Техника - молодёжи 1995-01, страница 5

рок такого "лобового" подхода: W связана с площадью S прямо пропорционально, линейно. Зато влияние скорости V гораздо сильнее — зависимость тут уже кубическая. Насколько важна эта разница, поясним на примере.

Допустим, нам удалось каким-то путем удвоить величину V. Понятно, что мощность воздушного потока на лопастях возрастет в 8 раз. И если теперь мы решим сохранить прежнюю мощность установки, то сможем соответственно уменьшить ОП ветрового колеса. Тогда его диаметр (то есть, в первом приближении, и остальные линейные размеры ВЭУ) сократился бы в V8 = 2,83 раза. Если же сумеем увеличить V втрое, выиграем в габаритах более чем в 5 раз ( лГ27), и т.д.

Что ж, ускорить ветер в принципе нетрудно: нужно загнать его в некое подобие аэродинамической трубы, попросту говоря — в сужающийся канал. В нем, как известно, скорость потока растет обратно пропорционально площади сечения. А общий коэффициент ускорения равен отношению площадей входного и выходного отверстий. Даже для обычных ВЭУ уже разработаны подобные устройства — так называемые конфузоры, или дефлекторы. Смысл их применения в том, что они собирают ветер с гораздо большей площади, чем ОП.

Но почему, ступив на верный путь, конструкторы не пошли по нему дальше? Сделаем входное сечение конфузо-ра переменным — и сразу решим ту, "нерешаемую", проблему — поддержания постоянной скорости потока на лопастях независимо от капризов ветра! Проще всего тут применить поворотное воздухозаборное устройство (ВУ). Легко понять, что его эффективное сечение максимально в направлении "фордевинд" и уменьшается при отклонении в любую сторону. Причем такое ВУ способно ловить ветер со всех румбов, и потому остальные элементы можно сделать неподвижными, да и смонтировать прямо на земле, что гораздо удобнее.

Так родилась у автора конструкция установки, изображенная на схеме (патент РФ № 1783144). Главное ее отличие — мощный "ветроускоритель": ряд воздуховодов с полноповоротными ВУ на концах, сходящихся в общий конфузор и далее в рабочий канал. Каких же скоростей достигает там воздушный поток? Ясно, что это зависит от отношения двух величин: суммарного эффективного сечения всех ВУ на входе и сечения рабочего канала — на выходе. Пусть диаметр одного ВУ всего втрое превышает диаметр канала, а площадь соответственно — в девять раз. Тогда, скажем, при пяти ВУ общий коэффициент ускорения равен 45. Правда, мы не учли турбулизацию воздушных потоков в системе и ее общее аэродинамическое сопротивление, но для первичной оценки такой расчет правомерен. А это значит, что самый обычный, умеренный ветер (5 м/с) порождает в канале сверхураган в 225 м/с! Напомним, что по шкале Бофорта ураганным считается ветер с жалкой скоростью 12 м/с...

Выходит, обычное ветровое колесо тут уже не годится: его лопасти просто не выдержат такого напора. Нужна настоящая турбина, с лопатками иной формы, гораздо меньшего размаха и более прочными — короче, типа авиационной. Кстати, подобное устройство намного эффективнее использует аэродинамическую энергию воздушного потока. А здесь к тому же он ограничен стен

ками рабочего канала, сечение которого почти полностью перекрыто лопатками. В результате общий КПД установки должен заметно возрасти по сравнению с обычной, горизонтально-осевой.

Не забудем только, что аэродинамический поток, вырвавшийся из турбинного канала, надо снова затормозить. Эту обратную задачу выполняет система, зеркально отображающая входную: диффузор ("расширитель") и воздуховоды с устройствами сброса (УС) на концах. Конструкции ВУ и УС опять-таки одинаковы. Единственное отличие — диаметры элементов отводящей системы должны быть больше, чем у их входных аналогов, чтобы обеспечить эффективный перепад давлений.

Скорость потока в турбинном канале регулируется простым вращением ВУ. При слабом ветре воздухозаборники ориентируются "лицом" к нему, а по мере усиления все больше отворачиваются, если это нужно. Устройства сброса, естественно, всегда направлены "спиной" к ветру. Координируют работу всех ВУ и УС микропроцессорные блоки контроля и управления их электроприводами, датчик направления ветра и центральный процессор с зашитой в нем программой. Режим регулирования вполне может быть не плавным, а дискретным, прерывным, что упростит систему управления.

...Но, пожалуй, описанная ВЭУ в целом кажется отнюдь не дешевой. Есть ли смысл городить все эти громоздкие воздуховоды? Что ж, полученная нами формула мощности W позволяет сравнить абсолютные энергетические показатели старого и нового вариантов. Зададимся плотностью воздуха на уровне моря р = 1,2 кг/куб.м и скоростью ветра V = 5 м/с.

