Как современные ветротродвигатели борются с капризами ветра. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

В дореволюционной России не было промышленности, производящей ветродвигатели; они строились лишь кустарным способом. Но мысль о способе наилучшего, наивыгоднейшего использования энергии ветра зародилась в России.

Великий русский ученый, "отец русской авиации", профессор Н. Е. Жуковский (1847-1921) создал также теоретические основы ветродвигателя. Его замечательные труды только при советской власти нашли практическое применение.

По инициативе Н. Е. Жуковского и при поддержке В. И. Ленина в 1918 году был организован в Москве Центральный аэро-гидродинамический институт (ЦАГИ). Здесь и были построены первые отечественные быстроходные ветродвигатели.

На основе трудов проф. Н. Е. Жуковского его ученики проф. В. П. Ветчинкин (1888-1950), заслуженный деятель науки и техники проф. Г. X. Сабинин и проф. Н. В. Красовский разработали теоретические основы конструирования высококачественных современных ветродвигателей, а проф. Е. М. Фатеев разработал основы правильной эксплуатации их в сельском хозяйстве.

Советские конструкторы создали оригинальные и еще непревзойденные по своим качествам быстроходные ветродвигатели мощностью от нескольких десятков ватт до нескольких тысяч киловатт.

Цельнометаллические ветродвигатели заводского производства, в отличие от рассмотренных деревометаллических ветросиловых установок, имеют специальные устройства для борьбы с "капризами" ветра.

Всем известно, что ветер может менять свое направление и скорость по нескольку раз в сутки.

Простейшие барабанные ветродвигатели имели прием" ник энергии ветра, который жестко, раз навсегда устанавливался в каком-либо одном положении. Карусельные и роторные ветродвигатели работоспособны при любом направлении ветра, но они, как и ветродвигатели барабанного типа, не защищены от возможных разрушений при сильном ветре. Простейшая ветряная мельница может нормально работать только в присутствии человека. Человек должен следить за ветром и вовремя устанавливать ветровое колесо в нужное положение. Если ветряная мельница большая, то для установа колеса на ветер необходимо не менее двух человек, если она не имеет специального ворота (простейшей машины для подъема груза). При дальнейшем развитии техники строительства ветродвигателей стали стремиться использовать силу ветра не только для вращения ветрового колеса, но и для автоматической его установки против ветра, как это можно видеть у обычного флюгера, показывающего направление ветра. Для этого к задней части поворотной головки стали прикреплять хвост, состоящий из длинного штока или специальной фермы с поверхностью на конце, которую называют оперением хвоста (см. рис. 24).

Рис.24. Схема крыльчатого ветродвигателя

Если ветер менял свое направление, хвост автоматически поворачивал головку. Ветровое колесо вновь устанавливалось в лоб к ветру. Так появилось простейшее устройство для поворота ветрового колеса на ветер без вмешательства человека. У современных ветродвигателей хвосты рассчитываются так, чтобы они начинали поворачивать головку с ветровым колесом на ветер, когда его направление изменится на угол около 10 градусов.

Для поворота головок больших ветродвигателей иногда делают оперение хвоста в виде двух или трех вертикальных поверхностей, поставленных параллельно на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 27).

У других систем ветродвигателей роль хвоста выполняет само ветровое колесо. Оно устанавливает себя против ветра, как только ветер меняет свое направление. Для этого ветровое колесо помещается не впереди башни, а за башней. В этом случае колесо, как флюгер, автоматически следует за ветром.

При больших размерах ветрового колеса резкие повороты хвостом могут вызвать поломку крыльев. Поэтому при помощи хвостов обычно устанавливают на ветер только небольшие ветровые колеса с диаметрами до 18 метров.

Наиболее распространены устройства, состоящие из двух многолопастных ветровых колес, помещающихся на задней части фермы головки. Такие устройства называются виндрозами. Виндрозы расположены так, что если ветер дует в лоб рабочему колесу, они оказываются расположенными ребром к направлению ветра и стоят неподвижно. Когда же ветер дует сбоку, виндрозы приходят в движение и передаточным механизмом поворачивают головку с ветровым колесом на ветер до тех пор, пока оно не станет строго против ветра (рис. 26). В это время виндрозы вновь расположатся ребром к ветру и остановятся, пока ветер снова не изменит свое направление.

