Машина-двигатель От водяного колеса до атомного двигателя

Но крылья ветряных мельниц еще плохо используют энергию ветра. Даже у современной крестьянской мельницы коэффициент полезного действия крыльев не превышает 20 %.
Современной? Но разве и сейчас строят ветряные мельницы — эти деревянные скрипучие сооружения?
В степных, безводных районах ветряной двигатель и теперь является весьма необходимым. Ведь он не требует никакого топлива, а ветра в поле, как известно, всегда вдоволь.
Еще и сейчас кое-где строят ветряные мельницы, правда, с усовершенствованными крыльями, с металлическими валами и шестернями, передающими вращение на жернова.
Но ведь ветряной двигатель может приводить в движение не только жернова. Теперь, в наше время, гораздо целесообразнее заставить такой двигатель приводить во вращение электрогенератор. Тогда от ветроэлектростанции можно получать энергию и для мельниц, и для сельскохозяйственных машин, и для освещения, и на многие другие нужды. Для таких ветроэлектростанций теперь разработаны и строятся специальные ветряные двигатели, напоминающие ветряную мельницу только разве тем, что обладают также большими крыльями-лопастями. Однако форму и размеры этих крыльев теперь точно рассчитывают. Уже изучены свойства ветра, и инженеры могут строить ветряные двигатели, хорошо использующие его энергию. Современные ветродвигатели могут развивать большие мощности.
Чтобы лучше использовать ветер, ветродвигатель поднимают на большую высоту и ставят на огромные стальные ноги. Помещение, где стоит электрогенератор — машина, вырабатывающая электрический ток, — напоминает дирижабль.
При такой форме потоки воздуха легко обтекают гондолу и не мешают работе ветряка.
Подобный ветродвигатель был построен и установлен у нас еще до войны в Крыму, на берегу Черного моря, где всегда бывают ветры. Смотря по тому, какова была скорость ветра, эта установка развивала мощность от 22 до 177 лошадиных сил, и это был самый мощный ветряной двигатель в мире. Стоял он на башне высотой в 25 метров и имел размах крыльев в 30 метров.
Интересную разновидность современных ветряных двигателей представляет собой двигатель, у которого электрический генератор расположен внизу, возле самой земли. Это очень удобно: и уход, и наблюдение за ним облегчаются. Крылья же подняты высоко — на 30 метров от земли — и имеют размах 13 метров.
 Один из типов современных ветродвигателей. 
Однако крылья с электрогенератором здесь ничем не связаны: нет никаких длинных валов, никаких цепей или ремней. Вращается генератор от особой воздушной турбины.
Получается это так: ветер вращает крылья, крылья же сделаны внутри полыми, а на концах имеют отверстия. Поэтому, когда крылья вращаются, воздух, находящийся во внутренних полостях, под влиянием центробежной силы выбрасывается через отверстия на концах крыльев.
Таким образом, внутри крыльев и внутри всей башни создается воздушное течение: вместо ушедшего воздуха снизу через окна в стволе башни поступают новые порции. И вот этим воздушным потоком приводится в движение турбина— колесо с лопастями. А от турбины вращается и электрогенератор. Такой ветряной двигатель недавно построили в Англии, и он развивает мощность в 100 киловатт (136 лошадиных сил).
Но разве нельзя от ветра получить больших мощностей, как, скажем, удается получить от воды в гидротурбинах?
Ветер, вообще говоря, может развивать очень большую энергию.
Вот, например, известно, что в 1703 году через Англию и Францию пронесся такой ураган, что было опрокинуто и разрушено 400 ветряных мельниц, 800 домов, 100 церквей и несколько маяков. Этим же ураганом было вырвано с корнем и отнесено на большие расстояния 250 000 деревьев, при этом, как потом подсчитали, в несколько секунд ветер развил мощность свыше 10 миллионов лошадиных сил.
