4.2. Центробежная сила, действующая на лопасть при предельно допустимой скорости ветра

Рассчитываем радиус расположения центра тяжести лопасти:

R_ц.т = 0,6R = 0,6·2 = 1,2 м.

Определяем частоту вращения ветроколеса:

об/мин,

тогда угловая скорость ветроколеса

с^–1.

По соотношению (3.3) находим площадь профиля лопасти у корня:

м²,

тогда масса лопасти (см. выражение (3.4))

m_лоп = ρ_лоп V_лоп = ρ_лоп S_проф l = 0,6·10³·0,0051·1,6 = 4,919 кг.

Теперь по формуле (3.6) рассчитываем центробежную силу, действующую на лопасть:

Н.

4.3. Момент, создаваемый аэродинамической силой

4.3.1. Момент при расчетной скорости ветра

По графику на рис. 3.4 находим величину относительного радиуса парусности. Для данного значения коэффициента быстроходности Z = 6,5 относительный радиус парусности будет . Для заданных геометрических размеров ветроколеса D = 4 м, т. е. радиус ветроколеса R = 2 м, размерная величина радиуса парусности

м.

В соответствии с рекомендациями разд. 3 и по рис. 3.3 определяем коэффициент лобового давления на лопасть для заданного значения быстроходности и принимаем его с запасом: B = 1,4 (на случай увеличения быстроходности).

По формуле (3.13) рассчитываем силу лобового давления на лопасть

Внутренний радиус ветроколеса м.

Теперь в соответствии с выражением (3.12) находим момент, создаваемый аэродинамической силой при расчетной скорости ветра:

Н·м.

4.3.2. Момент при предельно допустимой скорости ветра

Так как колесо нестабилизируемое, то расчет силы лобового давления на лопасть при предельно допустимой скорости ветра производим по формуле (3.25). Вначале определим величины, входящие в (3.25).

По формуле (3.18) определяем площадь лопасти в плане:

Квадрат относительной величины условного радиуса по (3.17),

о. е.

Сила лобового давления на лопасть при скорости ветра V_{пред.доп} = = 25 м/с по (3.25)

Изгибающий момент от силы лобового давления на лопасть при предельно допустимой скорости ветра

Н·м.

4.4. Момент, создаваемый распределенными центробежными силами, действующими на лопасть при предельно допустимой скорости ветра

В соответствии с (3.27), создаваемый распределенными центробежными силами момент, Н·м,

.

Угол φ — это угол установки корневого сечения лопасти, в соответствии с исходными данными φ = 13˚. Угловая скорость определена в под- разд. 4.2: ω_{пред.доп} = 81,3 с^–1 при предельно допустимой скорости ветра и нестабилизируемом ветроколесе. Из выражений (3.50) и (3.51) имеем величину момента инерции лопасти

,

где S_s = 0,0988K_c, а K_c определяем по (3.48) или (3.49).

Поскольку в данном случае , по формуле (3.49) находим коэффициент K_c, предварительно найдя все входящие в него величины.

Высота лопасти

.

Для

м.

Хорда лопасти у корня

м = 240 мм.

Величина K_c:

,

откуда

S_s = 0,0988K_c = 0,0988·1,118 = 0,1104.

Таким образом, момент инерции лопасти, кг·м²,

.

Теперь рассчитываем создаваемый распределенными центробежными силами момент при предельно допустимой скорости ветра, Н·м,

4.5. Суммарный момент, действующий на лопасть при предельно допустимой скорости ветра

Модуль суммарного момента, в соответствии с (3.52), Н·м,