1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Внешний вид этих башен большинству людей представляется эстетичпее, и башни будут подробно исследованы наряду с другими перспективными опорными конструкциями. Кроме ветроколес и башен другие компоненты и системы ВЭУ будут также рассмотрены в составе прикладных исследований и технологических разработок. Речь идет а редукторах, генераторах, системах управления работой электрооборудования и ориентации ветроколеса по направлению ветра. По мере того как отдельные компоненты и системы покажутся перспективными в отношении простоты или уменьшения стоимости ВЭУ либо обоих этих факторов.
они буду~ испытаны на полигоне в составе ВЭУ Мой-б, которая спроектирована для того, чтобы при реализации ветрознергетической программы служить в качестве испытательного стенда, позволяющего получать необходимые технические и эксплуатационные данные с целью оценки перспективности различных компонентов и систеы. 3.3. КОНСТРУКЦИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛОПАСТИ С ЖЕСТКИМ КРЕПЛЕНИЕМ К ВТУЛКЕ ДЛЯ ВЭУ МОЩНОСТЬЮ 1ОО «Вт Ветрознергстическая программа Центра НАБА-1 еРС предусматривала проектирование и эксплуатацию экспериментальной ВЭУ мощностью 100 кВт с целью получения основных инженерных данных для оценки разработанных компонентов и систем. Фирма Босййееб заключила контракт на проектирование и изготовление лопастей, который предусматривал проектирование, анализ, изготовление, оснастку контрольно-измерительной аппаратурой и внбрационные испытания двух рабочих и одной запасной лопасти, Должны удовлетворяться следующие требования: диаметр ветроколеса 38 м; расчетная частота вращения ветроколеса 40 об!мин; пределы изменения угла установки лопастей на относительном радиусе 0,75 от — 3,5 до +92,5'; нелинейная крутка лопасти 33,8'; профиль серии НАСА-23000; конструкция лопасти — алюминиевая.
Экспериментальная ВЭУ мощностью 100 кВт имеет двухлопастное ветроколесо с жестким креплением лопастей н втулке. Лопасти проектируются на мощность, равную 133 кВт на валу ветроколеса при частоте его вращения 40 об!мин и скорости ветра 8 м/с. Изготовление лонжеронов, нервюр, стрингеров, массивной обшивки передней кромки и легкой обшивки задней кромки (сс толщина определена условием предотвращения повреждений градам], соедини. тельных элементов корневой части и двух механически обработанных массив ных нервюр обеспечивается применением обычной технологии самолетострое.
пня. 92 Была использована конструнцня с П-образными лонжеронами [рис. 3.6) кото орая обеспечивает прочность, жесткость, возможность балансировки и малую . ю массу. Именно эти качества необходимы вращающейся крыловой констру' укцин. Важно также отметить, что создаваемое в результате вращения полез нтробежных сил на конце сзмых больших воздушных винтов составляет кало 900 й, несущих винтов вертолетов — 550 д, а для ветроколеса ВЭУ— „,танго 34 й; Это подчеркивает наличие подобия в принципах конструированию з в , а техночогии изготовления лопастей ветроколес и самолетных крыльев. Рис. 3.6.
Размеры лопасти ВЭУ мощностью 100 кВт. Центром МАКА-ГАС были определены следующие требования к лопасти:. толщины, распределение хорд и углов крутки должны соответствовать графикам на рис. 3.7. Было задано также распределение аэродинамических нагрузок по длине запасти; масса лопасти не должна превышать 908 ш, а центр масс для любого ее. сечения должен быть расположен впереди упругих осей и центра давления-,. полжна быть обеспечена возможность изменения массы с целью балансировки каждой лопасти; лопасть должна быть рассчитана на нагрузку, возникающую при максимальной частоте вращения поворотной головки ВЭУ при ориентации по направлению петра, равной 0,33 об[мин; лопасти должны иметь срок службы 50 тыс. ч при эксплуатации в расчетных условиях, позволять ВЭУ работать при порывистом ветре, при расчетной скорости ветра автоматически устанавливаться во флюгерное положение без повреждения конструкции, быть стойкими к фчаттеру и позволять круглого- личную эксплуатацию в условиях, обычно встречающихся в выбранном месте строительства ВЭУ вЂ” в районе г.
Сандаски в штате Огайо. Опыт фирмы Еос>с[>ееб по проектнрованию, исследованию и испытанию аэро- упругих полноразмерных невращаюшихся моделей вегроколес [3.13 — 3.15) показал, что скорость ветра, которой лопасть может противостоять в иевращаюигемся состоянии, зависит в значительной степени от жесткости лопасти на. кручение и па изгиб, когда нагрузка действует на 0,75 длины хорды лопасти. Выбор Л-образных „зонжероиов способствовал получению требуемой жесткости на кручение. Конструкция втулки допускает толька изменение углов установки лапастей, как и н случае винта с изменяемым шагом. Гидравлические исполнительные механизмы с пневматической системой нозврата обеспечивают выполнение основной управляющей функции по изменению угла установки лопастей.
