1598005519-db2570e1cd069b3f233e2ac13b5f8034 (811225), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Тем не менее этн возмущения способст- вуют значительной свободе выбора сечений конструкции. Хотя мачта и вращается, ее масса расположена вблизи оси вращения. Благодаря этому исключается неооходимость учиты- вать повышение жесткости под действием центробежных сил и до- водить до минимума динамические воздействия, связанные с вра- щением. Эти особенности привели к использованию линейной теории балок, метода конечных элементов 14.16, 4. 171 и обычного метода расчета растяжек как основных элементов оснастки оашсн, спор и расчалочных конструкций. В качестве расчетных критериев для опорных систем ветродви- гателя принимаются резонансная частота, напряжения в точках соединения лопастей от скручивания, осевых и поперечных нагру- зок и сопротивление мачты изгибу. В расчете конструкции двигате- ля лаборатории Ьапб1а диаметром 17 м показано, что простая трубчатая мачта может со значительным запасом прочности удов- летворять всем конструктивным требованиям.
То же исследование наводит на мысль, что сравнительно легкие мачты ферменного типа отвечают требованиям, предъявляемым к конструкции, одна- ко они имеют большой диаметр и занимают большую площадь по центру ротора. Успешная работа ряда двигателей Дарье показывает, что воз- можно создание такого агрегата, в котором могут быть выполнены указанные выше требования, предъявляемые к конструкции.
С помощью экспериментального моделирования на прототипах кон- струкции, а также на основе выводов, полученных при рассмотре- нии расчетных моделей, разработан ряд принципов, необходимых для более успешной разработки конструкции. Хотя они и кажутся умозрительными по своей природе, но представляют собой как-бы направляющую линию, отражающую существующий уровень раз- вития и уровень, изменяющийся в зависимости от совершенство- вания технологии.
Эти принципы могут быть сформулированы сле- дующим образом, 1. При определении размеров ветродвигателя пропорциональ- ное увеличение геометрических размеров его элементов оказывает малое влиянис на его конструктивное исполнение. Исключение составляют напряжения от сил тяжести, которые увеличиваются пропорционально размерам. Это правило следует из соображений подобия.
При этом, ветродвигатель с увеличенными размерами имеет аналогичные аэродинамические характеристики и работает в подобных ветровых условиях с той же быстроходностью. 128 2, При выборе характеристик сечений лопасти исходят из того, что напряжения в лопастях (моменты инерции сечений) увеличиваются в соответствии с действующей нагрузкой и пзмснснием отношения длины хорды к радиусу ротора, Успешно работают роторы с относительной длиной хорды, равной 0,05. Хотя минимально возможное отношение хорды к радиусу не установлено, оио зависит от особенностей свойств поперечного сечения лопасти и геометрии ротора.
Однако для заданной конструкции увеличение отношения хорды к радиусу приводит к ее упрощению. 3, Уравновешивание массы лопасти не является проблемой, поскольку для предотвращения флаттера нс требуется совпадения ее центра упругости, центра массы и аэродинамического центра давления лопасти. 4. Увеличение массы единичной площади лопасти благоприятно влияет на ее конструктивные свойства. Характерно, что при этом увеличиваются как жесткость от действия центробежных сил, так н отношение установившихся центробежных нагрузок к циклическим аэродинамическим нагрузкам.
Эта тенденция снижения вибрационных напряжений, наолюдаемая у лопастей, приводит к увеличению их долговечности. Увеличение массы лопасти ограничивается тем, что оно сопровождается увеличением напряжений от сил тяжести. Однако для типовых малых ветродвигателей с диаметром меньше 10 м предельные значения массы достаточно высокие. 5. Опорные растяжки ротора улучшают реакцию ветродвигателя на действие аэродинамических нагрузок, сил тяжести, флаттер и изгиб остановленного ротора, они могут увсличить защитные свойства конструкции.
В то жс время эксплуатационные испытания малых ветродвигателей показали, что растяжки нельзя рассматривать в качестве неотъемлемой части конструкции двигателя Дарье. 4Л.З. ЭКОНОМИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ЛОГ1АСТЕИ Лаборатория Ьапб1а провела исследование подобия и модернизацию лопастей, перспективных для двигателей Дарье, с тем чтобы разработать несколько конструкций, имеющих низкую стоимость изготовления. В течение некоторого времени в новых конструкциях необходимо учитывать соображения, часть из которых уже реализована в проектах малых ветродвигателей (диаметром 5 м и менее), Многие из особенностей этих конструкций представляют собой технические новшества, а некоторые особенности лопастей могут быть использованы и для двигателей больших размеров.
