Ветровой двигатель

И.Д.Папанин рассказывает о работе радиостанции и источниках энергии: «Электрическую энергию для радиостанции мы получали тремя путями – от ветродвигателя, бензинового мотора и, наконец, от ручной динамо-машины. Ветродвигатель целиком обеспечивал нас энергией, и лишь в нескольких случаях мы пускали в ход ручной или бензиновый двигатель… Уже 25 мая к нам прибыл второй самолет, В. С. Молокова. Он привез ветряк. Сборка и укрепление ветродвигателя заняли немного времени. Сложным оказалось крепление оттяжек: пришлось дорыться до льда и загнать в него железные штыри. Вскоре задул легкий ветерок, и ветряк заработал. Загорелась контрольная лампочка у динамо-машины. Зарядка аккумулятора пошла полным ходом».

Э.Т.Кренкель обосновывает использование ветрового двигателя в качестве источника энергии для работы радиостанции: «При выборе первичных источников электроэнергии решающее значение имело требование минимального веса. Бензиновый двигатель (при норме расхода на 1 лошадиную силу в час горючего 350 граммов и смазки 20 граммов) требовал суточного расхода горючего и смазки 660 граммов. Двухгодичный запас горючего и смазки достигал примерно 4800–5000 килограммов.

Не говоря уже о трудности переброски лишних 5 тонн груза на Северный полюс, экспедиция лишалась возможности быстро менять месторасположение лагеря. Переноска горючего очень затрудняла бы и без того нелегкую работу персонала станции.

Уже из этого ясно было, что бензодвигатель не может быть принят как основной источник энергии.

Кроме того, маломощные двигатели при длительной работе, как правило, не надежны. Обслуживание (запуск) бензинового двигателя при низких температурах весьма сложно. Работа такого двигателя в палатке значительно ухудшала бы жизненные условия и вредила бы здоровью участников экспедиции.

Поэтому выбор пал на ветросиловую установку, работавшую с буферным аккумулятором. Хотя ветровой режим района Северного полюса не был изучен, сила и постоянство ветров не были известны, все же трудно было предположить, что в этих районах могут быть длинные периоды полного безветрия. Бензодвигатель был взят как добавочный агрегат. В частности, бензодвигатель был необходим для питания передатчика в случае приключения мощного каскада. Сверх того на всякий случай мы имели еще и ручной привод, с помощью которого можно было, даже при безветрии, поддерживать хотя и кратковременную, но регулярную радиосвязь. Преимущества ветровой установки общеизвестны.

Надо было только создать достаточно легкий и, главное, механически прочный и надежный ветряк. Наш ветродвигатель вполне отвечал этим требованиям».

Э.Т.Кренкель так описывает ветроэлектрическую установку «ПД-3»: «Из различных типов ветродвигателей наиболее подходящим для экспедиции оказался ветроэлектрический агрегат «ПД-3», сконструированный инженером С. Б. Перли.

Он состоял из ветродвигателя с быстроходным двухлопастным репеллером и динамо-машины, связанной через редуктор с валом двигателя. Головка ветродвигателя устанавливалась на четырехметровой дюралюминиевой трубчатой мачте. Мачта крепилась к поверхности льда тремя оттяжками.

Устройство подпятника мачты позволяло быстро наклонять ее для осмотра или ремонта ветродвигателя.

Двигатель имел автоматическую регулировку оборотов, которая достигалась действием торцовых клапанов, расположенных на концах лопастей.

Кроме того, при скорости ветра больше 12 м/сек двигатель автоматически останавливался – это достигалось действием так называемой «боковой лопаты», которая разворачивала всю головку так, чтобы поставить плоскость вращения репеллера в плоскость ветра. Диаметр репеллера ветряка равнялся3 метрам. Ветряк начинал вращаться при ветре 3 м/сек и при 7 м/сек давал полную мощность. Репеллер при этом развивал 270 оборотов в минуту. Динамо-машина, установленная на ветряке, была нормального типа, шунтовая, мощностью в 200 ватт с номинальным напряжением 12–15 вольт. Если аккумуляторы были разряжены, то зарядка начиналась при ветре 3, 6 м/сек.; при заряженных аккумуляторах зарядка начиналась при 4, 7 м/сек. Практика показала, что при слабых ветрах выгоднее заряжать аккумуляторы, включая их группами с напряжением в 6 вольт в группе. В этом случае зарядка начиналась при меньших скоростях ветра.

Некоторые конструктивные данные ветряка:

Ступица двухлопастного репеллера была сделана из легкого сплава «RR-53» и термически обработана. Лопасть репеллера имела лонжерон из трубы хромомолибденовой стали с посаженными на сварке стальными нервюрами. Обшивка лопасти сделана из белой жести. Крепление обшивки выполнено на заклепках с пропайкой.

Хвостовая лопасть, боковая лопатка, торцовые клапана и мачта были сделаны из дюраля. Проводка от торцовых клапанов к пружинам тросовая.

Ступица репеллера на двух шариковых подшипниках посажена на ось, которая переходила в вертикальный штырь. Верхний конец штыря имеет основание для установки динамо.

На ступице репеллера болтами крепится большая шестерня редуктора. Малая шестерня, посаженная на вал динамо, была цементирована, шестерня репеллера не цементирована. Обе шестерни выполнены из хромоникелевой стали.

Хвостовая лопасть шарнирно соединялась со штырем и поддерживалась тросовой обтяжкой, закрепленной шпилькой на корпус динамо.

Выводы от динамо осуществлялись через кольцевой коллектор на вертикальном штыре и через щетки в линию.

Трос для остановки ветряка проходил внутри мачты. Потянув за этот трос, можно было сложить боковую и хвостовую лопасти, после чего ветряк выходил из-под ветра и останавливался.

Полный вес ветродвигателя с динамо, мачтой и оттяжками составил 53 килограмма (репеллер –9, динамо с головкой и редуктором – 26, мачта 14, хвост и боковая лопатка – 4 килограмма).

Практика работы с ветряком показала, что он является вполне подходящим источником энергии для экспедиций подобного рода. Всего лишь один раз потребовалось исправить балансировку крыльев репеллера и несколько раз (10– 15) прочищать щетки кольцевого коллектора, передающего ток от поворачивающейся головки ветряка к проводам, укрепленным на неподвижной мачте. Последнего можно было бы избежать, если бы щетки этого коллектора были пластинчатыми, а не торцовыми. Один раз потребовалось сменить перегоревшую лампочку, которая играла роль шунта динамо-машины. Ветряк давал нам по крайней мере 98% энергии, необходимой для работы радиостанции и для освещения. Лишь в очень редких случаях мы применяли бензиновый двигатель и ручной привод».