Ветер и его использование

Такова сила ветра.

Чтобы представить себе эту силу, достаточно вспомнить, какие разрушения производят подчас ураганные ветры.

В 1860 году над Францией пронеслась буря; ветер был настолько силён, что опрокинул с рельс два железнодорожных состава!

Ураган 1703 года в Англии и Франции вырвал с корнем, поломал и разбросал на огромных расстояниях около 250 тысяч деревьев, разрушил около тысячи домов и церквей, разбил о берег 400 кораблей, убил несколько тысяч человек.

Огромные разрушения производят тропические циклоны. В 1780 году так называемый «великий ураган» опустошил Антильские острова. Многие города были уничтожены этим ураганом полностью. Ветер снимал с земли траву и вырывал с корнем вековые деревья! В море затонуло более сорока военных судов.

В океанах такой ветер поднимает волны высотой в десять-пятнадцать метров. Обрушиваясь на отлогий берег, они смывают в море целые посёлки!

Морской прибой ежегодно разрушает не один десяток кубических километров берегов. Это неудивительно — ведь морские волны, поднимаемые ветром, ударяются о берег с силой в десятки тонн на квадратный метр!

Все эти примеры говорят о том, что энергия ветра, или, как её образно называют, энергия «голубого угля», огромна.

Академик П. П. Лазарев подсчитал, что энергия угля, ежегодно сжигаемого во всём мире, в 3000 раз меньше той энергии, которую может нам дать за то же время ветер.

Известно, что более сильные ветры наблюдаются на морских побережьях. Среднегодовые скорости воздушных потоков здесь достигают 6—8 метров в секунду. Такие ветры дуют, например, на побережье Каспия, на берегах Северного Ледовитого океана, на берегах Балтийского моря. Если бы мы могли полностью использовать энергию ветра этих районов, то на каждом квадратном километре поверхности земли мы получили бы в течение года до миллиона киловатт-часов электрической энергии!

Так велика энергия ветра.

Запасы «голубого угля» в природе неистощимы. Ведь движение в атмосфере происходит, как мы уже говорили, за счёт энергии солнечных лучей.

Возникает заманчивая мысль об использовании энергии воздушных потоков. Её преимущества очевидны — энергия ветра огромна, она имеется всюду, её не нужно добывать, подобно углю, из шахт.

Как же человек использует энергию «голубого угля»?

1. НЕМНОГО ИСТОРИИ

Каждому известно, что идти против ветра значительно труднее, чем по ветру. По-видимому, это ещё в глубокой древности и привело людей к мысли об использовании силы ветра. Надо полагать, что прежде всего сила ветра была использована для перемещения простейших лодок на воде. К плоту или лодке прикреплялся парус — обычно большой кусок ткани. Ветер, давя на поверхность паруса, двигал лодку.

Так возникли парусные суда, на которых в течение столетий люди плавали по рекам и озёрам, пересекали моря и океаны.

С развитием ремесленного труда сила ветра стала широко применяться в простейших машинах— ветряных двигателях.

Первые ветродвигатели были устроены очень просто.

Представьте себе горизонтальное бревно — вал с двумя

крестовинами на концах. К крестовинам прикреплены продольные доски-лопасти. Вал помещается в двух опорах, укреплённых на столбах. Ветроколесо такого простейшего ветродвигателя (рис. 17) очень похоже на общеизвестное водяное колесо; работа его также напоминает работу водяного колеса.

Лопасти такого ветродвигателя ниже вала прикрываются щитом. Если поместить теперь вал поперёк ветра, то ветер будет давить лишь на верхние лопасти ветродвигателя. Нижние лопасти не будут испытывать давления ветра, так как их прикрывает щит. Благодаря этому лопасти начнут под действием ветра вращаться и будут вращать вал.

Такие ветровые машины называются барабанными ветродвигателями: они раньше применялись там, где ветер часто дует в одном направлении.