Жесткость главных органов системы регулирования рассчитана на получение 19 200 Н!град в расчете па одну лопасть. При проектйровании ветроколеса должны быть летально рассмотрены динамические характеристики. Обычно особого внимания требуют вопросы обесг>ечения частотной характеристики, предотвращения флаттера, в том числе и 9З срывпого, эффект образования следа, устойчиность при крутильиых и маха. вых движениях, реакции на порывы ветра, влиянвя башенной опоры и харак.
теристик механизма регулирования иа динами (ескую устойчивость системы вет. роколссо — башня, быстродействия регулятора, влияйия зазоров и иестационарных нагрузо(й связанных с реакцией системы в процессах пуска н остаиова ветра. колеса. Частотный спектр консольно закрепленной лопасти при вращении ветроко. леса представлен иа рис. 38. Результаты относятся к совместному действию, изгиба и кручения лопасти. Анализ квазистациоиарного флаттера иоисольна закрепленной лопасти при скорости ветра 8 и 22 м/с и частоте вращения вала более номинальной, соответствующей уровню демпфирования коиструкци И,» 100 О;м вп 70 20 10 ВП 1„0 ОЧ ОЕ ОВ г/Л ОВ го Чо Оплсп/»л» йзиц 3.7. Зависимость отношения максимальной толщины лопасти к длине хор- .ды с=с/Ь (1), отношения длины хорды к радиусу Ь=Ь//7 (2) и угла лопасти (О) от относительного радиуса г/А( — — — — линия соединения лопастей с .втулкой.
Рис. 3,10. Зависимость величины зазора б в системе башня — ветроколесо от относительного радиуса лопасти г//( при углах конусности иа '/Я„ равных — 6, 0 и +6'. Рис. 39. Геометрия башни и зазор в системе башня — ветроколесо в координатах «расстояние от оси башш( ! — расстояние от уровня земли Н» при упругом равновесном положении лопасти. Рвс 3 8. Зависимость расчетных собственных изгибно-крутильных колебапн лопасти у от частоты вращения ветроколеса и.
Римские двфры — частоты собственных кол«бакай лопасти, соотвмтствующве 4, 3, 2 3-й глвманн«ам прв врлща1«льном дввжевнв (соотввгствевйо 1, 1Б П1 в 1Х!, 1-й га манвке ври крутвльном дввж«внн (П), б, 4, 3. 2 н 1-й гармоникам врн маховом дввж мнв (соответственво 111, у. кй у11! в и(, — — — — номинальная частота врлщеввя ветра«очеса. 0=002, показал, что система лопастей ие водвержеиа флаттеру. Анализ не .вращающейся лопасти также показал отсутствие тенденции к флаттеру нли воз растанию отклонений. Башня была спроектирована отделом Пентра 1чАЗА-).е)7С Гас!РА!ев Гпя(пе. еппй О!ч!з!оп.
С учетом важности этой экспериментальной опорной конструкции для испытания будущих систем н сведения к минимуму возможности динамнче. ского взаимодействия между ветроколесом и башней последняя спроектирована с большой жесткостью и высокой частотой собственных колебаний. Была создана модель этой системы (ЧАЗТ)7Л/4, и полу(енные с ее использованием рс. зультаты исследования динамики показывают, что частота собственных изгиб.
ных колебаний первой формы системы башня — нетроколесо равна 2,5 Гп (3,75 р, * при частоте вращения ветроколеса 40 об/мин). * р, †собственн круговая частота ветроколеса, равная числу его оборот з в секунду (П р н м е ч. р ед.) «94 и О,л ОЧ о,з о,г ь- '/ оов ПО7 ООВ ООВ ппч ООВ Опг 0,01 О Ог р ВЧ гп ш гг В Ч О -Ч В результате расчета получены характеристики упругости несущего вала„ поворот ротной платформы (головки) н башни в комплексе с ветроколесам, частотный спеитр лопасти, а также ее устойчивость к флаттеру.
В связи с теы чт(ь харак актеристики башенной опоры асимметричны и ветроколесо двух.топастное,. скоте. ема не может строго трактоваться как стационарная с постоянными коэффициентами, т. е. в этом случае должны быть решены уравнения с варьпвоваввем времени. Влияние упругой опоры на частотный спектр вращаюшевся лопасти и границы устойчивости к флаттеру были исследованы с использованием хара актеристик средней жссткости.
Эти качества в значительной степени обусловлены гибкостью вала. Оценка характеристик флаттера при никли (еском и связанном движении лопасти была получена с использованием осреднеиных ква- 0 Оо г,ы в пг Оч по Ов э/в зистацноиариых аэродинамических характеристик башни, системы передачи (ь поворотной головки.
Установлено, что система устойчива. Программа МОЗТАВ, разработанная фирмой Месйап(сз Резеагсй 1пс. и. ГО70 г. по контракту с сухопутными силами армии США для расчета несущих винтов вертолетов, была модифицирована в программу МОЗТАВ-%Т применительно к расчетам ветроколес (3.!6). Она используется Пентром г)АЗА-1еРС. лля определения нагрузок, действующих на металлические лопасти ВЭУ. Лля. расчета внутренних нагрузои лопастей программа использует только первую Форму изгибиых колебаний. Модель нагрузок на ветраколеса фирмы 1осй((ееб также была модифицирована применительно к расчету встроколес (программа' (ЧПх(ТЩ) Она используется фирмой Босййеед для расчета внутренних пагр!зак " деформаций лопастей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
