Давно известно, что самую дешевую и экологически чистую энергию дают нам именно большие гидроэлектростанции (ГЭС) мощностью в сотни тысяч и миллионы кВт. Но строительство их — дело государственное, оно требует привлечения огромных средств, затягивается на долгие годы и ведет к затоплению больших площадей земли.
Если же ограничиться мощностями до 25 кВт, то ГЭС становится совсем небольшим устройством, которое можно поставить как на большой реке, так и на ручейке, порою даже не возводя плотины.
В Китае, например, построили 90 тысяч малых ГЭС, 60 тысяч из которых имеют мощность до 25 кВт. Они предназначены для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, расположенных в труднодоступных районах, где подключиться к линии электропередачи сложнее и дороже, чем установить микроГЭС.
Особенно в этом отношении интересны бесплотинные гидроэлектростанции. Проблема же в том, что бесплотинная ГЭС хороша на быстрой горной речке. Но энергия потока воды пропорциональна квадрату скорости, поэтому взять энергию от тихой равнинной речки, которых в России большинство, очень трудно. Выход — повысить скорость потока воды, бьющего на лопатки турбины, а для этого нужно поставить перед турбиной воронку — конфузор.
Физика происходящих здесь процессов не очень проста. Но в общих чертах выглядит так.
Сколько воды вошло в конфузор, столько должно из него и выйти. Если, к примеру, входная площадь конфузора будет в 2 раза больше, чем выходная, то скорость воды на выходе должна увеличиться вдвое. А что получится, если площади станут отличаться в 10, 100, 1000 раз? Неужели на выходе конфузора, опущенного в ручеек, можно получить космические скорости?
Нет, конечно. Поток начнет завихряться, и его скорость снизится. Для уменьшения этого эффекта конфузорам придают особую форму, иногда их снабжают дополнительными насадками и щелями. Но Иван Двинянинов в качестве устройства, концентрирующего энергию потока на роторе турбины, применил систему из трех вложенных одна в другую воронок (см. рис.).
Площадь входного патрубка первой воронки в 3 раза больше выходного и соответствует площади проточной части ротора турбины. Площади входного сечения второй и третьей воронки также в 3 раза больше площади их выходного сечения. Воронки Иван отформовал из стеклопластика.
«Если учесть, что вода несжимаема, — пишет Иван, — то скорость ее в трубе возрастет в 9 раз, а мощность турбины соответственно в 81 раз». Здесь следует внести некоторое уточнение. Судя по чертежу, так не получится. Отношение площадей первой воронки равно трем. Но входные и выходные сечения второй и третьей воронки имеют форму кольца. Соотношение площадей на входе и выходе у них очень велико — 71 и 26 соответственно. Здесь должно начаться образование вихрей, резко возрасти сопротивление.
Для проверки идеи была сооружена модель наплавной ГЭС, только вместо генератора на платформе установили тахометр, связав его пассиком с винтом, установленным в выходном канале воронок. Устройство было испытано на реке со скоростью течения 1,4 м/с. Испытания показали, что добавление числа воронок повышает скорость потока на выходе из системы. Но во всех случаях это повышение было на 30–40 % меньше ожидаемого. Однако эксперименты наводят изобретателя на мысль о целесообразности дальнейшего увеличения числа воронок.
Учитывая новизну идеи и тщательность проведенной экспериментальной проверки, Экспертный совет решил удостоить Ивана Двинянинова авторским свидетельством Патентного бюро.
ДОПОЛНИТЕЛЬНУЮ ПОЛОСУ…
…для аварийной посадки самолетов предложил Юсуп Гелазов из поселка Чирклей Ульяновской области. Бывают случаи, когда самолет идет на вынужденную посадку с невыпущенными шасси или баками, полными топлива. В таких случаях, если посадка совершается на грунт, то пожар почти неизбежен. Если же сесть на поверхность реки или озера, то самолет может утонуть.
Юсуп Гелазов советует оснастить аэродром длинным неглубоким каналом. Если своевременно наполнить его водой, он превратится в идеальную посадочную полосу. Перед самолетом, садящимся на нее, сразу же возникнет мощная волна, которая резко снизит его скорость, не позволяя ему коснуться брюхом земли. Так даже самолет, не сумевший выпустить шасси, сумеет затормозить.
Учитывая ценность и простоту решения, Экспертный совет присуждает Юсупу Гелазову авторское свидетельство Патентного бюро «Юного техника».