Матрёшка

Иллюстрация из журнала
Engineering, март 1955 года.

История есть наука о манипуляции фактами. Историк подбирает факты так, чтобы они сложились в картинку желаемой идеи, наподобие скрапбукинга. "Вот какая у нас дружная семья". "Вот как я весело служил в армии". Такая точка зрения популярна по всему миру, в нашей же стране она является чуть ли не единственной. Такое единодушие тем более удивительно, что истории у нас придаётся неоправданно большое значение. Ведь, казалось бы, какое значение может иметь произвольно сляпанная вещь? Более того, бывает человек целую жизнь занимается любимым делом, и хорошо занимается, а историю своего дела не знает совершенно. И ничуть ему это не мешает. Обходится он как-то без истории агрикультуры, без истории бухгалтерского дела, без истории юриспруденции, без истории инженерии. В тоже время, тот же самый человек, ни разу не будучи политиком, жить не может без политической истории страны. Ну, вот, на кой ляд она тебе нужна, хочется его спросить...

Не стану критиковать такой подход, скажу только, что если от истории действительно складывается в мозгу какая-то законченная весёлая картинка, то это уже проблема даже не историка, а читателя. Историк обязательно о чём-то умолчит (по самым разным причинам, включая технические), соврёт (по тем же причинам), но если он лепит картинку, то это уже не историк, а художник. Беллетрист. Так и в истории ветроэнергетики полно белых пятен утраченного и цветных пятен какой-то нелепицы, так что картинка поступательного движения научно-технического прогресса выходит вся заляпанная настолько, что непонятно, есть ли он вообще, этот прогресс. Вспомним деревянные мельницы Фатеева, например. И, всё-таки, прогресс есть, просто показать его, соблюдая исторический подход, не слишком просто. В каждую эпоху существуют вещи, обогнавшие прогресс, отставшие от него, а также идущие куда-то совершенно в бок. Но нам это так сейчас кажется, что они в бок идут. Возможно пройдёт время, и они впишутся в общий тренд. Пути прогресса неисповедимы. Поэтому я расскажу о машине, которая настолько не вписывается в нынешний тренд, что о ней обычно умалчивают, хотя она вполне успешно работала.

Жан Эдуард Андрё.

Машина была изобретена французским инженером Жаном Эдуардом Андрё (Jean Édouard Andreau), но построена в Великобритании. Автор её не дожил до того момента, когда она заработала. В июне 1953 года изобретателя постигла преждевременная смерть от болезни, ему тогда ещё не исполнилось 63-х лет.

Большую часть своей творческой жизни Андрё посвятил автомобилям. Он занимался самыми передовыми инновациями. Был автором рекордного автомобиля Thunderbolt (Удар молнии), который в 1938 году поставил рекорд скорости -- 575 км/ч. Работал в лаборатории Эйфеля, проводил исследования в области аэродинамики. Создавал обтекаемые корпуса автомобилей, которые и теперь выглядят футуристично. Работал также и над внутренними узлами автомобиля вообще и двигателя в частности. Интересовался он и ветряными машинами, но только во время WWII эта тема стала для него по-настоящему близка. Тогда все почувствовали нехватку местных источников электроэнергии.

Чертёж из американского патента.

В октябре 1943 года во Франции Андрё получает патент на ветрогенератор особой конструкции. Главным в его изобретении был способ передачи вращающего момента от ветряного колеса к генератору. Он был прост, как и всё гениальное. На рисунке справа всё можно понять и без слов, но я объясню. Под действием ветра ротор ветряка вращается. Его лопасти выполнены пустотелыми, с двумя отверстиями: у основания лопасти и на её периферии. Центробежные силы выталкивают воздух из ротора наружу, через периферийные отверстия в лопастях. На оси ротора создаётся разряжение, к которому устремляется воздух из пустотелой башни. В башне организуется поток воздуха; от отверстий в её основании и до отверстий на концах лопастей. В потоке этого воздуха установлена турбина, механически соединённая с генератором. Поток вращает турбину, а та генератор.

