1598005515-d093afe08eb90b4a146980eea5b04540 (811223), страница 12
Текст из файла (страница 12)
2-7. Принципиальная схема ценгрооеж- ного регулирования. производится при помощи соотзетсзвуюшей затяжки пружины 3. Внешним возмущающим воздействием может быть либо изменение нагрузки со стороны генератора 4, либо изменение скорости ветра о, Первое оказывает внешнее воздействие только на двигатель, а второе †одновременно чча двигатель и регулятор, так как внезапное изменение~скорости ветра, с одной стороны, нарушает равномерность шритока энергии к двигателю, а с другой— оказывает непосредственное силовое воздействие на регулируюший орган, а через него и ца чувствительный элемент. Регулирование, осуществляемое по схеме рис. 2-7, называется прямым, так как необходимая для перестановки регулирующего органа работа выполняется самим чувствительным элементом, без привлечения добавочного источника энергии.
Очевидно, прямое регулирование может быть осуществлено только тогда, когда чувствительный элемент способен развить мощность, достаточную для оказания небходимого воздействия на регулирующий орган. Между тем расчеты показывают, что при регулировании быстрохоггных ветродвигателей поворотом лопастей (или их концов) воздействие на регулирующий орган требует затраты значительной мощности. При повороте лопастей (или их концов) приходится преодолевать момент сопротивления, который складывается из момента трения в опорах отдельных механизмов регулятора и момента от аэродинамических и центробежных сил, действующих на лопасти при их вращении.
Момент сопротивления повороту лопастей увеличивается с увеличением размера ветродвигателя. В ветродвигателях средней мощности с диаметром ветроколеса 0 = = 18 — 20 м он может достигать уже величины порядка 250 кГ м. При этом для обеспечения скорости поворота лопастей хотя бы в 10 градггсек требуется мощность не менее 0,6 л. с. вделать чувствительный элемент регулятора, который мог бы развивать такую мощность, нецеле- . сообразно из-за громоздкости и сложности его выполнения.
Поэтому в ветродвигателях средней и большой мощности приходится применять регуляторы непрямого действия, устанавливая между чувствительным элементом и регулирующим органом какой-либо усилитель, Это приводит к значительному усложнению конструкции как регулятора, так и ветродвигателя в целом. Рассмотрим, какие имеются возможности для снижения величины момента сопротивления повороту лопастей, а следовательно, и мощности регулятора для осуществления прямого регулирования. Момент трения всегда противодействует движению лопасти, поэтому присутствие трения вызывает, с одной стороны, увеличение мощности регулятора, а с другой— ухудшение качества регулирования. Величина момента трения в значительной степени зависит от конструктивного выполнения самого регулятора. Момент от аэродинамических сил стремится повернуть лопасти относительно центра давления '.
При малых положительных углах атаки расстояние между ~ центром давления называется точка пеРесечения линии действия полной аэродинамической силы с хордой пРофиля лопасти. 80 центром давления и передней кромкой у большинства профилей составляет приблизительно 40 — 45%' от длины хорды. По мере увеличения угла атаки центр давления перемещается к зтередней кромке профиля. Наименьшее расстояние от передней кромки центр давления занимает при угле атаки, близком к критическому; оно равно в этом случае примерно 25 — 30о1о от длины хорды. При переходе за критический угол атаки центр давления на- гг и го Рис.
2-8. Измегзение положения центра дав- ления в зависимости от угла атаки. чинает медленно перемещаться назад и при ая 90' совпадает с серединой хорды профиля. В этом случае подъемная сила равна нулю, и профиль испытывает только лобовое сопротивление.
Величина перемещения центра давления в большой степени зависит от формы ~профиля. Наибольшее перемещение имеет место у профилей с вогнутым основанием (особенно ~при большой относительной толщине), наименьшее — у профилей, близких к симметричным. У симметричных профилей центр давления почти не меняет своего положения при изменении угла атаки и находится от передней кромки на расстоянии, приблизительно равном 25%' хорды. На рис.
2.8 показано изменение положения центра давления х, в зависимости от угла атаки и для двух профилей: симметричного 1, у которого хорда совпадает 6 — 2412 81 со средней линией профиля, и несимметричного 2, имею. щего выпуклую (лежащую по одну сторону хорды) .среднюю линию. Если известны аэродинамические харак.теристики профиля с,=)(а) и и,=/(а) или и,= ~(с ),.
