На Дедушкином Бугре

Ветроэлектростанция Смита-Путнама,
1941 год, Вермонт, США

Итак, разработка проекта "Икар" велась в обстановке отрицания всяческих норм и правил, от юридических и технических до моральных и эстетических, под самодурным руководством, при подавленной конкуренции, с истериками и склоками, в отсутствии представления о цели, c планами от достигнутого, но была также ещё одна черта, характерная для того времени -- закрытость, так что извне виделось нечто совсем иное, чем то, что было на самом деле. Виделось, что русские идут от победы к победе, что вслед за успешным Балаклавским ветряком строится нечто ещё более выдающееся. Такое видение породило волну эпигонства, самым успешным и значительным примером которого стал ветряк Путнама в США. Он даже работал, в чём вы можете сами убедиться, посмотрев видео в конце поста.

Палмер Косслет Путнам (Palmer Cosslet Putnam) родился вместе с ХХ веком в семье издателя Джорджа Хэйвена Путнама (George Haven Putnam). Издательство G. P. Putnam's Sons было основано дедушкой Палмера в 1838 году. Палмер был обеспечен с самого рождения и средствами, и занятием на всю жизнь; и образование, разумеется, получил хорошее (MIT). Его отец Джордж (основателя фирмы, деда нашего героя, звали Джордж Палмер) женился во второй раз когда ему было 55 лет. Через год у них с Эмили, преподавательницы в колледже, родился Палмер. У Джорджа от первого брака с Ребеккой К. было шесть дочерей, из которых одна только Берта (Bertha Haven Putnam), 1872 года рождения, прожила долго и прославилась, став историком-медиевистом. Кроме того, у Джорджа было много других приключений. Европа, Гражданская война в США, в которой он участвовал на стороне северян, работа в издательстве, которое он возглавил, когда ему ещё не было тридцати, и которое он нёс на себе 52 года, пока не передал, наконец, сыну. И неплохо нёс, он даже как-то нанял на работу самого Теодора Рузвельта, правда, когда тот был ещё совсем молод.

Что же касается самого Палмера, то о нём осталось немного письменных свидетельств, хотя он дожил до 1984 года. С другой стороны, в том нет ничего удивительного, ведь Палмер был инженером, они редко привлекают внимание пишущей публики, а мемуаров он не оставил. Работа в издательстве, видимо, пришлась ему не по душе; в 1932 году он передаёт своё первородство кузену Джорджу Палмеру II, о котором известно не многим больше. В первую очередь то, что он развёлся со своей женой, чтобы жениться на Амелии Эрхарт (Amelia Mary Earhart). Вот она действительно была суперзвездой. Легендарная женщина-пилот, первая перелетевшая через Атлантику, была, что теперь называется, медийной персоной. Её принимали даже Рузвельты, хотя, у Путнамов с ними было давнее знакомство, как мы помним. В 1937 году, в самом конце своего кругосветного перелёта, самолёт Амелии бесследно исчез над водами Тихого океана, его разыскивают до сих пор.

Палмер лётчиком не был, но зато где-то в 1934 году ему приходит в голову идея строительства ветряка, который бы снизил стоимость электроэнергии для домохозяйств. (Как говорилось в одном фильме: "мы строим дома; хотя они тоже падают, но зато не летают".) В этом его начинании поддержал Вэнивар Буш (Vannevar Bush), который очень высоко ценил Палмера, называл его удалец-молодец (go-getter). Буш работал советником по науке при президенте Рузвельте. (-- Не слишком ли много тут этого старика? -- Что поделать, и в истории Америки случались авторитарные времена.) Пользуясь поддержкой Буша, Пальмер подключил к созданию проекта ведущие научные центры страны; МИТ, Калтех, Гарвард, НАСА, Дженерал Электрик, в его команде работал фон Карман! К 1939 году проект был готов к реализации.

