Всякий ли ветер… ветер?

ВСЯКИЙ ЛИ ВЕТЕР… ВЕТЕР?

Огарков Р.

Ветряные двигатели для орошения полей и размола зерна применялись в Древнем Египте еще за 3600 лет до нашей эры. За пятьдесят пять веков конструкция ветряных мельниц не претерпела сколь-нибудь значительных изменений. В Англии есть ветряк, постройку которого датируют 1665 годом. Он работает и сейчас.

Голландские ветряки с поворачивающимися против ветра шатрами обладают мощностью до 50 л. с. каждый.

В США были широко распространены многолопастные тихоходные ветряки. Однако аэродинамические формулы замечательного русского ученого Н. Е. Жуковского позволили доказать, что быстроходные ветродвигатели имеют оптимальные параметры конструкции и эффективный режим работы.

Самый быстроходный ветроэлектродвигатепь ЦАГИД-30 был построен в Крыму близ Балаклавы и имел мощность 100 квт, которую отдавал в общую сеть Симферополя. Во время войны он был разрушен.

Наиболее крупная ветроэлектростанция была построена в 1941 году в штате Вермонт (США). Она имела мощность 1250 квт.

Шагом вперед в области создания ВЭС было изобретение французского инженера Арно. В его ветродвигателе крылья полые, с отверстиями на концах. С полостями сочленяется труба, ведущая вниз, на землю. У входа в трубу установлена турбина.

Ветер вращает ветроколесо. Центробежная сила выбрасывает воздух из полых крыльев наружу и создает вакуум. Снизу по трубе устремляется воздух, который, проходя через попасти турбины, начинает ее вращать. На оси с турбиной находится электрогенератор, дающий ток потребителям.

На скалистом берегу Южной Англии по схеме Арно была построена и работает с 1954 года ветроэлектростанция мощностью 100 квт.

В Казахстане и в других республиках Советского Союза работают мощные ветроэлектростанции, построенные на базе конструкций, разработанных Уфимцевым.

По данным ЮНЕСКО на всем земном шаре сейчас эксплуатируется около 600 тысяч ветроустановок.

Что надо знать для того, чтобы построить ветроэлектродвигатель? Разобраться в чертежах, изготовить крылья, приладить передачу, правильно собрать электросхему — и ветер примется за работу? Не тут-то было, потому что не всякий ветер — ветер.

В радиосводках то и дело слышишь: «ветер слабый», «ветер умеренный», «порывистый до сильного». Моряки, которым во времена парусного флота пришлось работать с ветром, как говорится, «в непосредственном контакте», разработали целую систему наименований и характеристик ветров — муссоны, пассаты, норды…

Перед тем как браться за выбор конструкции ветроэлектродвигателя, придется и вам заняться определением «качеств» ветров, дующих в вашей местности. Что получится, если этого не сделать? В одном случае ветряк просто не будет работать: у потока воздуха не хватит силы раскрутить его. В другом — ветер в щепки разнесет лопасти пропеллера, который конструкторы таких электродвигателей называют ветроколесом.

Основное качество ветра — скорость. Ее выражают в метрах в секунду (м/сек) и определяют с помощью прибора анемометра (рис. 1). Их выпускает завод «Метприбор». Но можно сделать их и самостоятельно. Наиболее простой в изготовлении привел один из наших выдающихся ученых, член-корреспондент ВАСХНИЛ профессор Е. М. Фатеев.

ФЛЮГЕР-АНЕМОМЕТР

ФЛЮГЕР-АНЕМОМЕТР Устройство прибора (см. 1-ю стр. вкладки) несложно. На неподвижной мачте, где укреплена роза ветров, указывающая направление стран света, в подшипнике установлен вращающийся шест с флюгером. Причем флюгер под действием потоков воздуха все время старается стать вдоль их, а укрепленная вверху на оси металлическая дощечка весом 200 г и размерами 150X300 мм в результате оказывается поперек. Под действием ветра она отклоняется. Насколько — можно зафиксировать по шкале.

По очень простой таблице, сняв показания прибора, можно определить мгновенную скорость ветра в данном месте (таблица 1).

Таблица 1. Определение скорости ветра по флюгеру-анемометру с доской 150х300 мм и весом 200 г

№ штифтов 1 1 — 2 2 2 — 3 3 3-4 4 4 — 5 5 5-6 6 6-7 7 7-8 8 8 и выше
Скорость ветра в м/сек 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 17 20 Свыше 20

Измерив скорости ветра в течение ряда промежутков времени, нетрудно вычислять и среднюю скорость ветра. Она-то и понадобится нам при выборе размеров агрегата.

ПОДСКАЗКИ ПРИРОДЫ

Таблица 2 для тех, кто не хочет утруждать себя дополнительной работой. Скорость ветра с ее помощью определяется, правда, приблизительно, но все же достаточно надежно. Ее помогают определить природные факторы.

Таблица 2

СКОРОСТЬ ВЕТРА В М/СЕК НАЗВАНИЕ ВЕТРА ПРИЗНАКИ
0 Штиль Дым из трубы идет вверх, почти вертикально
1,5 — 3 Очень слабый Небольшой наклон дыма, чуть шевелятся листья
4 — 5 Легкий Ветки качаются.
6 — 7 Умеренный Сучья гнутся
8 — 9 Свежий Верхушки деревьев шумят
10 — 11 Очень свежий Тополя и толстые сучья гнутся
12 — 14 Сильный Листья и ветки срываются
15 — 16 Резкий Тонкие сучья ломаются
17 — 19 Буря…  

При ветре 16 м/сек надо убрать мачту с ветроколесом и перейти на пользование аккумуляторами.

