1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Программа позволяет рассчитывать на изгиб лопаст(ь ветроколеса при совместном действии моментов, изгибаю(цих лопасть в направлении хорды и в иаправдении перемещений при маховых движениях. Поэтому "рограмма ч/1(ЧТ()Р обеспечивает более строгое решение, чем МОЗТАВ.%Т, однако результаты расчетов по обеим программам хорошо согласуются между собой. Все силы и изгибающие моменты имеют частоту рв Касательные сильв малы по сравнению са средней центробежной силой, действующей на узел крепления лопасти к втулке и равной 101000 Н. Скручивающий момент в этом месте лопасти мал по сравнению с моментами, изгибающими лопасть в на.
правлении хорды и маховых движений. Учитывается зкранируюлций эффект башни и вертикачьиый градиент скорости ветрового потока1 Дополнительно к условиям, определенным в контракте как минимально необходимые, исследовалось также влияние на нагрузки на лопасти ряда других факторов, в частности угла и частоты поворота встроколеса при его ориентации, изменения ча. стоты вралцения ветроколеса и угла установки лопасти, градиента скорости вет рового потока у поверхности земли и изменения сиорости ветра, экранирующег эффекта башни, периодов пуска и останова ВЭУ.
Однако в связи с тем что проектные условия носили предварительный ха рактер и их выполнение не было обязательным, лопасти проектировались та чтобы иметь существенно большую конструкционную прочность, чем это необ ходимо для нагрузки 100 кВт при нормальной эксплуатации. Представляется что это значение легко может быть увеличено да 600 кВт. Статическая упругая деформация ветроколеса в периферийной плоскости при аэродинамической нагрузке в случае работы за башней вызывает его перемещение в направлеяии от башенной конструкции. Упругая деформация ло. пастей ветроколеса при порывах и внезапных изменениях направлення ветра или управляющих аварийныл воздействиях требует, однако, рассмотрения упругои деформации системы башня — ветроколесо, чтобы иметь возможность оцепить пределы изменения зазора между ними.
Геометрические размеры башни ферменной конструкции и зазор в системе башня — ветроколесо показаны на рис. 3.9 при расположении оси яетроколеса параллельно стороне башни и ее диагонали. Статическое у'пругое равновесное положение лопастей соответствует углу конусности 7' для расчетноя скорости ветра 8 м(с и частоге вращения ветроколеса ьб иб(миш В зксплуатационнлах условиях отклонения от этого угла составлялот от — 6 до ч-6' (рис. 3.10). Эти отклонения. получающиеся в результате изменения положения лопастей, когда производится рас. смотрение совместно с нестациояарной нагрузкой, показывают, что система имеет значительный диапазон взаимного влияния ветроколеса и башни.
Должна быть известна скорость ветра при флюгерном положеяии лопастей, чтобы определить, является ли это условие критичесиим для лопастей в отношении их :нов еждения. )~ ля уменьшения взаимного влияния башни и ветроколеса существует ряд способов, такие, как увеличение жесткости лопасти и изменение ее крутки, увеличение угла конусности втулки и расстояния между ветроколесом и башней, изме. пение начальной конусности лопасти при флюгсрном положении. Чтобы определить влияаие геометрин крутни лопасти иа характеристики ее прогиба, были проведены предварительные исследования с использованием программы лУ1л(Т()К для двух принятых значений мощности, развиваемой ветро.колесам.
Анализ был основан на данных о массе и жесткости для композиционных немсталлических лопастей и о форме лопасти в плане в сужении для металлических лопастей. Данные показывают различие в смещении средней части лопасти между двумя вариантами крутки для выбранных моцгностей и недопустимое унеличение прогиба концов лопастей без крутки. Наибольшая вероятность удара лопастей о башню соответствует случаю, когда иорневая часть изгвбаемой лопасти не имеет крутки. Для того чтобы предотвратить вазможность удара лопастей о башню, требуется жесткость относительно маховых двнжейий, соответствующая частоте вьппе 2р,. Изготовлевне металлических ло~лзстей основывается на обычной самоле ной технологии.
Были непосредственно использованы эксперименты фирм 1оса(леед с самолетными и вертолетными винтами. Лопасти состоят из тонкой алючияисвой обшивки и большого числа штампованных нервюр н элементов, предназначенных для того, чтобы обеспечить задалтую аэродинамическую форму, которая характеризуется круткой и конусными переходами. Сужение и крутка таиовы, что прямолинейные участки не васполагаются по длине лопасти на постоянном относительном расстоянии по хорде. Определение прямолинейных участкон было весьма важным для нроектирования (расположеняя лонжеронов) и для технологического процесс формирующего кривизну па толстой передней кромке обшивки. Нспытания иевращающейся конструкции были проведены на первой метал. *' алллглеской лопасти, установленной на испытательном зажимном устройстве.