Рис.26. Схема поворота головки ветродвигателя на ветер при помощи виндроз

Для поворота на ветер больших ветровых колес современных быстроходных ветродвигателей применяются другие остроумные устройства. Они при любом ветре аккуратно и плавно выводят ветровое колесо на ветер.

Обычно внндрозные механизмы поворачивают головку относительно башни с очень небольшой скоростью один полный оборот за несколько минут.

У крупных ветродвигателей головка устанавливается на ветер при помощи электромотора, управляемого небольшим флюгером. При изменении направления ветра флюгер поворачивается и замыкает электрическую линию, включая автоматически электромотор.

Электромотор остановится лишь при разъединении линии. А это произойдет тогда, когда флюгер расположится вдоль воздушного потока, а ветровое колесо - в лоб к ветру.

Таковы основные устройства у современных ветродвигателей для автоматического поворота ветрового колеса на ветер.

Однако ветер может менять не только свое направление, но и скорость. Следовательно, меняется и сила давления на ветровое колесо. С увеличением скорости ветра увеличивается число оборотов ветрового колеса. Они могут достигнуть больших значений. Это опасно не только для прочности колеса, но и для всей установки и приключенных к ней машин.

Чтобы избежать этого, современные ветродвигатели снабжаются специальными устройствами, которые вступают в действие при большой скорости ветра. Они следят за тем, чтобы при дальнейшем усилении ветра число оборотов ветрового колеса не увеличивалось, а в случае бури останавливалось.

Наиболее простой метод ограничения оборотов у ветрового колеса заключается в том, что оно при ветре с определенной скоростью начинает частично выходить из-под ветра.

По мере увеличения скорости ветра ветровое колесо поворачивается на все более значительный угол, а при буре располагается ребром к воздушному потоку и останавливается. При этом растягиваются регулирующие пружины или поднимается специальный груз, которые при уменьшении скорости ветра вновь выводят ветровое колесо на ветер.

Регулирование оборотов путем вывода всего ветрового колеса из-под ветра применяется обычно лишь у тихоходных ветродвигателей с небольшими ветровыми колесами.

Для регулирования оборотов у больших быстроходных ветродвигателей из-под ветра выводят не ветровые колеса, а отдельные крылья или их концевые части, равные 1/4 или 1/8 полной длины крыла.

В настоящее время наиболее совершенным является регулирование быстроходных ветродвигателей при помощи особых обтекаемых поверхностей - стабилизаторов, которые на стойках прикрепляются к поворотным частям крыльев. Стабилизаторы управляются центробежными грузами, находящимися внутри крыльев. Грузы очень чувствительны к изменениям оборотов у ветрового колеса, а следовательно, и к скорости ветра. Незначительное перемещение центробежных грузов вызывает поворот стабилизаторов, на которых при этом возникает сила от встречного ветра, поворачивающая концы лопастей подобно тому, как маленький руль поворачивает большую лодку. При выходе поворотных частей крыльев из-под ветра число оборотов ветрового колеса уменьшается.

Это оригинальное регулирование разработано советскими учеными и конструкторами под руководством заслуженного деятеля науки и техники проф. Г. X. Сабинина и проф. Н. В. Красовского. Оно применяется у большинства современных быстроходных ветродвигателей мощностью от 10 до 1000 киловатт.

Изобретатель А. Г. Уфимцев и проф. В. П. Ветчинкин предложили регулирование оборотов у ветровых колес быстроходных ветродвигателей путем вывода из-под ветра крыльев за счет давления на них воздушного потока. При сильном ветре крылья, как флюгеры, могут поворачиваться относительно осей махов, свободно пропуская воздушный поток. Необходимая равномерность оборота ветроколеса с этим регулированием достигается за счет работы так называемого инерционного аккумулятора, говоря проще, маховика, включаемого в трансмиссию. Быстро вращаясь, диск аккумулятора поглощает избыток энергии при возрастании скорости ветра и отдает эту энергию рабочим машинам при снижении скорости ветра. Такое регулирование установлено, например, у ветродвигателей 1-Д-18 системы Уфимцева-Ветчинкина (рис. 27).

