3. Расчет на прочность лопасти ветроколеса
3.1. Основные геометрические характеристики лопасти
Геометрические характеристики лопасти
известны из аэродинамических расчетов.
Обычно лопасть имеет следующие
геометрические характеристики: радиус
лопасти R
(диаметр ветроколеса D);
удлинение лопасти
;
сужение лопасти
;
угол стреловидности по передней кромке
0;
относительная толщина профиля у корня
и у периферии
.
Форма профиля лопасти — профиль типа
«Эсперо». Форма лопасти в плане — прямое
крыло трапециевидной формы.
3.2. Нагрузки, действующие на лопасть
Рис. 3.1. Вид ветроколеса в плане |
На рис. 3.1 представлен условный вид ветроколеса в плане. Крыло ветроколеса состоит из маха а и лопасти б, закрепленной на махе так, что оно образует с плоскостью вращения некоторый угол φ — угол заклинения лопасти. При этом на ее элементы набегает воздушный поток с относительной скоростью W под углом атаки и действует с силой PR. Силу PR разлагают на силы Px и Py. Сила Px производит давление в направлении ветра, называемое лобовым давлением. Сила Py создает крутящий момент [1]. Из аэродинамических расчетов известны сила лобового давления при заданной скорости ветра и максимальная сила лобового давления при порыве ветра. Результирующая сил лобового давления приложена в центре парусности. Мах лопасти подвергается действию момента центробежных сил Mц.с, момента аэроди- |
намических сил Ma и растяжению от центробежных сил.
Для определения напряжений в сечении маха, создаваемых моментами, приложенными к лопасти, и напряжений от центробежной силы следует рассмотреть геометрию профиля типа «Эсперо», заданного коэффициентами собственного контура в табл. 1.3.
3.3. Определение площади профиля типа «Эсперо»
На рис. 3.2 показан профиль типа «Эсперо» в системе координат X0Y.
Рис. 3.2. К вычислению площади профиля и момента инерции лопасти относительно ее оси
При разбиении профиля на горизонтальные полосы постоянной толщины, параллельные его хорде, получаем величины абсцисс точек контура в системе координат XOY: B1(i) и B2(i) (см. рис. 3.2).
Относительные
величины
и
рассчитываем по следующим формулам:
|
(3.1) |
Для профиля типа «Эсперо» эти значения приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Значения параметров и при разбиении профиля типа «Эсперо» на 10 полос равной толщины
Номер точки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
0,400 |
0,114 |
0,033 |
0,010 |
0,001 |
0,006 |
0,023 |
0,052 |
0,090 |
0,150 |
0,267 |
|
1,000 |
0,980 |
0,942 |
0,903 |
0,855 |
0,805 |
0,756 |
0,696 |
0,628 |
0,546 |
0,400 |
Нумерация i от 1 до 11 начинается со стороны уплощенной части профиля (см. рис. 3.2).
Площадь профиля получаим как сумму площадей элементарных площадок — трапеций:
|
(3.2) |
где n – 1 — число элементарных полос.
Для n = 11
Sпроф = 0,7·b·C. |
(3.3) |