Окно в будущее | ТМ 1939-07/08

П. ГРОХОВСКИЙ, Рисунки Н. ПРЕОБРАЖЕНСКОГО

ВЕТРОВЫЕ ПЛОТИНЫ

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 тычет 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 колеса 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. Всё это сооружение покоится на лёгких, но прочных металлических фермах. В основании такого агрегата находится поворотный механизм, который автоматически устанавливает трубу вместе с винтом по направлению ветра.

Ветроэлектрическая установка, покоящаяся на трех фермах. Наибольший диаметр сопла, в котором расположен ветровой винт, достигает 50 метров.

Расчёты 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, колёсами на эти рельсы, сможет автоматически поворачиваться вокруг своей центральной оси, устанавливаясь по направлению ветра.

Мощная ветроэлектрическая станция, состоящая из множества отдельных агрегатов, напоминает огромную плотину.

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 землёй.

Если объединить в ветровой плотине хотя 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 энергии 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.

Для использования колоссальной энергии ветра в северных районах можно устроить мощные ветровые двигатели оригинальной формы.

Как же действует такая установка? Скоростные воздушные потоки, проходя сопло, с большой скоростью врываются в рабочую камеру, откуда устремляются в узкое отверстие второго сопла.

Таким образом, через камеру воздушные потоки проходят очень быстро, благодаря чему здесь создаётся разрежение. Оно передаётся вниз, где находится ветровое колесо, и здесь также создаётся 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 решёткой. Каждый люк снабжён вращающимся козырьком, который устанавливается против ветра. Благодаря этому над люком создаётся 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 создаётся разрежение, которое передаётся в трюм. Всасываемый воздух приводит в движение ветровые колеса и выходит через люки наверх.

Передвижная ветроэлектрическая станция напоминает гигантскую лодку. Справа показана схема движения ветровых потоков.

Такие передвижные станции удобны в тех случаях, когда обслуживаемые ими объекты передвигаются вдоль берега с места на место.