3.4. Масса лопасти

Рассмотрим вариант сплошной лопасти с плотностью _лоп.

В этом случае масса лопасти

mлоп = лопVлоп,	(3.4)
где
Vлоп = Sпрофl —	(3.5)

объем лопасти, взятый с запасом, если S_проф означает площадь профиля корневого сечения; l — длина лопасти, м.

3.5. Центробежная сила, действующая на лопасть

Центробежную силу, действующую на лопасть, рассчитываем по выражению:

Fц.б = mлоп2Rц.т,

(3.6)

здесь — угловая частота вращения ветроколеса, с^-1; частота вращения ветроколеса, об/мин; V — скорость вет- ра, м/с; Z — коэффициент быстроходности в рабочей точке; D — наружный диаметр ветроколеса, м; R_ц.т — радиус расположения центра тяжести лопасти, принимаемый обычно как

Rц.т = 0,6·R,

(3.7)

где R — наружный радиус ветроколеса, м.

3.6. Напряжение на отрыв, создаваемое центробежной силой Напряжение на отрыв, н/м2, рассчитываем по формуле

,

(3.8)

где S_маха — площадь сечения маха в области крепления лопасти (в опасном сечении), м².

3.7. Момент, создаваемый аэродинамическими силами, приложенными к лопасти при расчетной скорости ветра

Суммарный момент, создаваемый аэродинамическими силами, действующими на элементарные,

.

(3.9)

Используя формулу (1.76) и выражения b(r) и r через безразмерные величины получим

.

(3.10)

Интеграл, входящий в правую часть выражения (3.10), можно вычислить по методу трапеций:

,

(3.11)

где f_i — значение подынтегральной функции на i-м отрезке при замене интеграла суммой.

Величины , e и , входящие в правую часть выражения (3.10), определяем соответственно по интерполяционным формулам работы [4], а величина относительной хорды — по выражению (1.19).

Если ввести в расчет радиус центра парусности, то момент аэродинамических сил относительно основания лопасти

,

(3.12)

где r_пар — радиус центра парусности, м; r₀ — внутренний радиус ветроколеса, м;

—

(3.13)

равнодействующая аэродинамических сил, действующих на лопасть, Н; B — коэффициент лобового давления на колесо, о. е.; i_лоп — число лопастей.

Коэффициент B, вычисленный для различных величин коэффициента быстроходности Z [4], представлен на графике, приведенном на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Зависимость коэффициента лобового давления от коэффициента быстроходности

По графику на рис. 3.3 определяем, что для Z = 6 … 9 коэффициент лобового давления B = 1,0 … 1,35. Принимаем B = 1,4. Безразмерный радиус центра парусности, выраженный в долях наружного радиуса ветроколеса

.

(3.14)

Интеграл, стоящий в числителе выражения (3.14), — это тот же интеграл, который входит в соотношение (3.10).

Производя вычисление интеграла по формуле (3.11), можно получить графическую зависимость , приведенную на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Зависимость безразмерного радиуса центра парусности от коэффициента быстроходности

Итак, при выбранном значении коэффициента B = 1,4 (с завышением) и величине , определенной по графику на рис. 3.4 для заданного коэффициента быстроходности Z, получаем момент аэродинамических сил M_a по формуле (3.12), котторая удобна для оценочных расчетов при расчетной скорости ветра.