ПОСТОЯННОЕ НЕПОСТОЯНСТВО

Мы недаром предупреждали: показания анемометра надо снимать регулярно и длительное время — иначе все наши отправные данные для строительства ветродвигателя будут неверны. Ветер обладает завидным непостоянством. Налетел порыв — и штиль, а то по нескольку суток дует и дует равномерно, заставляя вращаться ветряк, заряжая аккумуляторы, и вдруг перерастает в бурю.

Словом, сначала надо измерить, на какую работу он способен в вашей местности. А для этого нужно установить, какова его повторяемость. Теоретически зависимость повторяемости от среднегодовых скоростей ветра установлена еще в конце прошлого века русским ученым М. М. Поморцевым. Для жителей средней зоны европейской части СССР определена в результате такого расчета на основании таблицы скорость 8 м/сек. Она, кстати, оптимальна для работы ветродвигателя. Распределялись скорости ветра по количеству часов так (таблица 3).

Таблица 3. Среднегодовая скорость в м/сек

Месяц… 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Количество часов…  —  — 62 315 700 1060 1120 1100 960 788

Получается, что полного штиля здесь не бывает совсем, а большую часть времени дует ветер, вполне способный раскрутить даже сравнительно небольшое ветроколесо.

Тем же, кто живет в других районах, помимо собственных наблюдений с анемометром, неплохо обратиться к метеорологам — уж у них-то имеются точные таблицы на этот счет.

ВЛИЯНИЕ ПРЕПЯТСТВИЙ

Ветер, проносящийся мимо домов, деревьев и Других препятствий, из прямолинейного движения переходит в беспорядочное. Воздушные струи, непосредственно обтекающие края препятствии, закручиваются в вихревые кольца и уносятся в направлении воздушного потока. Понятно, что там, где образуются вихри, ветер теряет свою скорость и направление. Вихревое движение ветра, появляясь на гранях препятствия, далеко за ним постепенно затухает и совершенно прекращается на расстоянии приблизительно пятнадцатикратной высоты препятствия. Вообще вихри образуются вследствие трения движущегося воздуха о поверхность земли, постройки, деревья и т. п. Поэтому вблизи поверхности скорость ветра меньше, чем на высоте.

Об этом необходимо помнить при выборе места для установки ветрогенератора (рис. 2). Ветроколесо двигателя должно быть вынесено выше препятствий, где поток ветра ничем не нарушается. Вообще ветроколесо должно быть вынесено возможно выше, так как с увеличением высоты увеличивается скорость ветра, а вместе с этим увеличивается и мощность ветродвигателя. Например, при увеличении высоты положения ветроколеса в два раза его мощность увеличится примерно в полтора раза. Однако при выборе высоты необходимо учитывать удобства обслуживания ветродвигателя при эксплуатации. Минимальная высота башни под ветродвигатель должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы нижний конец крыла ветроколеса был на 1,5-2 м выше ближайшего препятствия.

Продолжение статьи…

Источник: «Моделист-Конструктор» 1969, №1

Эта статья прочитана 632 раз(а)!

Продолжить чтение

  • 10000
    ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА SunForce DS-600 Новая позиция в линейке ветрогенераторов малой мощности. Отличается уникальными свойствами и параметрами, обладает высокой надежностью. Этот ветрогенератор разработан канадской компанией SunForce Products Inc. Ветрогенератор мощностью 600Вт отличается высокой эффективностью и надежностью, отвечает самым высоким техническим требованиям…
  • 10000
    ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ UNIAIR-X В связи с высокой ценой на ветроустановки AIR-X и AIR-BREEZE они поставляются в настоящее время только под заказ. Срок поставки около 4 месяцев, предоплата от 80%. Ветроэлектрические установки UniAir-X выпускаются по лицензии в Китае из американских комплектующих…
  • 10000
    Ветроустановки SWG серии EW от 0,1 до 1 кВт С 2013 года SWG приступили к выпуску новой линейки ветроустановок серии EW мощностью от 300 Вт до 5 кВт. В настоящий момент выпускаются модели на 300, 600, 1000Вт. Данные ветроустановки были…
  • 10000
    Запоет ли в России "Жаворонок"? Автор: Алла Прохорова Потребности регионов в энергоснабжении за счет автономных источников электроэнергии не только не уменьшаются, но и продолжают расти. По оценкам специалистов в области возобновляемых источников энергии, на сегодняшний день ветроэнергетика является самым экономически…
  • 10000
    Ветрогенераторы Источник: Газета «Хозяйство» № 24/489 от 10 июня 2008 Выгоден ли ветрогенератор, стоит ли переходить на него в качестве источника энергии? - об этом и говорится в статье. В России полно мест, где ветра дуют практически постоянно. Так почему…
  • 57
    100 вопросов и ответов по ветроэнергетике - 2 Выдержки из брошюры "Ветроэнергетика. Вымыслы и факты. Ответы на 100 вопросов" Авторы: П. П. БЕЗРУКИХ д. т. н., П. П. БЕЗРУКИХ (МЛАДШИЙ) Начало... ЧТО ТАКОЕ ВЕТРОСТАНЦИЯ? В энергетике станции любого типа стремятся…

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *