Лев Гумилевский - Создатели двигателей
Подобным же образом до того Сабинин занимался анемометрами — приборами для измерения скорости ветра. При испытании ветряков в Кучине Сабинин обнаружил, что обычные анемометры не годятся для этой цели. Тогда он начал изучать их и нашел, что действительная скорость ветра иная, чем показывают приборы. Создав теорию вращающихся анемометров, он указал, как измерять действительную скорость ветра.
В своей теоретической работе Сабинин предложил регулировать работу ветряного двигателя при помощи стабилизаторов, прикрепленных к свободно сидящим на махах лопастям. Идея такого способа регулирования возникла у Сабинина еще в 1920 году. Тогда же он дал и теорию стабилизаторного ветряка. Красовский ухватился за идею Сабинина и со свойственной ему энергией начал проектировать быстроходный стабилизаторный ветряк с лопастями в 2,5 метра диаметром.
В это время пришло известие, что осенью 1923 года в Москве откроется первая сельскохозяйственная выставка. Красовский решил поставить на выставке новый ветряк с динамо-машиной. Предложение Красовского было принято коллегией ЦАГИ — Центрального аэрогидродинамического научно-исследовательского института. Отдел ветряных двигателей ЦАГИ во главе с Красовским и его помощником Сабининым немедленно приступил к делу. Были подобраны люди для проектирования. Нелегкой была задача за два месяца неопытному коллективу спроектировать и построить ветроэлектрическую станцию с ветряком диаметром лопастей в 6 метров на башне в 25 метров высотой! Но страстное желание принять участие в строительстве социалистического хозяйства победило все трудности.
Проект был готов до срока, а в мастерских ЦАГИ постройка окончилась к открытию выставки.
Ветряк ЦАГИ получил диплом первой степени. Им чрезвычайно заинтересовался начальник Бакинских нефтяных промыслов. Он предложил построить опытный ветряк для промыслов мощностью до 50 лошадиных сил.
Расчеты показали, что надо строить ветряк с лопастями диаметром в 14 метров. Это небывалое предприятие осуществлялось уже без Сабинина; ему поручено было проектирование ветросиловой лаборатории ЦАГИ.
Осенью 1924 года началась сборка ветряка на нефтяной вышке в Баку. Руководил сборкой Красовский. Он сам вязал бревна для подъема наверх, первый лез туда, куда боялись лезть рабочие, увлекая их своим примером. Но рабочие, зараженные примером инженера, и сами скоро освоились с необычной для них работой на большой высоте.
Сборка ветряка на нефтяной вышке в Баку.
Все это время, пока строился ветряк, Красовскому пришлось вести спартанский образ жизни. Не было подходящего помещения для жилья, обстановки. Конструктор спал на голых досках, подстелив под себя газету и покрывшись солдатской шинелью, с которой он не расставался. И до сих пор помнят его рабочие бакинских промыслов — в старой студенческой фуражке, в шинели, в крестьянских кожаных рукавицах, с мешком защитного цвета за спиной, в котором хранились папки с чертежами и расчетами.
Успешная эксплуатация этого ветряка пробудила к нему огромный интерес в Крыму. Оттуда поступает заказ, и отдел ветряных двигателей начинает проектировать мощную ветроэлектростанцию с диаметром лопастей ветряка в 30 метров, с генератором переменного тока, работающим на общую электрическую сеть вместе с тепловой электроцентралью. Лопасти и стабилизаторы его уже проектируются не наугад, а на основании многочисленных экспериментов с самоустанавливающейся лопастью. Не довольствуясь этим, отдел строит десятиметровую модель крымского ветряка и испытывает его в ветросиловой лаборатории ЦАГИ.
В годы гражданской войны производство ветряков у нас прекратилось. «Ветряное» хозяйство гибло от времени, бурь и невнимания. Отдельные крестьяне и сельскохозяйственные организации донимали Высший совет народного хозяйства и Народный комиссариат земледелия просьбами поставить производство ветряных двигателей. Но для такого производства нужен был хороший, испытанный тип ветряка. Его-то и поручено было создать Отделу ветряных двигателей ЦАГИ.
Но конструкторской работе должны были предшествовать лабораторные испытания.
Ветросиловая лаборатория, сооруженная по проекту Сабинина в башне аэродинамической лаборатории ЦАГИ, представляла собой редкостный и оригинальный прибор для испытания различных ветряных двигателей.
Обратим внимание, что лаборатория предназначалась для испытания натуральных ветродвигателей, а не моделей; в естественных условиях, а не в трубе. Для установки двигателя сооружена была каменная башня в 30 метров высотой. Показания измерительных приборов при таком положении пришлось перенести, путем электрической передачи, в отапливаемое помещение экспериментатора. Надо заметить, что в холодную погоду, не говоря уж о зиме, экспериментировать на сорокапятиметровой высоте при стойком ветре чрезвычайно трудно.
Лаборатория ставила себе целью исследование процессов, происходящих при работе ветряного двигателя как в воздушном потоке, так и в механизме самого двигателя.
Кроме того, имелось в виду изучать и процессы работы тех агрегатов, для которых можно было пользоваться энергией ветра, прежде всего электрического генератора.
В результате научно поставленного исследования двигателей в этой ветросиловой лаборатории ЦАГИ удалось сконструировать ряд ветродвигателей промышленного типа.
Двигатели мощностью от 2 до 10 лошадиных сил пошли в серийное производство и нашли себе широкое применение в сельском хозяйстве и в кустарной промышленности. Ветряки ЦАГИ уже много лет безотказно работают на Дальнем Севере, вынося все тяжелые природные условия края и снабжая светом обитателей его в долгие зимние ночи.
Ветряной двигатель мощностью в 100 киловатт, установленный в Крыму, показал полную возможность использования даровой энергии ветра в более широких масштабах. На месте древней генуэзской сторожевой башни советские строители воздвигли металлическую, на которой установил ветродвигатель. Он состоял из трех лопастей, надетых на три громадных трубчатых маха, которые были связаны друг с другом металлической фермой, называемой «пауком». Надетые на махи крылья образовали ветряное колесо, весящее около девяти тонн.
Ветер вращал это колесо, диаметр которого был равен высоте восьмиэтажного дома, со скоростью тридцати оборотов в минуту. При такой скорости наружный конец лопасти двигался со скоростью самолета, не менее 180 километров в час.
Этот самый большой в то время ветродвигатель в мире работал на генератор электрического тока, помещающийся в кабине, и автоматически сам устанавливался в наивыгоднейшем положении по отношению к ветру.
Позднее у нас был спроектирован при постоянной консультации Г. X. Сабинина ветродвигатель мощностью в 100 киловатт для электростанции на Кольском полуострове. Диаметр этого великана — 50 метров.
В переводе на принятое для двигателей измерение мощности этот двигатель имеет мощность в 1200 лошадиных сил.
Нельзя сказать, что ветросиловая лаборатория ничего непосредственно не сделала и для авиации. На многих самолетах устанавливались испытанные в лаборатории особого типа ветрячки в качестве вспомогательных агрегатов, дававших электроэнергию для освещения и радиостанций самолетов.
Ветряной двигатель.
В 1935 году отдел ветровых двигателей выделился в самостоятельный Ветроэнергетический институт.
Энергию и энтузиазм Красовского ЦАГИ отметил присуждением ему ученой степени доктора технических наук без защиты диссертации.
Огромные успехи в области аэродинамики, творцом и создателем которой был Жуковский, создали условия для разрешения по-новому теоретических вопросов использования силы воздушного потока в ветровых машинах. Вместе с тем расширялась и область применения ветросиловых установок, которые, кроме мельниц, приводили в действие насосы, поднимавшие воду из колодцев и водоемов для орошения и водоснабжения, а также работавшие на осушении заболоченных мест.
Эти же машины могут применяться в сельском хозяйстве для дробления соли и минеральных удобрений, для приготовления кормов скоту, для обмолота урожая и, наконец, для обслуживания всевозможных станков — деревообделочных, металлообрабатывающих и разнообразных сельскохозяйственных машин.
Универсальным типом ветродвигателя является ветродвигатель Д-18.
Его ветровое колесо состоит из трех лопастей цельнометаллической конструкции. Каждая лопасть в сечении имеет современный аэродинамический профиль и по конструкции напоминает крыло самолета. Концевые части лопастей могут поворачиваться на трубчатых махах при помощи стабилизаторов, которые располагаются за поворотной частью каждого крыла на легких стойках. Внутри полых лопастей имеются центробежные грузы, соединенные системой тяг и рычагов со стабилизаторами и пружинами регулирования, помещенными на центральной ступице ветрового колеса. Жесткие и поворотные части лопастей остаются в одной плоскости до тех пор, пока ветер не достигнет определенной скорости. При возрастании скорости воздушного потока увеличиваются обороты ветрового колеса и центробежные силы у грузов внутри лопастей. Стабилизаторы поворачивают лопасти на некоторый угол, и пружины регулирования растягиваются. Вследствие этого повышается давление ветра на стабилизаторы, и они выводят поворотные части лопастей из плоскости вращения, вызывая торможение ветрового колеса до расчетного числа оборотов. При усилении ветра концевые лопасти поворачиваются на больший угол, увеличивая торможение и удерживая обороты ветрового колеса в заданных пределах. При падении скорости ветра пружины регулирования последовательно возвращают всю систему в исходное положение.