Рис.27. Ветродвигатель 1-Д-18 мощностью до 30 киловатт.

У небольших быстроходных ветродвигателей поворот крыльев осуществляется за счет дополнительных центробежных сил, которые возникают на специальных грузах, закрепленных у крыльев вблизи вала ветроколеса.

Это простейшее по выполнению и весьма оригинальное по замыслу устройство было предложено лауреатом В. С. Шаманиным.

Таковы основные автоматические механизмы современных крыльчатых ветродвигателей, при помощи которых ветровые колеса устанавливаются на ветер и удерживают заданные обороты при больших его скоростях.

Автор: Кармишин А.В.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Безопасные натрий-ионные батареи Freen 17.03.2026 Развитие систем накопления энергии становится одним из ключевых направлений современной энергетики, особенно на фоне роста популярности солнечных и ветровых электростанций. Однако традиционные литиевые батареи, несмотря на широкое распространение, остаются уязвимыми к перегреву и зависят от дефицитных материалов. В этом контексте все больше внимания привлекают альтернативные технологии, способные повысить безопасность и устойчивость энергетических систем. Эстонская компания Freen, работающая в сфере чистой энергетики, представила новое поколение натрий-ионных аккумуляторов, произведенных на территории Европейского союза. Этот шаг рассматривается как важный этап перехода к более безопасным и экологичным технологиям хранения энергии, а также как способ снизить зависимость от лития и связанных с ним цепочек поставок. Одним из ключевых преимуществ натрий-ионной технологии является ее высокая устойчивость к так называемому тепловому разгону - опасному процессу, при котором батарея может перегреваться и воспламеняться. Благодаря особенностям химии натрия такие аккумуляторы значительно менее подвержены подобным рискам, что делает их особенно подходящими для установки внутри жилых помещений. Не менее важной характеристикой стала способность работы в экстремально низких температурах. Заявленный диапазон эксплуатации до -40°C представляет собой серьезное достижение, особенно актуальное для регионов с холодным климатом, таких как Украина и Северная Европа. Для сравнения, литиевые аналоги часто теряют значительную часть эффективности уже при температурах около 0°C, что ограничивает их использование в зимний период. Производство аккумуляторов на территории ЕС, в частности в Эстонии, также имеет важное экологическое значение. Локализация выпуска позволяет снизить углеродный след, связанный с транспортировкой и добычей сырья, а также уменьшить зависимость от таких редких и спорных материалов, как кобальт, который широко используется в литиевых системах хранения энергии. Согласно заявленным характеристикам, ресурс новых батарей превышает 10 000 циклов зарядки и разрядки, что ставит их на один уровень с одними из самых долговечных решений в сегменте, включая аккумуляторы на основе литий-железо-фосфатной технологии. Такой показатель напрямую влияет на экономическую эффективность систем хранения энергии, снижая затраты на их обслуживание и замену. Отдельно подчеркивается, что новые батареи рассчитаны на решение двух ключевых проблем владельцев солнечных электростанций. Речь идет о риске возгорания, который долгое время оставался одним из главных факторов осторожного отношения к аккумуляторным системам, а также о потере работоспособности оборудования в зимних условиях при размещении в неотапливаемых помещениях. Дополнительным аргументом в пользу технологии служит гарантийный срок, составляющий 10 лет, что отражает уверенность производителя в стабильности и надежности натрий-ионной химии. Такой уровень гарантийной поддержки делает технологию более привлекательной для массового внедрения в бытовых и коммерческих энергетических системах.

Другие интересные новости:

▪ Засуха загрязняет воздух озоном

▪ Запах пациента заставляет врачей ошибаться

▪ Многорежимная технология беспроводной связи для сетей датчиков

▪ Фотокамера Pentax Q

▪ Горы становятся ниже

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Тайное стало явным. Крылатое выражение

▪ статья Для чего предназначался первый в мире пазл? Подробный ответ

▪ статья Монографический метод анализа причин производственного травматизма

▪ статья Делители частоты с меандром на выходе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Как улучшить качество приема. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026