Казалось бы, зачем в один ветряк вставлять ещё один? Но такая система обладает рядом преимуществ. В первую очередь, это преимущества гидравлической (в данном случае -- пневматической) коробки передач. Андрё работал над автомобильными коробками передач и хорошо их знал. В его схеме отсутствует механический редуктор, а роль сцепления осуществляется перепускными отверстиями в башне. Тем самым нет нужды держать постоянными обороты ветряного колеса, что всегда было большой проблемой. Из-за того, что генератор расположен на земле, а редуктор отсутствует вовсе, существенно уменьшается нагрузка на башню и на поворотный механизм гондолы. В такой схеме смягчаются удары от порывов ветра. Были, конечно, и недостатки. Необходимость перепуска воздуха через лопасти увеличивает их толщину (особенно на периферии), что отрицательно сказывается как на их аэродинамических качествах, так и на прочностных свойствах. Высоки потери на вторичной турбине и в тракте воздушного потока. Увеличение размера ротора такой турбины до десятков метров малореально из-за особенностей строения лопастей. Тем не менее, маломасштабная она вполне имеет право на существование.

Чертёж из журнала
Engineering, март 1955 года.

В 1950 году Андрё получил за свой проект золотую медаль комитета экономических искусств (le Comité des Arts Economiques) при Обществе содействия национальной промышленности (Société d'encouragement pour l'industrie nationale). Реализовать проект взялась Британская электрическая государственная компания (British Electricity Authority, BEA), созданная в 1948 году в результате национализации британских электростанций, тогдашний монополист на британском рынке электричества. Главным её подрядчиком была компания Enfield Cables, отчего турбина получила название Enfield-Andreau. Слева можно видеть чертёж её общего вида.

Как писал журнал Engineering, ветряк был разработан таким образом, что при скорости ветра 30 миль в час (13 м/с) ветряное колесо делало 100 оборотов в минуту, перекачивая через башню 58500 кубических футов воздуха в минуту (примерно 35 килограммов воздуха в секунду). Когда ветер превышал эту скорость, включался механизм регулировки угла атаки лопастей (они были сделаны поворотными), чтобы держать расход воздуха через башню постоянным, таким образом генератор выдавал постоянную мощность в 100 кВт. При скорости более 65 миль в час (29 м/с) ротор останавливался.

Башня была сделана из стальных листов, её высота составляла 100 футов (30 м), диаметр у основания 9 футов (2,7 м), на уровне канатов -- 3 фута 6 дюймов (1 м). Диаметр ветряного колеса 80 футов (24 м), вес каждой лопасти 1600 фунтов (726 кг). Гондола (если её можно так назвать) поворачивалась сервомотором. Вообще в ветряке было много автоматики, тем не менее, при испытаниях её не хватило и ветряк выставлялся против ветра вручную из-за большой переменчивости оного. Зазор между ротором и статором имел лабиринтное уплотнение. В башне был предусмотрен байпас для перепуска воздуха в обход генератора. Генератор синхронный, 100 кВт, выдавал трёхфазный ток напряжением 415 В. Вторичная турбина была одноступенчатой; 47 лопаток на роторе, 50 на статоре, скорость вращения 1000 оборотов в минуту.

Об эксплуатации турбины Энфилда-Андрё известно немного. Построили турбину и провели её испытания в местечке Сент-Олбанс (St. Albans) неподалёку от Лондона. Неизвестно даже, когда это точно случилось, но статья в журнале указывает верхнюю дату -- не позднее марта 1955 года, поскольку в статье говорится, что испытания уже состоялись. Затем, в 1957 году её перевезли в Алжир, где она тоже работала по специальности. Есть сведения, что в 1962 году канадцы проводили с ней эксперименты на Барбадосе. Надо понимать, что французы, уходя из Алжира, забрали её с собой. Стало быть, она была в рабочем состоянии, иначе зачем было тащить с собой такую тяжесть -- общий вес конструкции составлял 60 тонн.

Несмотря на то, что предложенная Андрё пневматическая система привода не получила дальнейшего развития, турбина Энфилда-Андрё оказалась важным шагом к современным ветрогенераторам. Всё дело в башне. Её дизайн был необычным для своего времени. Пустотелая труба была нужна для прогонки через неё воздуха, не более того, у других ветряков не было такой потребности, поэтому башни они имели другие. Только много лет спустя выяснится, что пустотелая труба, сшитая из стальных листов идеально подходит для башни ветрогенератора. Таким образом, турбина Энфилда-Андрё впервые имела башню современного типа. Воистину неисповедимы пути научно-технического прогресса.

Назад

К оглавлению

Вперёд