Расчет на прочность лопасти ветроколеса
4.1. Исходные данные расчета на прочность лопасти
Большинство исходных данных для расчета лопасти на прочность являются результатом аэродинамического расчета лопасти. К исходным данным расчета на прочность относятся:
- Диаметр ветроколеса D = 9.95 м
-
относительный внутренний радиус
ветроколеса
-
длина лопасти -
- относительная хорда корневого сечения лопасти в долях радиуса -
-
относительная хорда периферийного
сечения лопасти в долях радиуса
- относительная толщина профиля корневого сечения лопасти
-
относительная толщина профиля среднего
сечения лопасти
-
угол установки профиля корневого
сечения
-
плотность материала лопасти (предполагаем,
что лопасть будет выполнена из
стеклопластика)
-
число лопастей
- тип профиля лопасти - Clark-YH-8%
-
предельно
допустимая скорость ветра
-
максимальный
коэффициент подъемной силы
- материал трубы маха - сталь легированная хромистая марки 20Х
-
расчетная скорость ветра -
-
коэффициент быстроходности -
-
плотность воздуха
4.2. Центробежная сила, действующая на лопасть при предельно допустимой скорости ветра
Рассчитываем радиус расположения центра тяжести лопасти:
Определяем частоту вращения ветроколеса:
тогда угловая скорость ветроколеса
По
соотношению (3.3) находим площадь профиля
лопасти у корня:
тогда масса лопасти (см. выражение (3.4))
Теперь по формуле (3.6) рассчитываем центробежную силу, действующую на лопасть:
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 = 5.7
относительный радиус парусности
Для заданных геометрических размеров ветроколеса D = 19,9 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
По формуле (3.13) рассчитываем силу лобового давления на лопасть:
Внутренний радиус ветроколеса
Теперь в соответствии с выражением (3.12) находим момент, создаваемый аэродинамической силой при расчетной скорости ветра:
По формуле (3.18) определяем площадь лопасти в плане:
Квадрат относительной величины условного радиуса по (3.17)
Сила лобового давления на лопасть при скорости ветра Vпред.доп=18 м/с по (3.25)
Изгибающий момент от силы лобового давления на лопасть при предельно допустимой скорости ветра
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
Где
Где
а
коэффициент
находим по формуле (3.49)
Хорда лопасти корня
Таким образом, момент инерции лопасти, кг·м2
Теперь рассчитываем создаваемый распределенными центробежными силами момент при предельно допустимой скорости ветра:
