К. ВЕЙГЕЛИН.
У нас в СССР исследовательская работа по изучению ветродвигателей и по созданию разных типов экономически выгодных ветряков была проделана в Москве, в Центральном Аэро-Гидродинамическом Институте имени проф. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ), где специально для этого была оборудована ветросиловая лаборатория. И в результате сложной работы Институт создал свой оригинальный тип ветряка, выработав и испытав несколько различных конструкций их для разных практических надобностей.
В то время, как в Западной Европе и в Америке имеют наибольшее распространение двигатели с многолопастными крыльями и с небольшой скоростью вращения, т. е. с большим крутящим моментом, но тихоходные, ЦАГИ культивировал обратный принцип: увеличение скорости вращения за счет уменьшения величины крутящего момента. Благодаря этому явилась возможность, с уменьшением числа лопастей крыльев до трех-четырех, получить такие выгоды или делать весь ветряк более легким и дешевым при той же мощности, или значительно повышать его мощность, допустимую экономически, при сравнительно небольшом усилении и удорожании всей установки. Нечего и говорить, что оба эти факта сильно расширяют рамки практического применения ветро-двигателей.
В разрешении же двух задач, указанных выше, в работе самих крыльев ЦАГИ выработал такие новые приемы.
Во-первых лопасти крыльев получили наивыгоднейшую форму в аэродинамическом отношении: вместо прежних плоских профилей были введены криволинейные, очертания которых подбираются с учетом средней силы тех ветров, которые можно считать для каждого данного случая господствующими. Это значительно увеличило коэффициент использования ветросиловой энергии.
И во-вторых, регулирование работы крыльев в разных режимах, т. е. при ветрах разной силы — включительно до бури, при порывистом характере ветра или напр. при работе в начальный момент пуска двигателя в ход; такая общая регулировка была сделана автоматической, в зависимости от собственной силы ветра. Эта сторона конструкции крыльев потребовала особенно детальных и усидчивых исследований, которые в результате привели к таким конструктивным формам: каждая лопасть крыльев делается вращающейся около своего маха и снабжается сзади, под известным углом к своей поверхности, дополнительной рулевой поверхностью именуемой открылком. Таким образом, каждая лопасть ветряка еше больше уподобляется аэроплану: за главной лопастной поверхностью есть хвостовая, — стабилизатор, — которая сама по себе обеспечивает наиболее выгодную работу, сохраняя угол наклона лопасти по отношению к направлению ветра (при постоянной его силе). А для регулировки работы при изменяющемся ветре существует особый центробежный регулятор, который автоматически, с изменением скорости вращения, изменяет угловое положение открылков относительно поверхностей каждой лопасти, что автоматически же устанавливает и самые лопасти под другим наиболее выгодным углом к направлению ветра.
Итак, ветер сам собой регулирует наилучшее использование его энергии ветряками ЦАГИ во всех случаях.
Ветряные двигатели ЦАГИ:
Сверху маломощный, в 12 л. с., для среднего ветра в 6—8 м/с.
Но ЦАГИ не ограничился одной исследовательской работой. Выяснив, что ветродвигатели его конструкции могут обходиться примерно вдвое дешевле, чем тихоходные многолопастные, и что предел мощности для них сравнительно с последними может быть с выгодой доведен значительно выше, до 100, а возможно и до 200 лош. сил, — Институт сконструировал несколько опытных типов ветряков, готовых ныне к серийному производству1).
Мелкие ветряки, металлические мощностью от ½ до 12 лош. сил, имеют назначением обслуживать нужды сельского хозяйства и небольших промыслов.
В середине и внизу — ветряк в 50 л. с., рассчитанный на ветер до 10 м/с., находящийся на работе «Азнефти» на Бакинских промыслах.
ЦАГИ разрабатывает сейчас более мощные ветросиловые установки, имеющие назначением обслуживать нужды крупной промышленности. Здесь, в этой плоскости использование голубого угля будет приближаться к условиям работы небольших гидро-электротехнических сооружений, оказывая содействие всей кампании по электрификации нашей страны. Имеется в виду, что работа ветродвигателя, превращенная в электро-энергию, может даваться и непосредственно в сеть, а может временами и аккумулироваться. Осложнением в использовании атмосферной энергии является то обстоятельство, что количество голубого угля величина не только крайне переменная, но и сводящаяся иногда просто к нулю. Это отрицательное свойство, вообще ограничивающее, конечно, сферу применения ветродвигателей, особенно требует внесения коррективов в мощных установках. Не делая их на первых порах самостоятельными, а сопрягая их работу с другими источниками энергии, надо сперва выяснить на практике все возможности, чтобы избрать потом наиболее верный путь. По заданиям «Главэлектро», ЦАГИ разрабатывает сейчас ветросиловую установку мощностью в 100 л. сил, предназначаемую для работ по электрофикации в Крыму. Здесь впервые будут испытаны и методы гидравлического аккумулирования энергии голубого угля2).
Помимо разработки чисто технической стороны вопроса, для возможности широкого распространения голубого угля требуется еще правильный учет этого вида топлива по всей стране. Этот учет нужен, прежде всего, для снабжения всех мест наиболее подходящими для них двигателями, так как каждый ветряк рассчитывается на средний ветер определенной силы (примерно от 5 до 10 метров в секунду).
Однако, составление правильной карты повсеместного распределения запасов голубого угля тоже далеко не так просто, даже при наличии материалов работы всех метеорологических станций (в СССР их счетом 1,387). Дело сильно осложняется тем, что каждая станция вела раньше свои измерения силы ветра в индивидуальных условиях — на различной высоте от земли, в различной близости с соседними строениями или засаждениями, а часто и разными приборами. Между тем ветродвигатели устанавливаются совершенно открыто, примерно на одной высоте, и для «голубой» статистики нужны цифры, конечно, однородных наблюдений.
Но и в этот вопрос, — тоже благодаря трудам ЦАГИ, — у нас внесены, по возможности, поправки и преподаны точные указания об условиях производства первоначальных метеорологических наблюдений с полной однородностью.
Таким образом, для широкого использования в ближайшем будущем голубого угля сейчас открываются далекие перспективы, — и особенно у нас, на равнинах СССР. Вслед за обновлением самого древнего ветряка — крестьянской ветряной мельницы (на что тоже обращено внимание), можно ожидать повсеместного развития дешевых и самых совершенных ветродвигателей, созданных усилиями русской научной мысли.
К. Вейгелин.
1) Сведения о ветродвигателях ЦАГИ и о его работах почерпнуты из «Краткого обзора ЦАГИ» инж.-мех. Г. А. Озерова (изд. ПТО ВСНХ, Москва 1927).
2) Сущность этого проекта сводится к тому, что ветродвигатели, не работая временами непосредственно на сеть, занимаются подачей воды вверх в естественные бассейны, для позднейшего использования созданного напора воды.