то положение центра давпения на рабочих углах атаки может быть подсчитано по приближенной формуле: т, .чд с с дс / где и — значение момента при с о Из сказанного следует, что изменяя расстояние между осью поворота и центром давления, можно уменьшать или увеличивать момент, действующий на лопасти от аэродинамических сил. Момент от центробежных сил лопасти противодействует аэродинамическому моменту, стремясь совместить ее плоскость с плоскостью вращения ветроколсса, Его величина при одних и тех же углах установки лопастей определяется величиной центробежного момента инерции лопасти, которая зависит от массы лопасти н расположения оси ее поворота относительно передней кромки.
Возможность менять соотношение н величины моментов от аэродинамических и центробежных сил для различных углов установки лопастей (или их концов) позволяет осу1цествлять следующие две принципиально отличные друг от друга схемы прямого регулирования, получившие широкое распространение в практике ветроиспользования. Применяя симметричные или специально изогнутые профиля и совмещая ось поворота лопасти с центром давления, момент от аэродинамических сил можно свести к нулю. Тогда активными силами регулирования будут являться только центробежные силы центробежных грузов регулятора, которые создают момент, поворачивающий лопасти в сторону увеличения угла установки. Силами сопротивления в этом случае являются: упругость пружины регулятора, силы трения и'центробежные силы лопастей.
Момент сопротивления повороту лопастей при регулировании здесь получается минимально возможным, поэтому в большинстве случаев легко решается вопрос создания простой и надежной конструк- ции регулятора, обеспечивающего прямое регулирова- ние. Такое регулирование принято называть центробеж- ным регулированием, поскольку активными силами яв- ляются центробежные силы регулятора. Центробежное регулирование получило широкое рас- пространение для ветроэлектрических агрегатов неболь- шой мощности с диаметром ветроколеса не более 5 за Известно большое количество конструктивных схем цен- тробежного регулирования, например, схемы В.
П, Пан- кратова, Г. Х. Сабинина, Е. М. Фатеева и В. С. Шама- нина и др. В настоящее время наша промышленность выпускает ветроэлектрические агрегаты ВЭ-2 и ВЭ-5 с центробежным регулированием, разработанные в ЦАГИ под руководством проф. Г. Х. Сабинина. У~меньшение момента аэродинамических сил за счет сокращения расстояния между осью поворота лопасти и центром давления сильно уменьшает величину аэроди- намического демпфирования, в результате чего динами- ческая устойчивость при таких схемах прямого регули- рования достигается только за счет наличия сухого т е- ния в в механизмах регулятора. Это является основной ре- причиной, ограничивающей область ~применения прямо- го центробежного регулирования..
Принимая во внимание, что моменты от аэрод т аэродина- больший гол, п мических сил всегда стремятся поверн ть о уть лопасти на ольший угол, прямое регулирование может быть осуще- ствлено за сч ет использования аэродинамических сил в качестве активных сил регулирования. Такое регулирование в отличие от центробежного бу- дем называть аэродинамическим. Принципиальная схема аэродинамического регулятора показана на и 2-9, П ва ен р щ ии ветроколеса усилия от моментов, в, поворачи- вающих лопасти 1 относительно своих осей, посредством системы шарнирно соединенных рычагов 2 передаются на муфту 3 регулятора, скользящую по валу ветроколе- са.
С другой стороны муфта связана тросом че ез с циальный механ изм 4, имеющий переменное псредаточЕсли ск иое отношение, со свободно подвешенным 6. ~м грузом ели скорость ветра становится выше расчетн ", никающие на сгной, возлопастях аэродинамические моменты, долевая мо ты, прео- груза, б т менты от центробежных сил и регулир рующего удут выводить лопасти в сторону увеличен: угла их стан у овкн, пропуская мимо себя излишки энел ия 6* э р- 83 гин ветра.
При скорости ветра ниже расчетной Регули- рующий груз вместе с центробежными силами будут ' создавать на лопастях моменты, превышающие моменты от аэродинамических сил, в результате чего лопасти будут удерживаться на упоре ~в рабочем положении. Надежный ввод лопастей во флюгерное положение обеспечивается пружиной 5. Как:,видим, в данном случае момент сопротивления повороту лопастей при регулирова- х- рис. 2-9. Принципиальная схема аэродинамичесного рсгулироаания. нии образуют центробежные силы лопастей и силы от регулирующих грузов и трения. Уменьшить момент сопроти~вления здесь возможно за счет полной компенсации центробежных сил лопастей, что осуществляется путем закрепления на лопастях компенсирующих грузов 6. При таком способе регулирования лопасти встроколеса являются одновременно и чувспвительны|м элементом и регулирующим органом В данном случае чувствительный элемент в равной мере реаяируст как на отклонение скорости вращения, так и на изменение скорости воздушного потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