Оцо имитировало такую же жесткость системы втулка — вал, как и у экспериментальной ВЭУ мощностью 100 кВт. Установлена тесная связь лгежду расчет етнымц и экспериментальнымн частотными параметрами лопастей (табл. 3.2). 7 а б л н ц а 3.2. Частотный спектр металлической лопасти, полученный э результате испытаний невращающейся лопасти Значения зкспернмаатааьаых в расчетных частот'. маа-' цозаа» нагрузка ма лазая лопасти раааа зл Н (акспарамеат( Конец аояастм не нагружея Номер гармонная и тмп аалебанаа Расчет Экспернмаат 97,8 280,8 600,0 141,0 567,6 103,8 299,4 622,8 159,6 588,0 1968 98,7 286 610 !43 658 2040 1-я, маховое движение 2.я, маховое движение З-я, маховое движение !-я, вращательное движение 2-я, вращательное движение 1-я, крутильиое движение " Часло калецамня а мнмуту.
На режиме как маховых, так и нсплоских движений экспериментальные частоты несколько выше расчетных, для которых отмечена тенденция к более высокому уровню жесткости лопасти на изгиб. Первая форма крутильных колебаний оказалась несколько ниже расчетной, но для 2000 циклов в минуту получено хорошее совпадение. В то же время можно заметить, что характсристи.
ки распределения массы и жесткости, определенные графиками, полученными иа ЭВМ, оказались непригодными. В процессе тарировочного опытного иагружения измерительного оборудования величины прогиба были приняты совпадающими с действующими нагрузками. Коэффициенты, учитывающие влияние параметров конструкции и определенные с помощью этих измерений, были сопоставлены с расчетными. Результаты показывают хорошее совпадение с результатами измерений при маховых и не- плоских движениях. Для рассмотренного сечения лопасти, близкого к корневому, маховое движение дает жесткость в 1,6 раза, а неплоскос движение — в 1,1 раза больше, чем предсказывает теория При сравнении этих значений с первой резонансной частотой неврашающейся лопасти должно быть дано объяснеяие факту, почему в результате испытаний получена более высокая частота, чем при расчетах (табл.
3.2). Первая металлическая лопасть ВЭУ имела массу 899,6 кг, что хорошо согласуется с расчетным значением, равным 887,8 кг. Некоторое увеличение вызвано, по-видимому, увеличением массы краски на 11,7 кг сверх расчетного значения. Данные о расположении центра массы лопастей по длине и хорде также хорошо согласуется с расчетными [3.5). Из всего сказанного выше можно сделать вывод, что частотный спектр металлической лопасти обеспечивает хорошее разделение собственной частоты вибрации и создаваемых высшими цд, гармониками сил (например, воздействием гравитационного поля !р,). В результате анализа определены границы Устое лллвости вращающейся лопасти к флаттеру как прп консольной, так и при Упругой (башенной) опоре ветроколеса.
Устойчивость результатов отклонения лопасти при совместном действии изгиба и кручения и аналитическое исследование флаттера заторможенной лопасти при скорости ветра до 63 м/с показали, что аэродинамические качества 4 Зак. !41З 97 этой конструкции обеспечиваются в широких пределах с учетом намечаемо ее использования и предполагаемого воздействия окружающей среды. Связь между нагрузками, получаемыми в результате расчетов по програ мам МОБТАВ и )т!г(Т()К, показала, что нагрузки лопастей для известного п тона могут быть рассчитаны с приемлемой точностью. Наземные вибршэн онные испытания, так же как и испытания с точным регулированием моши сти ппи вращении, должны привести к подтверждению характеристик систем и устойчивости в пределах эксплуатационных режимов.
На обеспечении хорошего совпадения экспериментальных результатов с те рией должен быть сделан акцент, чтобы способствовать надежности разр боток первой ВЭУ мощностью 100 кВт. 3.4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЛОПАСТИ Лопасти ВЭУ постоянно воспринимают, преобразуют и передают динамич ские нагрузки, которые по своему происхождению могут быть аэродпнамич сними, гравитационными или инерционными. Независимо от их источника ди намические нагрузки на лопасть влияют на массу и стоимость почти всех ком понентов конструкции. Поэтому важно разрабатывать и совершенствовать ме тоды расчета и управления динамическими нагрузками, действующими на ВЭУ Некоторый прогресс достигнут в понимании динамических нагрузок больших двухлопастных ветроколес с горизонтальной осью вращения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