Было принято решение изготовить турбину на производственной базе компании Смита (S. Morgan Smith Co.), производившей в то время гидротурбины. На компанию легли и финансовые затраты. Вот почему в историографии этот ветряк получил название Смит-Путнам. Здесь есть совершенно шикарные фотографии с производства. На фотографии под номером 64 можно увидеть самого Палмера (с трубкой в зубах). Приведу технические характеристики получившейся машины:

Ротор

• Диаметр 175 футов (53 метра)
• 2 лопасти, на шарнирах по осям
• прямоугольные в плане
• аэродинамический профиль НАСА 4418
• 5° закрутка лопасти
• скорость вращения 28,7 об/мин
• регулировка угла атаки по всему размаху лопасти
• наклон оси ротора 12,5°
• высота оси 125 футов (38 метров)
• заветренное расположение (на корме гондолы)

Редуктор

• двухступенчатого типа
• передаточное отношение 20,9
• параллельная конфигурация осей
• гидравлическая муфта на высокоскоростной оси

Генератор

• синхронный переменного тока 60 Гц
• 1250 кВт активной мощности
• 600 об/мин
• 2400 В

Гондола

• активное управление курсовым углом
• сервопривод
• оборудованное место для оператора

Башня

• ферменного типа 
• высота 107 футов (33 метра)
• лифт для персонала
• общая масса с оборудованием 75 тонн

Рабочие характеристики

• минимальная скорость ветра 16 миль/час (7 м/с)
• номинальная скорость ветра 34 мили/час (15 м/с)
• максимальная скорость ветра 60 миль/час (27 м/с)
• полное время работы 1150 часов
• полная наработка энергии 360 МВт*ч

Немного пояснений. В те времена (конец тридцатых годов ХХ века), как уже говорилось ранее, расчёт аэродинамического профиля представлял собой очень сложную задачу. С помощью фон Кармана Палмеру удалось получить один такой плоский профиль (судя по документу 19930092823 из архива НАСА, случилось это в 1939 году, в этом году были получены результаты продувки вышеупомянутого профиля), который был протащен по всему размаху лопасти, отчего она получилась прямоугольной при виде плашмя, или цилиндрической, с точки зрения топологии. Не самая лучшая форма, из-за которой, во многом, проект и провалился.

Заветренное расположение означает, что ротор расположен иначе, чем прежде у ветряных мельниц, либо теперь у современных ветрогенераторов. Не спереди от башни, а позади неё, если следовать по ветру. На корме, как я написал. Такое расположение ротора имеет свои преимущества. В частности, при порывах ветра лопасти изгибаются от башни, а не к башне, что позволяет уменьшить вынос. Тут же следует обратить внимание на наклон оси ротора, он значительный (12,5°), что связано с большим весом лопастей -- каждая по 8 тонн. Поэтому экономия на выносе имела смысл. В последующем, заветренное расположение использовалось часто, пока недостатки его не перевесили преимущества.

Третий важный момент -- мы впервые имеем точные данные по ресурсу и выработке электроэнергии, а не разовые замеры мощности. Результат невелик, но для науки большой шаг.

Площадку для установки ветряка подбирали в холмистой и лесистой местности в штате Вермонт, на восточном побережье США. Не очень далеко от фабрики и место малолюдное, в тоже время потребители неподалёку. В графстве Ратленд (Rutland) есть цепь холмов, на одном из них, под названием Дедушкин Бугор (Grandpa' Knob), с высотой 600 метров над уровнем моря, и остановился выбор. Ожидалось, что там будут постоянные сильные ветры, но это ожидание оправдалось не вполне. Хотя место очень неплохое, теперь там собираются построить ветропарк, но строители столкнулись с проблемой, о которой во времена Путнама не думали.

Кстати о ветреном месте, развитие ветроэнергетики породило новую научную дисциплину, на стыке географии, метеорологии, энергетики и экологии. Русского названия у неё нет, хотя ею ещё Уфимцев занимался, впрочем и по-английски звучит не слишком удачно -- Wind resource assessment. Что-то вроде небесной геологии, для определения месторождений голубого угля. Казалось бы, простое дело, прогнозы погоды есть для любой точки Земли, а на практике требуются многолетние наблюдения -- общие соображения и субъективные впечатления обманчивы.

В августе 1941 года начались испытания Дедушкиного Бугра, а в октябре того же года состоялось пробное подключение электростанции к местной распределительной сети. В ходе испытаний мощность, передаваемая в сеть, достигала 700 кВт. В постоянную эксплуатацию станция была введена только на следующий год и прослужила недолго. 1000 часов, это всего 40 суток непрерывной работы. В феврале 1943 года станция была остановлена из-за повреждения главного подшипника. В работе наступил длительный перерыв, вызванный WWII, в которой США принимали деятельное участие, вопреки широко распространённому у нас мнению о бездействии американцев. На фронтах они в самом деле не были особенно активны, но промышленность в значительной степени перестроилась на войну, в стране наступил дефицит.

