ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ СИЛЫ
Рассмотрим некоторое сечение лопасти, масса которой равна М. Вес лопасти Mg (g — ускорение свободного падения). Центробежная сила, действующая на сечение при вращении ветроколеса,
|
<----- Тг—-> |
Рис. 13.24. Две ветротурурбины, имеющие одинаковую ометаемую плошадь и разные значения относительного удлинения лопастей
Отношение центробежной силы к весу
|
(58) |
F^_ roV
|
g |
W
В ветроколесе, вращающемся с частотой 100 об/мин (о) = 10,5 рад/с), на сечение лопасти действует центробежная сила, которая в 55 раз больше его веса, что нельзя не учитывать при проектировании ветротурбин. Встает вопрос, как влияет относительное удлинение лопастей на центробежные силы? Сравним две ветротурбины с одинаковыми ометаемыми площадями. В том случае, если они имеют одинаковую компактность и в их лопастях используются одинаковые профили, эти ветроколеса при одинаковом отношении U/Vбудут вырабатывать одинаковую мощность. Если они имеют разное относительное удлинение, то должно выполняться соотношение
|
(59) (60) |
Г Н - Г2^2 ■
Центробежная сила на единицу длины лопасти
„ MU1
где М — удельная масса лопасти (кг/м). Отношение центробежных сил этих ветроколес
|
(61) |
М>2
|
с2 |
М2Г
Если считать лопасти ветроколес сплошными (без внутренних полостей), то удельную массу лопасти (приведенную к единице длины) можно считать пропорциональной квадрату хорды лопасти К. В более общем случае
где а — показатель степени, зависящий от конструкции ветроколеса. Отсюда
I/o
(63)
Так как ветротурбины имеют одинаковую компактность NK/2r, то
|
(64) |
1/с АГ / - Л/а
2г Ъ ) 2г2 Ъ )
|
(65) |
Ml
|
Nh |
М-,
а-1
|
N-, |
|
с2 |
(66)
и если ветротурбины имеют одинаковое число лопастей, то
|
а-1 |
|
(67) |
ЕсL Fcl
Из приведенных формул следует, что при любом а > 1, чем больше радиус, тем больше центробежная сила, действующая на лопасть. В реальных конструкциях уменьшить значение показателя а сложно, в связи с чем предпочтение отдается увеличению относительного удлинения.
Наличие больших центробежных сил в ветроколесе типа «Гиромилл» является большой проблемой при его проектировании. Однако этих проблем в верти - кально-осевых машинах можно избежать, если использовать ротор типа Дарье яйцеобразной формы (см. п. 13.2.2).
