1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Его размеры были выбраны с учетом опыта разработки ряда конструкций диаметром 5 и, с тем чтооы элемент случайности прп соответствующей экстраполяция этих данных был небольшим. Ротор снабжен тремя лопастями с профилем МАСА 0012, каждая лопасть поддерживается двумя подкосами, закрепленными на вращающемся валу, Конструкция мачты позволяет использовать также двухлопастный ротор. Установка подкосов считается необходимой для того, чтобы частота собственных колебаний лопаРнс.
4.1. схематическое иэображение сти была выше частоты, харак- ветродвигателя Дарье диаметром терной для исходной конструк- 17 м, разработанного лабораторией ции, равной 4 5 Гц Конструкция ЕЮА-Зэп41э, может работать и без подносов в тех случаях, когда проблема вибрации не играет существенной роли. Для одновременного выполнения требований по жесткости и габаритам вращающийся вал выполняется трубчатым, наружный диаметр 0,508 м, толщина стенок 2,54 см. Поэтому при заданной жесткости он имеет меньший диаметр. Лопасти изготовлены фирмой Кашап (рис. 4.2). Носовая часть выполнена из прессованного алюминия марки Р, а хво- Рнс.
4лк Конструкция лопасти, рээрэботаннен фнрмой Каптэп. стовая — из бумажных сот 'с алюминиевой планкой на задней кромке и стсклопластнковым покрытием. Хорда лопасти 0,533 м„ центр массы поперечного сечения находится перед характерной точкой, расположенной от носика профиля на 25% его хорды, на расстоянии до 3 414 ее длины, а центр крутки поперечного сечения — за этой точкой на расстоянии до 3% длины хорды.
Расположение центров масс и крутки выбрано с учетом уменьшения 118 возможной зависимости между изгибными и крутильными движениямн лопасти. Лопасть должна работать без остаточных деформаций до частоты вращения 75 об1мин при скорости ветра около 27 м1с и выдерживать в остановленном состоянии ветровую нагрузку при скорости ветра до 54 м1с. Основными узламн двигателя являются опорное устройство ротора, система передачи мощности (включая редуктор, синхронный генератор и индуктивное пусковое ' бб/(э1(мсн устройство), тормозная система. бб Привод с валамп, расположеннымн под прямым углом, позволяет уста- зп навливать генераторно-пусковую систему по горизонтальной осн. Этот ос вариант, который более сложен и менее эффективен, чем непосредст- зп венный привод, имеет важные преимущества при ее использовании для двигателей такого типа.
Например, благодаря доступности горизонтально расположенных элементов они легко могут перемещаться илн заменяться, а наличие двух осей об- та Р, м/с легчает выполнение требований по компактности (во избежание нз- Р"' 4 з. моптностн Р от скорости ветра т' лишней высоты опоры). Это упро- д. ветродвнт,н дар днэметщает любые модификации системы ром 17 м. передач после се установки. Этн преимущества менее значимы для рабочих машин, и тогда установки будут, очевидно, выполняться с вертикальной системой передач.
Используется планетарный редуктор промышленного типа (с передаточным числом 42,9). Частота вращения генератора 1800 об1мин соответствует частоте вращения ротора около 42 об1мин Использование переменного передаточного отношения, осуществляемого с помощью цепной передачи со стандартными цепными колесами с числом зубьев 24, 26, 30 и 34, позволяет увеличить число часов работы ветродвигателя. При соответствующих комбинациях колес могут быть получены 1! значений частоты вращения ротора (от 24,6 до 52,5 об1мнн). Трехфазный синхронный генератор (60 кВт, 60 Гц, 2271480 В) используется также в качестве пускового двигателя. В случае применения пусковой системы такого типа в нее включают асинхронный пусковой двигатель.
Гидравлическая тормозная система используется для аварийного торможения при выпадении из свнхронизма. Расчетная характеристика зависимости мощности от скорости ветра двигателя приведена на рис. 4.3. Скорость ветра соответствует высоте 3,66 м. 119 Расчетная частота вращения ротора 45,4, мвнимальная 29,6 об(мин, максимальная развиваемая мощность 70 кВт. С учетом потерь в системах ветродвигателя мощность, отдаваемая генератором, составляет примерно 60 кВт. Основные данные ветродвигателя Дарье приведены ниже.