Главный инженер проекта Палмер Путман тоже был мобилизован для решения военных задач. Он принял участие в качестве консультанта в разработке автомобиля-амфибии DUKW, прозванного "уткой" (Duck). В частности, ему принадлежала идея оснастить "утку" шинами с пониженным давлением, чтобы предотвратить увязание в прибрежном грунте. Когда автомобиль оказывался на твёрдом грунте, шины сами подкачивались до обычного давления. Таким образом, это было первое устройство для автоматического регулирования давления в автомобильных шинах. Правда, разработал его не Путнам, но принципиальная идея была его. Утки участвовали во многих боевых операциях, включая знаменитую высадку в Нормандии, где были главной ударной силой, спасли множество жизней. Они также поставлялись в Советский союз по лендлизу, и стали прототипом местной линии амфибий. Работоспособные экземпляры уток существуют до сих пор.

После ремонта, в 1945 году, ветряная электростанция на Дедушкином Бугре вновь была запущена в эксплуатацию, но на этот раз проработала ещё меньше. Утром 26 марта 1945 года оператор почувствовал сильнейшую вибрацию и остановил машину. (На видео можно увидеть человека на работающем ветряке. В наше время нахождение людей на башне работающего ветрогенератора строжайше запрещено техникой безопасности, но в середине прошлого века автоматика была проще, а представления о дозволенном риске шире.) Внешний осмотр машины показал, что отсутствует одна из лопастей ветряного колеса. Позже её нашли в четверти километра от башни. Напомню, что вес лопасти составлял восемь тонн. Порвалось в том месте у основания лопасти, где прежде была замечена трещина и проведён ремонт (сварка). Это было фиаско.

Компания Смита отказалась продолжать дальнейшую работу над проектом, несмотря на уверения в том, что если поменять материал, то тогда... Дело было даже не в материале, проблема надёжности просто не рассматривалась. Экономический расчёт показал, что парк из нескольких одинаковых ветряков (что значительно снизит стоимость каждого) не даст конкурентной цены на электричество. Просто никак. Громадная, дорогая конструкция весом в 75 тонн выдавала среднюю мощность в 300 кВт (когда был ветер, разумеется). На проект было потрачено 1,25 миллионов долларов (около 20 млн. в нынешних ценах). Деньги были выброшены на ветер в прямом смысле этого слова. С точки зрения текущего бизнеса, разумеется, научное значение проекта никто не подвергал сомнению даже в компании Смита.

После окончания войны Палмер Путнам обратился к "зелёной" тематике, когда это ещё не было модным. Писал книжки на эту тему. Когда в семидесятых годах прошлого века интерес к ветроэнергетике возродился, на него опять обратили внимание, чему он был рад, учитывая его боевой характер. Правда, ровеснику ХХ века самому тогда было за семьдесят. О его личной жизни ничего не сообщается. Ничего интересного не было, надо понимать.

В заключение пара ремарок. Во-первых, почти везде можно увидеть, что мощность Дедушкиного Бугра превышала мегаватт. Это такая очень вольная отсылка к мощности генератора, но как говорилось в известном анекдоте "съесть-то, он съест..." Документального подтверждения того, что генератор действительно развивал такую мощность хотя бы эпизодически, я не видел. В среднем получилось чуть больше 300 кВт. Во-вторых, с лёгкой руки Буша повторяется, что ветряк Смита-Путнама продемонстрировал... доказал... обеспечил будущее... и т.д., и т.п.. Буша можно понять, ему необходимо было отчитаться перед начальством и финансистами за потраченные им деньги, но нам-то это зачем повторять? Разумные люди ни до, ни после не сомневались в возможности постройки такой машины. Кондратюк вообще намеревался 100-метровый ротор смастерить. Куда важнее были не победы, а поражения, они выявили проблемы, которые стояли на пути к получению дешёвой ветроэнергии.

Назад

К оглавлению

Вперёд