Битва титанов

Mod-0, 1975 год.

Но вернёмся в Америку. В 1973 году "Национальный научный фонд" (National Science Foundation, NSF) совместно с Льюесовским исследовательском центром НАСА (NASA Lewis Research Center) начали разработку программы ветроэнергетики, в 1974 году NSF сменила "Администрация исследований и разработок по энергетике" (Energy Research and Development Administration, ERDA). Льюесовский центр занимался турбинами, поэтому организаторы логично поручили ему работу с ветряными турбинами. Так, например, одно время думали, что космонавтов лучше всего готовить из подводников, они тоже в скафандрах и в невесомости. Теперь центр носит имя Джона Гленна (John Clenn), первого американского астронавта, совершившего орбитальный полёт, история же центра с ветряными мельницами известна только специалистам.

В соответствии с программой ветроэнергетики предполагалось создание турбин большой мощности (более мегаватта), оценка экономической эффективности ветроэнергетики, ветроразведка США, а также передача результатов исследований бизнесу. На крупный же бизнес были возложены и основные производственные, да и отчасти исследовательские работы тоже.

Уже к сентябрю 1975 года была готова первая экспериментальная установка, получившая название Mod-0. Её разместили неподалёку от города Сэндаски (Sandusky, к славянским фамилиям не имеет никакого отношения) в штате Огайо, на севере страны. Лопасти для турбины были созданы знаменитой авиационной фирмой Локхид (Locheed Aircraft Corp., ныне Locheed Martin), известной многими замечательными машинами, среди них, в частности, тяжёлый транспортный самолёт "Геркулес" (92 пассажира или 2 БМП), разработанный ещё в 1954 году и выпускаемый до сих пор. Сам же ветрогенератор строился фирмой Вестингауз (Westinghouse Electric Co.). В чертах ветряка Mod-0 угадывалась машина Смита-Путнама, но с нововведениями.

Ветряк Mod-0a и
самолёт "Геркулес"
в одном масштабе.
Размер в метрах (футах).

Если образцом для изготовления лопастей турбины Смита-Путнама послужил железнодорожный вагон из нержавейки, то Локхид использовал свой авиационный опыт. Лопасти у него получились похожими на крылья самолёта и сделаны были из летучего металла -- алюминиевого сплава. Благодаря ему их удалось сделать почти на порядок легче лопастей Смита-Путнама. Крепились лопасти к оси проще, чем у предшественника, но надёжнее; основание алюминиевой лопасти через стальное кольцо было привинчено болтами к ступице (в сущности, тоже фланцевое соединение, что и у Хюттера). Управление углом атаки осуществлялось гидравлическим приводом. Оболочка гондолы также была выполнена из нового материала -- стекловолокна. Ферменная башня с лифтом и лестницей были похожи на довоенные. Однако, всё это мы уже видели в других исполнениях. 

Действительным нововведением оказалось микропроцессорное управление ветряком. Человек XXI века, взглянув на вычислительное оборудование Mod-0, усомнился бы в правомерности употребления приставки микро- в таком контексте. Тем не менее, это действительно были микропроцессоры, поскольку они были собраны из микросхем, каждая из которых состояла из множества микроскопических транзисторов. Компьютерами их и тогда не называли, поскольку у них была узкая сфера применения -- управление механизмами в реальном времени. Такой прообраз "умных вещей". НАСА для своих ветряков использовала микропроцессоры фирмы Диджитал Экьюпмент (Digital Equipment Corp., DEC, ныне Hewlett-Packard) серии PDP-11 (модификации 34 и 04). Процессоры анализировали показания анемометра, определяли параметры электрической цепи, выставляли угол лопастей через устройства телемеханики, отслеживали аварийные ситуации; руководили всей работой ветряка, от старта до останова. (В первой серии ветряков курсовой угол выставлялся независимо от процессора, с помощью аналоговой системы). Практика цифрового управления ветрогенератором прижилась и дошла до наших дней, поэтому вполне может быть оценена как отдельное большое достижение в истории ветроэнергетики.

Традиционно приведу основные характеристики получившегося ветряка. (Интересно сравнить его мощность с мощностью двигателей  самолёта "Геркулес" -- 14000 кВт.)

Ротор

• Диаметр 125 футов (38,1 метра)
• 2 лопасти, на фланцевых соединениях
• длина лопасти 18 метров (59,9 футов)
• вес лопасти 907 кг (2000 фунтов)
• скорость вращения 40 об/мин
• регулировка угла атаки поворотом лопасти
• высота оси 100 футов (30,5 метров)
• заветренное расположение (на корме гондолы)

Редуктор

• передаточное отношение 45
• параллельная конфигурация осей
• гидравлическая муфта на высокоскоростной оси

Генератор

• синхронный переменного тока 60 Гц
• 125 кВА (200 кВт)
• 1800 об/мин
• 480 В

Гондола одной из турбин серии Mod-0а.

Механизм выставления угла атаки,
гидравлическая часть не показана.

Гондола

• активное управление курсовым углом
• сервопривод
• теленаблюдение, удалённый мониторинг

Башня

• ферменного типа 
• высота 100 футов (30,5 метров)
• лифт для персонала
• масса 20 тонн

Рабочие характеристики

• минимальная скорость ветра 8 миль/час (3,6 м/с)
• номинальная скорость ветра 18 миль/час (8 м/с)
• максимальная скорость ветра 40 миль/час (17,9 м/с)

Регулировка мощности была организована таким образом, что при малой скорости ветра она росла по обычному кубическому закону, а по достижению 8 м/с мощность становилась постоянной, равной 200 кВт. При скорости 17,9 м/с турбина выключалась, включалась вновь только при падении скорости ветра до 11,1 м/с. Аналогично происходило при слабом ветре -- отключение при 3,6 м/с, включение при 5,8 м/c. Можно сказать, что мощность турбины была искусственно "задавлена", что разумно для опытного изделия.

Лопасть турбины Mod-0 в цеху.

Первые же испытания показали, что с Mod-0 что-то не так. Поэтому наработка для этой турбины не указана, в ней нет смысла. Испытания перешли в долгую цепь экспериментов по совершенствованию конструкции. В ходе этой работы были построены новые ветряки, на новых площадках, а первый из них, в Сэндаски, стал экспериментальным полигоном, на котором отрабатывались новые технические решения. Но об этом позже, в новом году уже теперь, как понимаю.

Назад

К оглавлению

Вперёд