Расчет прочности, ресурса и других механических показателей узлов ветротурбин

[petruha256]

hecs, начну издалека:
картина такая - подшипники в твоем генераторе расположены на короткой базе, поэтому гироскопический момент при рулении сильно нагружает подшипники.

Загвоздка в том, что мы не знаем с какой скоростью и продолжительностью будет рулить ветряк.

Чтобы хоть от чего-то плясать, я сделал предположение (путем снятия его с потолка) о том, что ветряк непрерывно рулит со скоростью 10 градусов в секунду, что на мой взгляд является весьма плавным движением подруливания на ровном ветру.

Итак - в таком режиме, обычные 202-е подшипники проживут 29800 часов - очень шикарный показатель

если предположить, что средняя скорость руления 20 градусов в секунду, то время жизни уже 12800 часов (раз в год поменять не накладно)

при 30 градусах в секунду - уже всего-навсего 3800 часов - чаще чем дважды в год.

другой вариант - ставим радиально упорные шариковые например 46202
получается следующая картина:
10 градусов в секунду - 103000 часов
20 градусов в секунду - 15200 часов
30 градусов в секунду -4500 часов

третий вариант - роликовые конические 7202
10 градусов в секунду - 355000 часов
20 градусов в секунду - 57500 часов
30 градусов в секунду - 15000 часов

Добавлено через 33 минуты
Дисбаланс винта даже 50 г*м особо картину не портит.
очевидно, что в данной конструкции - разброс скоростей руления критически влияет на долговечность подшипников.
А как посчитать скорость руления и распределение скорости руления по времени и по скоростям ветра - по сути мы ни фига не знаем!!!!!
Но, полагаю, что даже в самом тяжелом случае с родными подшипниками - они не умрут моментально, и по истечении года эксплуатации проведя несколько профилактических осмотров можно принять решение о замене на радиально-упорные шариковые или конические роликовые, которые уж точно проходят достаточно долго.

В случае отрыва лопастей возникающие дополнительные нагрузки не приводят к немедленному выходу из строя подшипников.

Теперь возникает вопрос один из главных вопросов - начерта я это всё писал, если вал сломается намного раньше, чем появится хоть какой-то намек на износ в самом слабом подшипнике.

запас прочности вала при скорости руления 10 градусов - 1,4
при 20 градусах в секунду - 0,78
при 30 градусов в секунду - 0,53

т.е вал при плавном рулении при 6 м/с работает с запасом прочности даже меньшем, чем авиационная норма, а малейшая задержка срабатывания защиты по оборотам или небольшой рывок в сторону со скоростью хотя бы 15 градусов в секунду и от ветряка останутся воспоминания.

теперь к "одному из главных вопросов" - если заменить вал на более толстый, то подшипники будут там жить даже особолегкой серии и даже радиальные достаточно долго.

Добавлено через 7 минут
минимальный диаметр вала, который будет работать в этих условиях, с приемлемыми запасами прочности - 25 мм
а для пущей надежности, поскольку мы не знаем всех исходных по рулевым (гироскопическим нагрузкам) - лучше его сделать из стали 45 и термообработать, или взять диаметр 35 мм.

Добавлено через 11 минут
я вижу такое решение - родной вал выпресоовать/высверлить (в общем извести под корень).

новый вал запрессовать, вкрутить (с одной стороны буртик прижимается к железу статора, с другой стороны гайка)

посадочные места под подшипники вырезать полностью (т.е в торцах корпуса (ротора) генератора вырезать окна около 75 мм диаметром) засверлить 8 отверстий под резьбу м8 на диаметре 90-95 мм.
Выточить новые посадочные в виде фланцев под подшипники особолегкой серии (например 36107 или 46107).
Фланцы крепить по наружной стороне корпуса генератора на 6 болтов - этим еще немного увеличишь базу подшипников.
ничего не мешает предусмотреть посадочные под сальники, подшипники наверняка и обычные 6107 пойдут закрытые радиальные.

[hecs]

Сообщение от petruha256

Теперь возникает вопрос один из главных вопросов - начерта я это всё писал, если вал сломается намного раньше, чем появится хоть какой-то намек на износ в самом слабом подшипнике.

Спасибище огромное. Вал не поменяешь, конструктив не позволят. Ступицу в зубы и к токарю. Хотя по моментам руления есть вопрос: в расчёте ты закладываешь скорость руления, как некую независимую величину, заданную извне. Но в реальности, тот же гироскопический момент будет сопротивляться моменту поворота и принимая во внимание, что хвоста нет, руление может быть гораздо более плавным. Можно оценить поворачивающий момент/парусность винта для косого/бокового ветра?

