РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЛОПАСТИ ВЕТРОКОЛЕСА

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 c₀; относительная толщина профиля у корня  и у периферии . Форма профиля лопасти — профиль типа «Эсперо». Форма лопасти в плане — прямое крыло трапециевидной формы.

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 a 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 M ц.с, момента аэроди-

намических сил M_a 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.

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

Масса лопасти

Рассмотрим вариант сплошной лопасти с плотностью r _лоп.

В этом случае масса лопасти

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