Это выгодно с точки зрения темпов развития при использова; нии результатов, практически проведенных на установках иеболыпой мощности. Конструкции могут быть классифицированы по способу их нагружения. В конструкции на рис. 4.8, а нагрузки распределены по всему сечению, на рис. 4.8, б нагрузка прикладывается к несущей части конструкции, элементы которой, необходимые для получения З Зак, !Из 129 Рис. 4.9. Рекомендуемые коаструк- ции: а — вариант 1; б — ваРиант 2; в — ва.
риант а. а) 130 правильной аэродинамической формы, оказались малоэффективными в отношении восприятия нагрузок. Конструкции лопастей ротора диаметром 17 м, схемы которых показаны на рнс. 4.9, имеют идентичную геометрическую форму профиля. Предполагается также, что каждая из этих конструкций: может быть разработана так, чтобы она отвечала общим требова- Рис. 4.8.
Суи(аствуюи)ие варианты исполнении лопастей: 1 — алюминий (аапсаа) нли пластмасса; у — слоистое дерево (ае!(сг) — монолитваа кои 8 — металл, профилнрогглиньгй иа лпстогнбо и!ой маюине (Иао); 4 — прессаванный алюминий (Оопппюп Л(гппгпгпп); Б — сталь, пенопласт, стеклопластик (:апжа)П б — алюминий пенопласт, стеклопластик (асвсагсй апй Оса ип !паял!с); у — сталь дерево.
стеклопластик (йа!(опа) Легопап!!сь ! аьога(огу); 8 — прессованный алюминий„ б кные соль!, стеклопласюпг (Калып); 8 — алюминий, и попласт, нолокно, обшивка н ума кные с теплоусааонной пленки (телаа тесан], ниям. Конструкции оцениваются по определенным показателям, в частности по ожидаемому выпуску продукции и тому, как он может влиять на выбор конструкции. Предлагаемая схема и материал для каждой из конструкций выбираются одновременно с опре делением технологии производства, соответствующей предполагае. мому выпуску продукции. Кроме того, учитываются и используютс особенности прежних конструкций лопастей, которые применяли для ротора указанного диаметра.
В цельносварной стальной конструкции типа монокок (рис. 4.9,а) образование прямолинейных отсеков производится путем профилирования непрерывной полосы листового металла. Профилнрованный элемент такого вида использовался в небольших масштаоах в конструкции ХцС. Исследователи )и!сС разработали для этих целей листогибочную машину. После профилирования контура каждый отдельный элемент штамповался с вытяжкой по профилю лопасти. Затем эти элементы автоматически соединялись сварными швами в сборочный узел лопасти, а концевое ее соединение также выполнялось на сварке. За исключением поверхностной обшивки, лопасть не имеет элементов, поперечных хорде (нервюре).
Шарнирный конец устройства приваривался к стальному литью. Процесс отливки обеспечивает значительное снижение стоимости матерна.лов и их механической обработки. При отливке обеспечивается очень высокое качество соединений. Элементы этой тонколистовой метал.чической конструкции из ннзколегнрованной стали не подвержены коррозии. В целом вся структурная схема лопастн рассчитана на восприятие нагрузок, она имеет повышенный срок службы при нанесении дополнительных защитных покрытий, предохраняющих от развития коррозии. т"'!Ожно полагать, что производство термически не обработанной стали более эффективно с энергетической точки зрения по сравнению с другими конструкционными материалами.
Использование механизированных процессов производства обеспечивает высокую надежность конструкции лопасти Стоимость производства лопастей таким методом можно планировать с приемлемой точностью. Если пе учитывать предполагаемую высокую стоимость механической обработки, то конструкция обладает наименьшей стоимостью в сравнении с рассмотренными. Сравнительно большие расходы на механическую обработку лопасти должны снижаться при значительном увеличении числа выпускаемых лопастей. Производство лопасти, имеющей такую конструкцию, потребует четырех раздельных технологических операций В конструкции, показанной на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
