Как же современные ветродвигатели борются с капризами ветра? Так как всем как мы знаем, что ветер может поменять собственный скорость и направление довольно часто по нескольку раз в день.
Как уже было сообщено выше, примитивные конструкции несложных ветродвигателей имели твёрдое ветровое колесо, которое раз окончательно устанавливалось против чаще всего повторяющегося в данной местности направления ветра. Такие ветродвигатели не могли применять всех рабочих скоростей ветра и, помимо этого, должны были выдерживать в лоб все скорости, впредь до скорости бури. Такие ветровые автомобили трудились с низкой эффективностью и довольно часто разрушались бурями.
В будущем стали строить ветродвигатели, у которых имелась возможность выводить ветровые колеса из-под ветра силой человека либо животного, при помощи несложных устройств. Для этого делают поворотным целый корпус ветродвигателя у мельниц козлового типа либо поворачивают на корпусе лишь верхний шатер у мельниц шатрового типа. Поворот корпуса либо шатра ветряной мельницы осуществляется особым громадным рычагом, что именуется водилом. Ветровое колесо выводят из-под ветра частично — с целью понижения числа оборотов крыльев при громадных скоростях воздушного потока, или полностью, в то время, когда оно делается ребром к ветру для защиты его от поломки на протяжении бури. Посредством водила ветровое колесо устанавливают против ветра для пуска ветродвигателя в работу.
Так у ветряных мельниц осуществлялись установка и регулирование на ветер ветровых колес. Это усовершенствование ветровой автомобили намного улучшило ее эксплуатационные качества. Но несложная ветряная мельница может нормально трудиться лишь в присутствии человека, что обязан смотреть за ветром и одновременно с осуществлять поворот ветрового колеса в необходимое положение.
Большие ветряные мельницы потребовали постоянного присутствия нескольких человек, что снижало хозяйственную выгодность применения ветродвигателей.
Предстоящим шагом в развитии техники строительства ветродвигателей было рвение применять силу ветра не только для вращения ветрового колеса, но и для автоматической его установки против ветра.
Для этого к задней части поворотной на башне головки стали прикреплять на долгом стержне либо на особой форме вертикальную поверхность, которая при перемене направления ветра машинально поворачивала головку и снова устанавливала ветровое колесо в лоб к ветру. Так показалось простейшее устройство — хвост — для поворота ветрового колеса на ветер без вмешательства человека. Хвосты у современных ветродвигателей рассчитывают так, дабы они начинали поворачивать головку с ветровым колесом на ветер, в то время, когда его направление изменится на угол около 10 градусов.
Имеются конструкции ветродвигателей, у которых роль хвоста делает ветровое колесо, устанавливающееся снова против ветра, в то время, когда он поменяет собственный направление. Для этого ветровое колесо помещается не впереди башни, а за башней. В этом случае ветровое колесо, как флюгер, машинально следует за ветром.
К недочётам таковой схемы ветродвигателя необходимо отнести вредное влияние башни на ветровое колесо, которая, затеняя, ослабляет и искажает воздушный поток, подходящий к крыльям.
Но при помощи хвостов смогут устанавливаться на ветер лишь маленькие ветровые колеса диаметром до 12—15 метров, поскольку вероятные резкие повороты хвостом громадных ветровых колес смогут позвать дополнительные разламывающие упрочнения в махах крыльев и у главного вала за счет появления громадных гироскопических сил. Как мы знаем, вращающаяся масса сопротивляется принудительному трансформации плоскости вращения.
Это сопротивление и есть обстоятельством происхождения гироскопических сил, каковые быстро возрастают при стремительных поворотах вращающихся крыльев.
Для поворота на ветер громадных ветровых колес современных быстроходных ветродвигателей используются другие остроумные устройства, каковые при любом ветре бережно и медлено выводят ветровое колесо на ветер.
Из самый распространенных таких устройств являются виндрозные механизмы (см. рис. 7), каковые являются два многолопастных ветровых колеса маленького диаметра, помещенных на задней части фермы головки с плоскостями вращения, расположенными под прямым углом к плоскости вращения рабочего ветрового колеса. Неспециализированный вал виндроз соединяется механизмом с громадным передаточным отношением с зубчатым, либо цевочным, ободом вершины башни. В то время, когда ветер дует в лоб рабочему колесу, виндрозы оказываются расположенными ребром к его направлению и стоят без движений. В то время, когда же направление ветра изменится и он зайдет сбоку виндроз, они приходят в перемещение, поворачивая через передаточный механизм головку с ветровым колесом на ветер , пока оно не станет строго против ветра. Сейчас виндрозы снова расположатся ребром к ветру и остановятся, пока он опять не поменяет собственный направление.
В большинстве случаев виндрозные механизмы поворачивают головку относительно башни с небольшой скоростью: один полный оборот за пара мин..
У больших ветродвигателей, трудящихся с электрическими генераторами на неспециализированную сеть с другими станциями, установка головки на ветер осуществляется при помощи электромотора, управляемого маленьким флюгером, что, поворачиваясь при трансформации направления ветра, замыкает электрическую линию и машинально пускает электромотор.