Для первого варианта возьмем предельный диаметр ветрового колеса — 120 м, что дает площадь S (ОП) чуть больше 11 ООО кв.м. Подставив эти данные в формулу, получим мощность ветрового потока всего 0,8 МВт.

Для новой ВЭУ используем нашу оценку скорости V в рабочем канале (около 200 м/с) и зададимся скромной величиной ОП турбины — 10 кв.м. Аналогичный показатель составит 48 МВт! Энергетическое преимущество настолько явное, что дополнительные затраты (если они вообще понадобятся) должны окупиться.

Разумеется, в обоих вариантах, с учетом различных потерь, электрогенераторы утилизуют далеко не всю аэродинамическую мощность. Но и здесь, как мы убедились, новая ВЭУ должна иметь преимущество — более высокий КПД.

Как показывают простейшие расчеты, стоит поставить несколько лишних ВУ да немного увеличить их диаметр — и мы быстро подойдем к пределу возможностей даже авиационных турбин. То есть данное условие само по себе определяет число и размеры ВУ проектируемой установки вряд ли больше 10.

Правда, тут важен и еще один фактор — среднегодовая скорость ветра в данном районе, его, так сказать, ветрообе-спеченность. Если этот показатель меньше тех же 5 м/с, то для стабильной работы генератора может понадобиться и более 10 воздуховодов. Чтобы оценить целесообразность такого решения, понадобятся, конечно, детальные исследования и расчеты, в том числе экономические. Но даже наши приближенные оценки говорят, что подумать есть над чем... щ

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 1 '9 5

В Издательском доме "Техника — молодежи"

выходит многотомная

"Энциклопедия техники"

В ней описаны типовые и уникальные образцы военной и гражданской техники, отечес венное и зарубежное оружие; рассказывается о его создании и совершенствовании в контексте Всемирной истории. Издание снабжено многочисленными цвет ными иллюстрациями. Используются фотоматериалы, отснятые в запасниках Московского Кремля, Историческом и других россииских музеях, а также в закрытых экспозициях "силовых" министерств и специальных служб.

1. Для оформления подписки на полный комплект "ЭТ" до 1 ноября 1994 г. переведите залоговую сумму 10 000 руб. на счет Издательского дома ТМ".

а) для платежей из России:

р.с. 13345520 в АКБ "Бизнес", МФО 201638, уч. 83, к/с 478161600 в РКЦ ГУ ЦБ РФ, Издательский дом "Техника — молодежи";

б) для жителей Москвы и Московской Зласти:

р.с. 13345520 в АКБ "Бизнес", МФО 44583478, уч. 74, Издательский дом "Техника — молодежи".

2. Подписка на отдельные тома или серии "ЭТ" отмеченные Вами в подписном талоне, предполагает залог в 5000 руб.

3. По мере выхода книг из печати Вы буде е получать их по почте и оплачивать по цене указанной на специальном талончике. Ваш залог будет учтен при оплате последних высылаемых Вам омов

4. Оформленный подписной талон вместе с квитанцией о переводе залога на банковский счет Изда тельского дома "ТМ" вышлите по адресу: 125015, Москва, Новодмитровская ул., 5а "Техника — молодежи".

Телефон: (095) 285-72-94 Факс: (095)285 16-87

ПОДПИСНОЙ ТАЛОН

ФИО

Индекс и адрес

Сумма и дата отправки залога

"ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ТЕХНИКИ"

Серия (отметьте) Том

1. Стрелковое оружие:

Пистолеты и револьверы 1 — 1 Винтовки и автоматы 1 — 2 Спецоружие 1 — 3 Охотничье оружие 1 — 4

2. Авиация:

Самолеты МиГ 2—1 История вертолета 2 — 2 Японские истребители второй мировой 2 — 3 Самолет По-2 2 — 4

3. Бронетанковая техника:

История танка 3—1 Бронеавтомобили Русской армии 1914—1918 гг. 3 — 2

Бронепоезда Русской армии 1914—1918 гг. 3 — 3

4. Артиллерия:

История артиллерии 4—1 Советская и германская железнодорожная

артиллерия второй мировой 4 — 2

5. Флот:

Броненосцы типа "Полтава '5 — 1 Линкор "Джулио Чезаре (' Новороссийск") 5 — 2 Парусники мира (т. 1) 5 — 3 Авианосцы 5 — 4 Броненосцы Российского флота 5 — 5 Боевые катера 5 — 6

6. Автомототехника, городской транспорт:

История легкового автомобиля 6—1 Джипы второй мировой воины 6 — 2 Транспорт наших городов 6 — 3

7. История войн, сражений, боевого искусства:

Армия Петра Великого 7 — 1 История пира гства 7 — 2 Униформа Красной Армии и вермахта 7 — 3 Оружие. Коллекция Петра 17 — 4 Из истории русского рукопашного боя 7— 5

3