Как сделать самому
ветроэлектрический
агрегат

DjVu

      1. ВЕТЕР
      1. Происхождение ветра. Ветром называют движение окружающего земной шар воздуха. Мы настолько свыклись с этим явлением, что у нас и не появляется вопроса: как и почему возникает ветер? Однако, для более ясного представления об этой силе природы следует знать и причины, ее порождающие.
      Если мы откроем немного дверь теплой комнаты, находящейся рядом с холодным помещением, то сейчас же наши ноги ощутят холод, между тем как на уровне лица этого ощущения не будет. Это происходит оттого, что теплый воздух, будучи легче, чем холодный, стремится занимать верхнюю часть помещения, а холодный — нижнюю. Воздух из холодного помещения устремляется в теплую комнату и как более тяжелый распространяется понизу, вытесняя из нее теплый воздух, который в свою очередь под действием холодного вытесняется из теплой комнаты через верхнюю часть открытой двери. В этом можно легко убедиться, поднося зажженную свечу к щели приоткрытой двери: сначала внизу, потом в средине и, наконец, вверху. Внизу пламя свечи наклонится внутрь теплой комнаты, в средине будет стоять вертикально, а вверху направлено в сторону холодною помещения. Отклонение пламени свечи указывает направление движения воздуха между помещениями с разными температурами.
      Аналогичное явление происходит с воздухом земной атмосферы. Солнце нагревает землю не везде одинаково. На экваторе солнечные лучи падают на землю вертикально и нагревают ее поверхность наиболее сильно, ближе к полюсам лучи солнца падают наклонно и греют слабее, а на полюсах солнце греет землю совсем слабо. Соответственно нагреву поверхности земли нагревается и воздух, расположенный над ней. Таким образом, воздух на поверхности земли имеет разные температуры, а следовательно, разные давления и вес. Атмосферный воздух устремляется из холодных пространств в теплые, т. е. от полюсов к экватору, вытесняет нагретый, который направляется в верхние слои атмосферы. На высоте нескольких километров нагретый воздух, разделившись на два потока, направляется к полюсам. По мере приближения « ним он охлаждается и опускается ближе к поверхности земли. На полюсах он совершенно охлаждается и направляется обратно к экватору. Такое явление происходит постоянно, создавая циркуляцию атмосферы над поверхностью земли.
      Постоянное движение воздуха с юга и севера к экватору называется пассатом. Вследствие вращения земли с запада на восток пассат движется к экватору с севера — в северо-восточном направлении, а с юга — в юго-восточном.
      В северной и южной частях земного шара наблюдаются местные ветры с переменным направлением. Эти ветры вызываются тем, что по мере удаления от тропиков к полюсам чередование времен года — зимы, весны, лета и осени, а также присутствие морей, гор и т. п. делают температуру атмосферного воздуха крайне непостоянной, а следовательно, непостоянным направление и скорость движения воздушных потоков.
      2. Скорость ветра и как ее измерить. Основной величиной, характеризующей силу ветра, является его скорость. Величина скорости ветра определяется расстоянием в метрах, проходимым им -в течение 1 сек. На-прнмер, если за 20 сек.
      ветер прошел расстояние 160 м, то его скорость v за данный промежуток времени была равна:
      Скорость ветра отличается большим непостоянством: она изменяется не только за продолжительное время, но и за короткие промежутки времени (в течение часа, минуты и даже секунды) на большую величину. На фиг. 1 дана кривая, показывающая изменение скорости ветра в течение 6 мин. Из этой кривой можно заключить, что ветер движется с пульсирующей скоростью.
      Скорости ветра, наблюдаемые за короткие промежутки времени — от нескольких секунд до 5 мин, называют мгно-
      Фиг. 3. Анемометр завода "Метрприбор".
      венными или действительными. Скорости же ветра, полученные как средние арифметические из мгновенных скоростей, называют средними скоростями ветра. Если сложить замеренные скорости ветра в течение суток и разделить на число замеров, то получится среднесуточная скорость ветра.
      Если же сложить среднесуточные скорости ветра за весь месяц и разделить эту сумму на число дней месяца, то получим среднемесячную скорость ветра. Сложив среднемесячные скорости и разделив сумму на двенадцать месяцев, получим среднегодовую скорость ветра.
      Скорости ветра замеряют с помощью приборов, называемых анемометрами.
      Простейший анемометр, позволяющий определять мгновенные скорости зетра и называемый простейшим флюгером-анемометром, показан на фиг. 2, Он состоит из металлической доски, качающейся около горизонтальной оси а, закрепленной на вертикальной стойке б. Сбоку доски на той же оси а закреплен сектор б, с восемью штифтами. На стойке б ниже сектора закреплен флюгер г, который все время устанавливает доску плоскостью к ветру. При действии последнего доска отклоняется и проходит мимо штифтов, каждый из которых указывает при этом на определенную скорость ветра. Стойка б с флюгером г поворачивается ео втулке д, в которой закреплены в горизонтальной плоскости 4 длинных стержня, указывающих главные страны света: север, юг, восток и запад, и между ними 4 коротких, указывающих на северо-восток, северо-запад, юго-восток и юго-запад. Таким образом, с помощью флюгера-анемометра можно определять одновременно и скорость и направление ветра.
      Значения скоростей ветра, соответствующих каждому штифту сектора в, приведены в табл. 1.
     