17 1, 2 нлн 3 НАСА 0012 Прямая †дуга.— прямая 0,533 180 70 50 Диаметр, м Число лопастей Профиль лопасти Форма лопасти . Длина хорды, м Площадь, ометасмая ротором, ма Мощность встродвнгателя, кВт Мощность генератора, кВт Частота вращения: генератора, об!мнн . ротора прн установленной мощности, об/мнн Скорости ветра, м/с: расчетная минимальная рабочая . максимальная рабочая 1800 45,4 14,3 4,5 25,8 4.1.2.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ВЕТРОДВИГАТЕЛЯ ! В первых разработках двигателей Дарье использовали сравни- ' тельно тонкие и быстроходные конструктивные элементы, в первую очередь лопасти и мачту с растяжками, Эта тенденция, которая наблюдается и у других конструкций ветродвигателей (например, )х)АВА типа Мог) -0 с горизонтальной осью вращения), связана со стремлением аэродинамиков использовать элементы с малым заполнением поверхности и подчеркивает важность понимания необходимости развития совершенных и конструктивно правильных форм двигателей Дарье.
Указанное условие невозможно выполнить, в частности, для лопастей, когда при отсутствии опыта н должного понимания вопроса идут на необоснованную модификацию конструктивных элементов для получения больших запасов прочности. Хотя проектирование ветродвигателей Дарье основано на данных, исходящих из требований аэродинамики, при дальнейшей оптимизации установок с целью снижения нх стоимости рассматриваются совместно требования к аэродинамическим характеристикам и конструкции ветродвигателя, а также к его системам. Например, более простая и дешевая система, дающая удовлетворительное решение с точки зрения аэродинамических характеристик, может быть предпочтительнее, так как она обеспечивает снижение стоимости вырабатываемой энергии.
Для проведения таких исследований необходимо оценить влияние конструктивных особенностей двигателя В теоретических и экспериментальных методах, используемых при разработке двигателей Дарье, акцент сделан на основные си- ~ 120 стемы — лопасти и опорную систему, т. е.
мачту. опоры н соединительные элементы. Рассматриваются также характеристики комбинированных конструкций. Главный вывод состоит в том, что полученные многочисленные опытные данные и развитие расчетных методов позволяют уверено проводить конструктивные разработки двигателей Дарье. Однако данные не касаются некоторых особых случаев, которые могут ь'Л/ем Е Р|П" 3 |пе и | |и гп гпщр и/а Рнс. 4.4.
Максимальные расчетные напряжения нзгнба в лопастях ветродвнгателя лаборатории Бапспа дяаметром 5 м. Рнс. 4.5 Изменение в горнзонтальной плоскости нормированной результнручощей раднальпой силы Р у корневой частя лопасти, действующей прн нагруженнн ее нормальной аэродянамнческой силой (нормнровапная результирующая показывает влняняе быстроходностн). влиять на конструктивные характеристики двигателя.
Наиболее неопределенным среди них представляется динамика лопасти, исследования которой сравнительно еше несовершенны. В этом направлении необходимо продолжить накопление экспериментальных данных на работающих ветродвигателях. р, л(м Рнс 4.6. Расчетная центробежная н максимальная аэродинамическая нагрузкя р лопастн ветродвигателя диаметром 17 м (масса конструкцнн на еднняпу объема лопасти 0,5): | — аэродинамическая нагрузка; я— аеятребежязя нагрузка. оооо |поп и и гп оо чо цзо) Статика лопасти. Реакция двигателя на действие нагрузок, рассматриваемых как квазистатические, имеет важное значение, так как определение допустимых нагрузок должно рассматриваться в качестве необходимого условия для рационального проектирования лопасти, Анализ статики может быть также полезным в качестве расчетного метода в специальных случаях при условии, что минимальная частота собственных колебаний лопасти значительно выше частоты, возбуждаемой аэродинамическими силами.
121 В одной из первых работ по анализу статики 14.1) рассматривается плоская задача и определяются реакции ротора ветродвигателя Дарье диаметром 5 и прн действии центробежной нагрузки, Для ее решения использована программа расчета на основе нелинейного метода конечных элементов. В результате анализа получено два важных результата. Во-первых установлено, что даже незна штельное отклонение лопасти от теоретически правильной изогнутой формы может привести к значительным изгибающим усилиям (под изогнутой понимается форма, которую идеально упругий элемент принимает под действием центробежных сил). Во-вторых, растягивающис усилия в лопастях, возникающие под действием центробежных сил, значительно повышают жесткость системы (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