Электромотор остановится только тогда, в то время, когда случится разъединение линии при положении флюгера на протяжении воздушного потока, а ветрового колеса в лоб к ветру.
Таковы главные устройства у современных ветродвигателей для автоматического поворота ветрового колеса на ветер.
Но ветер может поменять в широких пределах не только собственный направление, но и скорость, а следовательно, и силу давления на ветровое колесо, которое при постоянной нагрузке, не имея особых ограничивающих устройств, будет вращаться с переменным числом оборотов, про-
порциональных действующей скорости ветра. При громадных скоростях ветра ветровое колесо может развить большое число оборотов, страшное не только для его прочности, но и для прочности приключенных к ветродвигателю автомобилей.
Исходя из этого современные ветродвигатели снабжаются особыми устройствами, каковые, вступая в воздействие при определенной скорости ветра, машинально ограничивают число оборотов ветрового колеса при предстоящем ее повышении и совсем останавливают его при буре.
самый простой способ ограничения оборотов у ветрового колеса содержится в том, что оно при ветре с определенной скоростью начинает частично выходить из-под ветра. Наряду с этим по мере усиления ветра ветровое колесо поворачивается все на больший угол и при буре поднимается ребром к воздушному потоку и останавливается (рис. 8 и 9).
При поворотах головки с ветровым колесом дополнительно поднимается особый груз либо растягиваются регулирующие пружины, каковые при уменьшении скорости ветра снова выводят ветровое колесо на ветер.
При косой обдувке ветровое колесо удерживает число оборотов в заданных пределах при повышенных скоростях воздушного потока.
Вывод ветрового колеса из-под ветра достигается за счет некоего смещения его оси относительно оси башни (регулирование с эксцентриситетом у многолопастного ветродвигателя ТВ-5) либо при помощи дополнительной поверхности, помещенной сбоку ветрового колеса (регулирование боковой лопатой у ветродвигателя ТВ-8).
При данной достаточно несложной схеме регулирования число оборотов ветрового колеса колеблется в больших пределах с отклонением в ту либо другую сторону до 15—20 процентов от установленного значения. Также, при обрисованных конструктивных схемах регулирующих устройств вероятен резкий поворот вращающегося ветрового колеса и появление разламывающих гироскопических сил.
По этим обстоятельствам способ регулирования либо, вернее, ограничения числа оборотов методом вывода всего ветрового колеса из-под ветра в большинстве случаев используется у тихоходных ветродвигателей с маленькими ветровыми колесами. Для регулирования числа оборотов у громадных быстроходных ветродвигателей выводят из-под ветра не ветровые колеса, а отдельные крылья либо их концевые части, равные 1/4 либо 1/3 длины крыла.
самый совершенным и еще непревзойденным по качеству есть центробежно-аэродинамическое регулирование быстроходных ветродвигателей при помощи особенных обтекаемых поверхностей — стабилизаторов (рис. 10), каковые на стойках прикрепляются к поворотным частям крыльев. Стабилизаторы управляются центробежными грузами, каковые помещаются в крыльев и весьма чувствительны к трансформациям числа оборотов ветрового колеса, а следовательно, и скорости ветра. Незначительное перемещение центробежных грузов приводит к повороту стабилизаторов, а после этого и поворотных частей у крыльев. При выходе поворотных частей крыльев из-под ветра ветровое колесо снижает число оборотов за счет дополнительных уменьшения и сопротивлений рабочих поверхностей у крыльев.
Отлично налаженное стабилизаторное регулирование снабжает весьма высокую равномерность вращения ветрового колеса с отклонением от расчетных чисел оборотов на 1,5—5 процентов в ту либо другую сторону.
Это уникальное регулирование создано конструкторами и советскими учёными под управлением заслуженного деятеля науки доктора наук Г. X. профессора и Сабинина Н. В. Красовского.
Покойный академик В. П. Ветчинкин внес предложение чисто аэродинамическое регулирование числа оборотов ветровых колес у быстроходных ветродвигателей методом вывода из-под ветра крыльев за счет давления на них самого воздушного потока. Для этого крылья, как флюгеры, смогут поворачиваться относительно осей махов, вольно пропуская воздушный поток.
Но нужная равномерность у ветровых колес с этим регулированием достигается за счет включения в трансмиссию ветродвигателя дополнительной вращающейся массы, которая именуется инерционным аккумулятором.
Инерционный аккумулятор не только сглаживает обороты трансмиссии ветродвигателя, но запасает на 5—6 мин. кинетическую энергию, которая расходуется после этого в периоды краткосрочных провалов скоростей у порывистого ветра.
У маленьких быстроходных ветродвигателей поворот крыльев при регулировании осуществляется за счет дополнительных центробежных сил, каковые появляются на особых грузах, прикрепленных к крыльям. Такое регулирование применено у ветроэлектрических агрегатов типа ВЭ конструкции ЦАРИ.
Это простейшее по исполнению и очень уникальное по плану регулирование было предложено лауреатом Сталинской премии В. С. Шаманиным.