      3. Влияние препятствий на скорость и направление ветра.
      Ветер, проносящийся мимо домов, деревьев, холмов и других препятствий, из прямолинейного движения переходит в беспорядочное. Воздушные струи, непосредственно обтекающие края препятствий, закручиваются в вихревые кольца и уносятся в направлении воздушного потока. На месте унесенных появляются новые вихревые кольца, которые опять уносятся, и т. д. Понятно, что там, где образуются вихри, ветер теряет свою скорость и направление.
      Вихревое движение ветра, появляясь на гранях препятствия, далеко за ним постепенно затухает и совершенно прекращается на расстоянии приблизительно пятнадцатикратной высоты препятствия. Вообще вихри образуются вследствие трения движущегося воздуха о поверхность земли, постройки, деревья и т. п.
      Поэтому вблизи поверхности скорость ветра меньше, чем на высоте.
      Об этом необходимо помнить при выборе места для установки Еетродвигателя. Ветроколесо двигателя должно быть вынесено выше препятствий, где поток ветра ничем не нарушается. Вообще ветроколесо должно быть вынесено возможно выше, так как с увеличением высоты увеличивается скорость ветра, а вместе с этим увеличивается и мощность ветродвигателя, Например, при увеличении высоты положения ветроколеса в два раза его мощность увеличится примерно в полтора раза. Однако, при выборе высоты необходимо учитывать удобства обслуживания ветродвигателя при эксплоата-ции. Минимальная высота башни под ветродвигатель должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы нижний конец крыла ветроколеса был на 1,5 — 2 м выше ближайшего препятствия, как показано на фиг. 4.
     
      4. Повторяемость ветра. Наблюдения показывают, что скорость ветра все время изменяется, и трудно угадать, сколько часов дует ветер с той или иной скоростью в течение суток или месяца. Нам, однако, нужно знать повторяемость ветра, т. е. сколько часов был ветер со скоростью 3, 4, 5 м/сек и т. д. в течение некоторого промежутка времени. Это даст возможность определить, с какой мощностью может работать ветродвигатель и сколько лошадиных сило-часов он выработает за месяц или за год. Еще в 1895 г. М. М. Поморцев установил закономерность повторяемости в зависимости от среднегодовых скоростей ветра. На основании этой закономерности составлена табл. 3 повторяемости разных скоростей ветра в зависимости от среднегодовых скоростей. Например, в районах со среднегодовой скоростью ветра 4 м/сек ветер был равен О (штиль) 307 час Это число представляет сумму часов кратковременных штилей и штилей, вообще наблюдавшихся в разное время года; слабый ветер со скоростью 3 м/сек дул 1 445 час.; ветер со скоростью 8 м/сек дул 315 час. и т. д.