уфимце-ва-Ветчинкина. Оно применено у ветродвигателя 1Д-18 ЦАГИ, схема которого приведена на рисунке 30.

Таблица прюота значении переменных

Рис. 30. Схема ветродвигателя 1Д-18 ЦАГИ и его регулирования: / — ветроколесо. 2 — главный вал. S — мах. ■* — верхний редуктор, 5 — вертикальный вал, 6 — нижний редуктор, 7 — ползушка.

Трехлопастное ветроколесо / диаметром № м закреплено на трубчатом валу 2. Махи 3 крыльев также трубчатые и могут свободно поворачиваться относительно своей оси. От вала мощ-

t

ность передается через двухступенчатый верхний редуктор 4 вертикальному валу 5 и далее нижнему двухступенчатому редуктору 6. Последний по существу представляет собой коробку скоростей и имеет два передаточных отношения. Они устанавливаются вручную в зависимости от режима работы ветродвигателя. При малых скоростях ветра устанавливается большее передаточное отношение с тем, чтобы при меньших числах оборотов ветроколеса получить необходимую скорость вращения вала редуктора. С выходным валом редуктора через муфту свободного хода соединен инерционный аккумулятор, а последний—с генератором. Поворот ветроколеса на ветер осуществляется с помощью хвоста.

Регулирование числа оборотов ветроколеса и мощности двигателя (рис. 30) осуществляется поворотом крыльев относительно оси махов 3 за счет давления ветра на лопасти. Махи крыльев проходят близко к носку лопасти, поэтому центр давления действующих на лопасть сил ветра оказывается смещенным относительно оси махов. За счет этого создается вращающий момент, который поворачивает крылья по направлению ветра. Если скорость ветра увеличивается и становится больше расчетной (обычно за расчетную скорость принимают 8 м в секунду), то силы давления ветра на лопасть увеличиваются и, преодолевая вес груза, поворачивают лопасть на некоторый угол. Чем больше скорость ветра, тем больше и угол поворота. Поворот на некоторый угол приводит к уменьшению подъемной силы на крыльях и к снижению мощности, развиваемой ветроколесом.

При буре крылья могут занимать флюгерное положение, как показано на рисунке 30 пунктиром.

Если нужно остановить ветродвигатель, то крылья также переводят во флюгерное положение. Это осуществляется лебедкой пуска-остановки, установленной внизу.

Лебедка с помощью рычага соединена с тросом, нижний конец которого через блок связан с грузами. Верхний конец троса идет к ползушке 7, связывающей тягами крылья между, собой и обеспечивающей одновременный поворот всех лопастей на одинаковые углы. Ползушка может перемещаться вдоль вала по имеющемуся внутри его отверстию.

Чем меньше будет установлен вес грузов, тем при меньшей скорости ветра начнут поворачиваться лопасти и, следовательно, максимальная мощность, которую сможет развивать ветродвигатель, будет меньше.

Такая система регулирования хорошо себя зарекомендовала и получила распространение в современных ветродвигателях.

Регулирование воздушными тормозами

Для быстроходных ветродвигателей применяется также регулирование воздушными тормозами (рис, 31).

принцип работы тормозов достаточно прост: при увеличении числа оборотов ветроколеса воздушные тормоза под действием центробежных сил поворачиваются по направлению стрелки, ока-* зывая тормозящее действие вращению ветроколес, так как соз-

Рис. 31. Ветроколесо с воздушными тормозами: 1 — лопасть, 2 — воздушные тормоза, 3 — рычажки, 4 — тяга, 5 — пружина, 6 — кронштейн, 7 — муфта.

Рис. 32. Регулирование быстроходных ветродвигателей (автор Ю. А. Волков): / — вал, 2 — отросток. 3 н 4 — винтовые прорези, 5 — мах. 6 — шарики, 7 — система рычагов. 8 — тяга.

дают отрицательный крутящий момент и при полностью остановленном ветродвигателе занимают положение, которое на рисунке показано пунктиром.

Все тормоза, имеющиеся на лопастях, кинематически связаны между собой, что обеспечивает их одновременный поворот.

Такое регулирование работает достаточно устойчиво.

Вместо тормозов отдельные изобретатели предлагали различные тормозные фортки, торцевые клапаны, открылки. Их действие аналогично действию воздушных тормозов, однако в работе многие из этих устройств оказались малонадежными. 40

И

1

Регулирование за счет использования центробежных сил

Поворот лопасти и конца ее может осуществляться также с помощью центробежных регуляторов или непосредственно за счет центробежных сил, развиваемых массой самих лопастей.

РегулированиеИз ПрбДЛОЖеНИЙ, В КОТОрЫХ регуЛИрОВа-

Ю. А. ВолковаНИС ПрОИСХОДИТ ПО ПОСЛСДНСМу ПрИНЦИПу,

(Авторская^«1вка наиболее многочисленную группу составляют предложения, подобные предложению изобретателя Ю. А. Волкова.

Поскольку из всех подобных предложений оно разработано наиболее полно, а лопасти между собой кинематически связаны, разберем это предложение более подробно.

К полому валу / (рис. 32) жестко крепится отросток 2, на наружной поверхности которого имеются винтовые прорези 3. Аналогичные винтовые прорези 4 имеются и на внутренних стенках трубчатых махов 5.

Винтовые прорези выполнены с большим шагом. Между прорезями на наружной поверхности отростка и прорезями маха для уменьшения сил трения заложены шарики 6.

Для обеспечения одновременного поворота крыльев на одинаковый угол они связаны между собой системой рычагов 7. образующих кинематический четырехзвенник. Пружина, связанная с тягой 8, стремится удержать махи в положении, указанном на рисунке. При достижении ветроколесом расчетной скорости вращения центробежные силы, развиваемые массой лопасти, начинают превышать силы предварительной затяжки пружины, и лопасти перемещаются в направлении стрелок «а», одновременно поворачиваясь на некоторый угол по стрелке «б». Это приводит к уменьшению подъемной силы на крыльях и первоначальная скорость вращения восстанавливается.

Для того чтобы остановить ветродвигатель, тягу 8 следует подтянуть в направлении стрелки «в».

Угол р между рычагами 7 уменьшится и это заставит махи 5 переместиться по направлению стрелки «а» и одновременно повернуться так, чтобы крылья встали в положение «на останов».

Принципиально идеи, заложенные в подобных конструкциях, являются правильными. Однако такое регулирование оказывается, как показали эксперименты, довольно грубым.

Для того чтобы обеспечить нормальную работу этой системы, необходимо свести силы трения до минимума, а шаг винтовой линии сделать достаточно большим. В связи с этим приходится делать большие зазоры между внутренней трубой и махом, что мешает нормальной работе ветроколеса. С другой стороны, продольные перемещения махов при такой системе оказываются очень большими, что вызывает трудности в балансировке колеса. Наконец, для того чтобы шарики обеспечивали нормальную работу регулирования, они должны быть связаны сепаратором.