Таковы главные автоматические механизмы современных крыльчатых ветродвигателей, при помощи которых их ветровые колеса устанавливаются на ветер и сохраняют заданное число оборотов при громадных скоростях воздушного потока.
Благодаря наличию этих механизмов современные крыльчатые ветродвигатели смогут продолжительное время надежно и нормально трудиться в отсутствии персонала .
Из сообщённого направляться, что современные ветродвигатели являются в полной мере идеальными механизмами, использование которых при определенных хозяйственных условиях имеет последовательность значительных преимуществ перед двигателями других типов.
Энергетика хозяйств, базирующихся на ветродвигателях, при умелой их эксплуатации отличается независимостью от затруднений, связанных е доставкой и получением горючего. Это получает необыкновенное значение для отдаленных районов нашей страны.
Так, опыт эксплуатации нескольких десятков быстроходных ветроэлектрических станций в хозяйствах Крайнего Севера продемонстрировал, что за последовательность лет ветроэлектростанции выработали до 97 процентов всей потребной энергии и лишь 3 процента пришлись на долю резервных тепловых двигателей, каковые пускались в работу только при ремонтах ветродвигателей. Работа ветродвигателей в этих хозяйствах дала пара сот тысяч рублей экономии и существенно сократила завоз горючего.
строитель и Известный энергетик Днепровской гидроэлектростанции академик А. В. Винтер, учитывая особенности энергии ветра, рекомендует при ответе вопросов о целесообразности применения ветродвигателей брать за базу не установленную мощность ветродвигателя, которая зависит от скорости и наличия ветра, а количество работы, полученное от него без затраты горючего либо соответствующего эквивалента гидроэнергии.
Это значит, что при применении энергии ветра направляться учитывать не киловатты располагаемой переменной мощности, а ту механическую работу, которую может дать ветросиловая установка, уменьшая затраты горючего, рабочей силы и тягла на трудоемких работах.
Ветросиловые установки необходимо применять первым делом в том месте, где ветровой режим имеет достаточную интенсивность и где производственные процессы без хозяйственного ущерба допускают перерывы, каковые смогут быть позваны периодами слабого ветра и штиля либо бурь, в то время, когда ветродвигатель трудиться не имеет возможности.
К таким производствам относится большая часть стационарных сельскохозяйственных работ в колхозах, то есть: водоснабжение, переработка зерна, приготовление корма, молотьба, осушение заболоченных земель, силовое обслуживание разнообразных кустарных производств и промыслов, и небольшая электрификация для моторной нагрузки и освещения.
Эффективность ветродвигателей в сельском хозяйстве была выделена В. И. Лениным, в то время, когда он еще в 1918 году в «Наброске замысла научно-технических работ» Академии наук СССР разрешил указание использовать ветряные двигатели по большому счету и в применении к земледелию.
Громадное хозяйственное значение имеют ветродвигатели для механизации трудоемких работ в сельском хозяйстве в свете распоряжения сентябрьского пленума ЦК КПСС о мерах предстоящего развития сельского хозяйства СССР.
самая трудоёмкой работой на колхозной животноводческой ферме есть обеспечение животных водой.
Так, согласно данным Всесоюзного НИИ механизации сельского хозяйства (ВИМ) до 20 процентов всех трудовых затрат работников колхоза приходится на обслуживание животноводства, из которых около одной четвертой части расходуется на обеспечение животных водой.
Для механизации лишь водоснабжения на колхозных фермах каждый год требуется 41,8 миллиона киловатт-часов энергии, для получения которой от тепловых двигателей нужно не меньше 125 млн кг жидкого горючего.
Но теоретические изучения говорят о том, что до 75 процентов нужной энергии для механизации водоснабжения в сельском хозяйстве возможно получено за счет применения энергии ветра при помощи современных ветронасосных установок.
На данный момент возможность применения ветронасосных установок в сельском хозяйстве не неприятность, а в полной мере настоящее техническое мероприятие, которое подлежит широкому внедрению первым делом для механизации водоснабжения на колхозных фермах.
Опыт эксплуатации нескольких тысяч ветронасосных установок в совхозах и колхозах подтверждает сообщённое.
Ветронасосная установка, будучи верно смонтирована и обеспечена уходом в соответствии с правилами технической эксплуатации, надежно снабжает хозяйство водой в любом пункте СССР. Несложная и зарекомендовавшая себя схема ветронасосной установки сельскохозяйственного типа (рис. 11) складывается из ветродвигателя, трансмиссия которого соединяется со штангой насоса несложного действия.
Цилиндр насоса прикрепляется к нижнему финишу вертикального нагнетательного трубопровода так, дабы средняя частица цилиндра пребывала на расстоянии не более 4— 5 метров от уровня воды в колодце. При громадном количестве воды в колодце насос возможно загружён в воду.
Колонна нагнетательных труб подвешивается к переходной коробке, которая устанавливается на дне насосной шахты.
От переходной коробки вода по трубопроводу подается в бак водонапорной башни, из которого она по разводящей трубе поступает в водоразборные колонки либо конкретно в помещение для скота.
На данный момент для механизации водоснабжения изготовляются многолопастные ветродвигатели различных марок (рис. 12).