Энергия движущейся воды и ветра. Гидравлические и ветряные двигатели

Всякое тело, поднятое над Землей, обладает потенциальной энергией. Это в равной степени относится и к воде. Например, 1 м3 воды на высоте 50 м обладает потенциальной энергией:

Еп =9,8 Н/кг•1000 кг • 50 м ≈ 500 000 Дж=500 кДж.

При падении воды вниз с этой высоты совершится работа A = 500кДж.

Но в природе сравнительно редко встречаются большие водопады. Чаще всего русла рек имеют небольшой уклон. В этих случаях для создания давления (напора), необходимого для работы гидравлических двигателей, приходится поднимать уровень воды в реке искусственно, при помощи плотин. За счет энергии поднятой воды гидравлические двигатели могут совершать механическую работу.

Один из простейших и древнейших двигателей — водяное колесо. Наиболее совершенные гидравлические двигатели — водяные турбины. В таких турбинах вода отдает энергию колесу, приводя в движение лопасти турбины. Рабочее колесо турбины соединено с валом электрического генератора, дающего электрический ток. На цветной вклейке VIII показана, схема гидроэлектростанции.

Ветряные двигатели используют энергию движущегося воздуха — ветра. Энергию ветра иногда называют энергией «голубого угля».

Ветер представляет собой источник дешевой энергии, но этот источник энергии обладает большим непостоянством, — в этом его неудобство.

Ветряные двигатели известны с древнейших времен. Современный довольно мощный ветряной двигатель изображен на рисунке 335.

Движущиеся массы воздуха оказывают давление на наклонные плоскости крыльев ветряных двигателей и приводят их в движение. Вращательное движение крыльев при помощи системы передач передается механизмам, выполняющим какую-либо работу.

Ветряные двигатели применяют для подъема воды из колодцев, для подачи воды в водонапорные башни; в совхозах, колхозах, на железнодорожных станциях — для получения электрической энергии и т. д. Для этих целей мощность ветряных двигателей достаточна. При скорости ветра 5 м/с ветряной двигатель с диаметром колеса 12 м развивает мощность 3300 Вт (при КПД 35%). Если же скорость ветра равна 10 м/с, а диаметр колеса 30 м, то развиваемая двигателем мощность составит 110 000 Вт.

Конечно, экономически целесообразно использовать ветродвигательные установки там, где ветры дуют часто и сильно. Например, в Поволжье, Казахстане, на Алтае такие установки эффективно работают 200—300 дней в году. Удобно их использовать и в отдаленных районах, куда не поступает энергия от электростанции, куда трудно подвозить топливо, например, в дальних или высокогорных экспедициях.