Расчет на прочность лопасти ветроколеса.

4.1. Исходные данные.

- диаметр ветроколеса D=5,911м

- относительный внутренний радиус ветроколеса

- длина лопасти i=2,364м

- 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 (будет выполнена из стеклопласта)

- число лопастей: i_л=2

- тип профиля – «эсперо»

- предельно допустимая скорость ветра: V_{пред доп}=27 м/с

- максимальный коэффициент подъемной силы:

- материал трубы маха: сталь 20

- расчетная скорость ветра: V=10,3 м/с

- коэффициент быстроходности в рабочей точке характеристики ветроустановки Z=7

- плотность воздуха:

 

4.2. Центробежная сила, действующая на лопасть.

Расположение центра тяжести ВК:

Частота вращения ВК:

об/мин

Угловая скорость ВК

c^-1

Площадь профиля лопасти у корня:

м

Масса лопастей:

Центробежная сила, действующая на лопасть:

Н

 

4.3. Момент, создаваемый аэродинамической силой.

4.3.1. Момент при расчетной скорости ветра.

Относительный радиус парусности:

м

Сила лобового давления на лопасть:

Н

Момент, создаваемый аэродинамической силой при расчетной скорости ветра:

4.3.2. Момент при предельно допустимой скорости ветра.

Площадь лопасти в плане:

м²

 

Квадрат относительной величины условного радиуса:

Сила лобового давления на лопасть при скорости ветра V_{пред доп} =27 м/с

Изгибающий момент при предельно допустимой скорости ветра:

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

Высота лопасти:

Для

м

Хорда лопасти у корня

м или 639 мм

Величина

Откуда

S_s=0,0988К_с=0,0988*1,104=0,109

Таким образом, момент инерции лопасти

кгм²

Момент при предельно допустимой скорости ветра:

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

Нм

 

 

4.6. Выбор диаметра трубы маха

Задаемся запасом прочности

Предельные напряжения

Число

При М_{пр доп}=9018,047 Нм

м

Сравним с максимальной толщиной корневого сечения

С_max=c_maxb_корн=0,179*0,126=0,039м

Видим что

Для уменьшения берем сталь с более высоким предельно допустимым напряжением

м

Можно сделать 28% профиль в сечении.

С_max=0,28b_корн=0,28*0,216=0,061м

D_тр=76мм

 

4.7. Напряжение на отрыв лопасти от центробежной силы.

Площадь сечения трубы маха лопасти

Напряжение на отрыв:

Па = 28,96 МПа

 

4.8. Напряжение от изгибающего момента в опасном сечении.

Момент сопротивления изгибу сечения трубы маха

м³

Напряжение от изгибающего момента

= 297,3615 МПа

 

4.9. Суммарное напряжение в опасном сечении

σ_сум=σ_изг+σ_отр=28,96+297,3615=326,324 МПа

 

4.10. Сравнение суммарного напряжения с предельно допустимым

 

Вывод: при предельно допустимой скорости ветра V _{пред доп} = 27 м/с данная конструкция лопасти напряжение выдержит.