1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (Ветроэнергетика. Под ред. Д. де Рензо, 1982u), страница 21

вуюшей аэроупругой обратной связи, т. е. оптимальной формы характеристики крутки лопасти для заданного аэродинамического момента. Начальная фаза исследования включала подготовку ряда аналитических программ расчета характеристик ветроколеса В этом случае для определения аэродинамических сил была использована теория элемента лопасти Глауэрта 13.19). При исследованиях рассматривались характеристики ветроколеса с различными законами изменения крутки лопаств. Вначале опи проводились зля тех лопастей с упругим махом и обычной конструктивной схемой, которые ранее не были объектом исследования. В частности, деформации при кручении таких лопастей относительно продоль-1 ных осей пе достигают достаточно больших значенив, но они будут давать же-~ лательное распределение круткн.

С учетом этих соображений выдвигается идея~ о механизме компенсации местных угчов установки лопасти. По существу, эта) идея предполагает прямолинейную форму лопасти, создаваемую махом, обладающим значительной жесткостью на кручение. Хотя фактически каждый отдельный элемент лопасти свободно поворачивается относительно маха, он подвержен действию поворотного момента, приложенного к лопасти и компснсируемого пружинным механизмом. Поэтому действительным углом установки элемента лопасти будет угол, который получается при уравновешивании внешнего аэродинамического момента компенсируюшим моментом пружинного механизма.

Для оценки идеи компенсации крутки были проведены параметрические исследования н анализ характеристик. Вначале изучалась воображаемая мо- 100 31' Ветроколесо отклонено в начальном положении на угол — 90' от направ-. ленп ипя потока. После этого оно освобождается при Г=О и разворачивается по отру, устанавливаясь в рабочее положение. Прн этом окружная скорость конца лопасти увеличивается и примерно через 2 с под действием движущегося маят„ика угол установки лопасти начинает увеличиваться.

Это приводит к непреывному ускорению в процессе разгона ветроколеса. Напряжения при кручении „вменяются пропорционально углам установки. ь1ерез 14 с после начала врашеиия напряжения в поперечном и продольном направлениях незначительно увеличивается при 6 рю которос пмсст г 2 а е у С с, место при совпадении первой поперечной и второй продольной частот собственных колебаний. Однако это увеличение относительно невелико и быстро прекрашается.

ау рис. 3.16. Реакции ветродвигателя на мо. делируемые ннезапные изменения скорости ветра ()г=8,9 м!с, ю)2=86 м1с): г — аронесс раскрутки (разгона); й — продозьааа сеетававющааа З вЂ” аоаеречнав соетавааю. щаа (вращение против часовой стрелки арн виде ка ветродвнгатезь е задней стороны; во- аожительвьШ угол поворота против часовой стрелка арв виде сверху), 2 г и 2 Л и у й'1 Способность ветроколеса, выполненного но схеме с большим начальным моментом, реагировать на внезапным изменения направления ветра, иллюстрируется рнс. 3.16. Врзшаюшееся ветроколесо, уравновешенное прн большой частоте врашения, освобождается при заданном угле поворота относительно вертикальной оси.

В начальном положении ветроколесо стремится установиться по ветру. Первоначальная амплптуда продольных напряжений обусловлена большвми цикдическими нагрузками типа вертолетных, связанными с начальным углом поворота. Результаты показывают, что КАВ по схеме с большим начальным моментом будет также автоматически устанавливаться на ветер с частотой врашсния, регулируемой по методу автоматического изменения угла установки, и иметь небольшие вибрационные напряжения при обычных перемеюениях на режимах трогаиия и выравнивания.

В результате выполнения программы испытаний на модели получен ряд важных выводов. Так как модечь была динамически подобной, то можно ожидать, что выводы справедливы также и для реальных конструкций. Однако некоторые вариации в характеристиках полноразмерных колес могут иметь место в результате различия в числах Рейнольдса и Фруда, в пределах которых справедливы полученные выводы. Отметим, что ссылки на нормальную скорость ветра соответствуют примерно среднегодовой скорости до 13,4 мгс. Эти выводы сводятся к следующему: 1. КАВ может быть использовано совместно с маятником, имеющим ~~ору на втулке, для получения автоматически рсгулируюшегося устойчивого ветродвигателя.

Автоматическое регулирование определяется как самострагиРование с автоматической установкой углов лопасти и частоты враШения па нсем используемом диапазоне скоростей ветра. 2. Ветродвигатели с бесшарпирными поворотными лопастями обычной жесткости обладают динамическим моментом, который стремится устанавлииать ось ветроколеса по направлению ветра. ли о 3. Ветродвигатель с КАВ, выполненным по схеме с автоматическим регуютс иронанием, хорошо работает при напряжениях ниже тех, которые допускася для расчетных скоростей ветра.

Эта его особенность не зависит от иаправ- 107 леняя ветра, начальной ориентапин по ветру, начальной частоты вращения, неустановившихся внешних воздействий, а также работы на устойчив режимах. 4. Для ветродвигателей, свободно ориентирующихся по направлению вет и рассчитанных для работы за башней, лобовое давление иа невращающееся в роколесо обычно достаточно для его ориентации при любых начальных напра лсниях ветра.

б. Равновесное положение ветродвигателя, свободно устанавливаюшегося п направлению ветра при работе за башней, изменяется в зависимости от главног вектора ветрового потока. Это приводит к разгрузке движущихся вниз лона стей при уменьшении скорости ветра за башней. 6. Уровень напряжений в лопастях значительно ниже допускаемого пр флюгерном их положении на неврашающемся ветроколесе прн скорости ветра доходящей до 26,6 м/с. 7. Ветродвигатель с КАВ и саморегулируемой установкой лопастей с п мощью маятнвка, закрепленного на лопастях, который создает частоты кру тильных колебаний, близкис к круговой частоте ветроколеса ча будет неустой чивым. 3.8.

ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕТРОКОЛЕСА С ПАРУСНЫМИ ЛОПАСТЯМИ значение вращающего момента, который создавался встроколесом при дей- в тормоза, измерялось с помощью тензометрического мостика, установленстзин кого н о на горизонтальной части опорной конструкции. Сигнал от него передавался ка мпь пкроамперметр. Таким образом, при проведении измерений желаемое значение е тормозного вращающего момента может передаваться на ветродвигатель путе тем соответствующего перемещения стяжной муфты. Одним из экспериментальных параметров, который необходим для определе- н характеристик ветродвигателя, является частота вращения ветроколеса.

ния х' Она определялась с помощью тахометра на втулке встроколсса, сигнал т ко- о торого передавался на вольтметр з, отсчитынался наблюдателем Использование для испытании ветродвигателя установки на авто„обнле усноряет процесс накопления данных. Он может производиться при слабом ветре илн, что предпочтительнее, в безветрие. Установлено, что даже слабый боковой ветер при скорости !— ),б м/с искажает данные испытаний.

В Принстонском университете (Р(3) разработана для испытаний ветродвигателей установка, смонтированная на армейском автомобиле. В начале этих работ 'по программе исследования ветродвигателей стало очевндным, что исследования в натурных условиях непригодны для целей оперативной оптимизации и усовершенствования характеристик ветроколеса. Такая мстодика пригодна и даже предпочтительна при испытаниях ветродвигателей, когда такие факторы, как динамические реакции двигателя на пульсации скорости ветра, могут оказывать сильное влияние на выработку энергии за длительный пернод. В то жс время методика почти бесполезна, когда тщательный учет влияния единичных изменений конфигурации лопасти на характеристики ветроколеса желательно осун!ествнть за сравнительно короткий период времени.

Исходя из этого была начата разработка движущегося стенда для испытания ветродвигателей натурных размеров, установленных па стандартных ариейских автомобилях. В результате постепенного совершенствовавня установка в настоящее время стала достаточно сложной. П ри определении характеристик ветродвигателей основным следует считать точное измерение скорости свободного ненозмущепного ветрового потока. На установке Принсзонского университета был испытан ряд анемометрическнх систем (мехаиическне и термоанемометры) и были выбраны наиболее подходящие анемометры чашечного типа. г(арину с достаточно высокой чувствительностью и точностью имеет место требуемая устойчивость показаний прибора.

Механический анемометр в термоанемометр прн точном регулировании скорости оказываются слишком чувствительными к неровностям дороги. С целью предохранения анемометра от внешних воздействий, нарушающих поле скоростей в присутствии автомобиля, анемометр устанавливался на зна нь тельном расстоянии перел транспортным средством. Чашечпое устройство прибора использовалось для вращения небольшого генератора, сигнал которого передавался к милчиамперметру, установленному па рулевой колонке ав биля. И сходнзя тарировка этой системы производилась в аэродинамической .