Если ось барабанного ветродвигателя расположить вертикально, мы получим тип карусельного ветродвигателя (рис. 18). У таких ветродвигателей лопасти имеют самую разнообразную форму.

Эти простые, карусельные и барабанные ветродвигатели применялись ещё несколько тысячелетий назад в Китае.

Остатки очень старинных ветряных мельниц встречаются также в Египте. Каменная кладка сохранившихся частей мельниц говорит о том, что они были построены около 2 ООО лет тому назад. Таким образом, народы восточных государств ещё в глубокой древности использовали энергию ветра для получения работы.

В Европе впервые ветродвигатели появились примерно в VIII веке. Они применялись для водоснабжения, а также для перемалывания зерна в муку.

Особенно широко были распространены ветряные мельницы и ветронасосные установки в Голландии. С помощью ветронасосных установок эта маленькая страна постоянно отвоёвывала свою землю у наступающего моря.

В Голландии был создан свой оригинальный тип ветряного двигателя, массивная башня которого была неподвижна, а на ветер поворачивалась вместе с ветровым колесом её верхняя часть или шатёр. Такие ветряные двигатели получили название шатрового или голландского типа (рис. 19).

Ветродвигатели в развитии хозяйства Голландии сыграли огромную роль. По этому поводу Карл Маркс в «Капитале» писал: «Частью недостаток естественных водопадов, частью борьба с избытком воды в других формах заставили голландцев применять ветер в качестве двигательной силы. Самые ветряные мельницы голландцы заимствовали из Германии, где это изобретение вызвало серьёзную борьбу между дворянством, попами и императором из-за того, кому же из них троих «принадлежит» ветер... Ещё в 1836 г. в Голландии было в ходу 12000 ветряных мельниц в 6000 лошадиных сил, которые предохранили две трети страны от обратного превращения в болото» («Капитал», том I, глава 13, стр. 381, прим. 93, Госполитиздат, 1949 г.).

Но вот в XIX столетии появляются паровые машины. Ветродвигатели не могли конкурировать с ними. И применение ветровых установок резко сократилось. Однако от них совсем не отказались потому, что эти машины используют совершенно даровую и неиссякаемую энергию ветра, которая к тому же находится всюду.

С развитием машиностроения и учения о движении воздуха — аэродинамики — появилась возможность строить более совершенные и мощные ветросиловые установки. Роль ветровых двигателей, особенно в сельском хозяйстве, вновь возросла.

2. СЕЛЬСКИЕ МЕЛЬНИЦЫ И КУСТАРНЫЕ ВЕТРОДВИГАТЕЛИ

Представьте себе картину недалёкого прошлого... Вы медленно едете на крестьянской телеге по пыльной ухабистой дороге. Кругом бескрайные поля с редкими перелесками, балками и оврагами. Только скучный скрип телеги нарушает тишину. Но вот вдали за пригорком что-то мелькнуло и скрылось; потом опять показалось и вновь исчезло... Вы присматриваетесь и догадываетесь, что там, за пригорком, медленно крутятся крылья сельской мельницы. Это значит, что близко деревня или село. Пейзаж сельских местностей дореволюционной России неизменно отмечался традиционными ветряными мельницами. В стране их насчитывалось более 200 тысяч штук.

Ветряные мельницы производили большую работу. Ещё в 1914 году на них было переработано около двух миллиардов пудов зерна из общего урожая хлеба в 4,3 миллиарда пудов.

Мукомолье, пожалуй, единственный вид сельскохозяйственного производства, где энергия ветра используется с незапамятных времён. Для этого в России широко применялись как описанные выше мельницы голландского или шатрового типа (рис. 19), так и козловые ветряки (рис. 20).

Козловая ветряная мельница отличается тем, что для установки ветрового колеса на ветер, весь её корпус поворачивается водилом вручную на специальном фундаменте. Для поворота всего громоздкого устройства козловой мельницы требуется значительное усилие. Поэтому обычно такие мельницы строились небольшими с диаметрами ветровых колёс 8—12 метров.