Но такие ураганы редки, и их нельзя использовать для нормальной работы двигателей. Ведь 400 ветряных мельниц оказались просто разрушенными. Рабочая скорость ветра обычно не превышает 10 метров в секунду.
Для таких скоростей ветра нашими научными институтами были спроектированы двигатели и на 1000 киловатт и на 5000 киловатт и даже на 10 000 киловатт, но построить такие двигатели пока еще оказалось трудно, а главное, — и не очень-то выгодно.
 Ветродвигатель, в котором электрогенератор приводится во вращение воздушной турбиной. 
В чем основные недостатки ветряных двигателей?
Чтобы взять от ветра энергию для мощного двигателя, приходится строить крылья-лопасти огромных размеров; они получаются громоздкими, тяжелыми, дорогими. Кроме того, построив мощный двигатель, трудно ожидать, что каждый день или даже каждый час он будет работать с нужной мощностью. Ведь ветер не подчиняется воле людей, ветер образуется по своим законам: то он сильнее, то он слабее… А может случиться, что несколько дней подряд и вовсе ветра не будет. Значит, тот завод, машины которого будут приводиться от ветряного двигателя, встанет.
Правда, есть разные способы, помогающие выйти из затруднительного положения. Например, когда ветер сильный и двигатель развивает очень большую мощность, заряжают специальные электрические аккумуляторы, а когда ветер окажется слабым или его вовсе не будет, — берут ток от аккумуляторов. Но все эти способы очень удорожают установку, и хотя сам ветер природой отдается нам даром, зато постройка сложной ветросиловой установки оказывается дорогой. Поэтому основное распространение пока получают малые ветряные двигатели, которые недороги и очень удобны в условиях деревни, особенно если нет поблизости рек. Но со временем, возможно, удастся применить мощные ветродвигатели в одной энергетической системе с гидроэлектростанциями. Это было бы очень полезно, потому что как раз тогда, когда гидростанциям не хватает воды (например, зимой), в природе возникают сильные ветры, и некоторое снижение мощности гидростанций может перекрываться повышенной мощностью ветряных станций.
Великий Ленин, составляя «Набросок плана научно-технических работ», в апреле 1918 года обратил внимание Академии наук на «водные силы и ветряные двигатели вообще и в применении к земледелию».
Наши советские ученые и инженеры, помня ленинское указание, всё время работали и продолжают работать над задачами наилучшего использования дешевых видов энергии — воды и ветра — для нужд нашего социалистического народного хозяйства.
Но не всегда и не везде удается обойтись водяными и ветряными двигателями, — есть целый ряд областей техники, где основными типами двигателей являются тепловые. В таких двигателях в механическую энергию превращают тепло. Вот к этим двигателям теперь и перейдем.
  
Глава II. Огненные машины
   
От пушки «самый сильный гром» до необычайного двигателя Бранка
 
В некоторых старых учебниках физики рассказывался приблизительно такой случай: сидел как-то англичанин Джемс Уатт, механик по специальности, возле плиты, на которой подогревал себе чай. Сидел, поглощенный работой, — разбирал какой-то механизм. Вдруг на чайнике задребезжала крышка. Сначала Уатт не обратил на это внимания, а потом, когда крышка так сильно запрыгала, что, казалось, вот-вот слетит вовсе, механик оглянулся. Тут-то ему в голову и пришла будто бы примерно такая мысль: «Ого-го! Откуда столько силы у пара, что тяжелой крышкой он играет, как ореховой скорлупкой? Уж не заставить ли эту силу делать более полезное дело?» И будто бы после этого случая Уатт стал работать, изобретать и изобрел, наконец, паровую машину.
Как всё ясно и просто, как необычайно повезло Уатту, не правда ли? На самом же деле такого случая, вероятно, никогда и не было — или, если и произошло что-либо подобное, то для создания паровой машины такой случай не имел никакого значения. Уатт сделал для паровой техники много, но всё это было результатом большого труда.