[petruha256]

Сообщение от hecs

Но в реальности, тот же гироскопический момент будет сопротивляться моменту поворота и принимая во внимание, что хвоста нет, руление может быть гораздо более плавным.

Это распространенное заблуждение.
Для поворота оси вращения вращающегося в опорах ротора не нужно совершать работу, т.е. поворот дается бесплатно с любой скоростью, при этом в опорах возникает реакция, которая зависит от параметров ротора и скорости поворота.
и наоботор, действуя реактивным моментом на опоры ротора мы заставляем его поворачиваться в перпендикулярной плоскости со скоростью прецесии.

Скорость будет зависеть только от аэродинамических параметров ветряка и от свойств потока.

В том то и проблема, что каким будет руление - можно только догадываться, либо попытаться найти источник информации по этому вопросу. пытаться что-то рассчитать - я даже не представляю с какой стороны к этому вопросу подъезжать

Добавлено через 8 минут

Сообщение от hecs

Вал не поменяешь, конструктив не позволят. Ступицу в зубы и к токарю.

Разбирай генератор и фото сюда, посмотрим на то, что с ним можно сделать.

а со ступицей что?
что она даст, если ты вал оставишь тот же? сломается вал с внутренней стороны генератора возле подшипника.
какой подшипник в ступице стоит?

[hecs]

Сообщение от petruha256

Для поворота оси вращения вращающегося в опорах ротора не нужно совершать работу, т.е. поворот дается бесплатно с любой скоростью, при этом в опорах возникает реакция, которая зависит от параметров ротора и скорости поворота.

А если опоры сделать подвижными, позволив ротору изменять положение и подпружинить его, что будет совершать работу изменения положения ротора? Почему разворачивая вращающееся колесо испытываешь сопротивление, или это сопротивление не развороту а сохранению вертикального положения?

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от petruha256

Разбирай генератор и фото сюда, посмотрим на то, что с ним можно сделать.

http://windpower-russia.ru/showpost....39&postcount=2

Добавлено через 5 минут

Сообщение от petruha256

а со ступицей что? что она даст, если ты вал оставишь тот же? сломается вал с внутренней стороны генератора возле подшипника.

Я нарежу резьбу во фланце ступицы и закручу в неё генератор, ось свободно пройдёт насквозь и зафиксируется от вращения. Махи приварю прямо к фланцу. Ни ось, ни генератор не будут испытывать никаких нагрузок, кроме реактивного момента на валу.

Добавлено через 8 минут
Кстати, а какого диаметра винт можно крепить за ось на прямую, или до каких оборотов раскручивать этот?

[petruha256]

Сообщение от hecs

А если опоры сделать подвижными, позволив ротору изменять положение и подпружинить его, что будет совершать работу изменения положения ротора? Почему разворачивая вращающееся колесо испытываешь сопротивление, или это сопротивление не развороту а сохранению вертикального положения?

Всё правильно, это будет работать как сглаживающая емкость, которая эффективна до тех пор, пока не наполнится - т.е. пока не упрется в ограничение. т.е. от гироскопического момента при мелких рысканиях можно в значительной степени избавится.

про велик - переверни, зафиксируй раму, раскрути колесо и поверни руль - поворачивается без малейшего сопротивления пока вилка жестко стоит в подшипниках.

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от hecs

http://windpower-russia.ru/showpost....39&postcount=2

Да, случай тяжелый, замену вала в такой ситуации можно рассматривать разве как крайний вариант.

Сообщение от hecs

Я нарежу резьбу во фланце ступицы и закручу в неё генератор, ось свободно пройдёт насквозь и зафиксируется от вращения. Махи приварю прямо к фланцу. Ни ось, ни генератор не будут испытывать никаких нагрузок, кроме реактивного момента на валу.

Кстати, а какого диаметра винт можно крепить за ось на прямую, или до каких оборотов раскручивать этот?

Почти понял идею (суть понял, не понятны детали) - схемку не набросаешь?

На эту ось я бы осмелился поставить двухметровый трехлопастник - не более.
А этот вообще на 15 мм оси лучше не крутить, он даже на 5 м/с имеет недостаточный запас прочности.

Ранее озвучивалась цифра - диаметр вала = 1/80 диаметра винта
- от себя скажу, что это с ооочень шорошим запасом, в большинстве случаев можно тоньше..

[hecs]

Сообщение от petruha256

Почти понял идею (суть понял, не понятны детали) - схемку не набросаешь?

Как то так

[hecs]

Сообщение от petruha256

Ранее озвучивалась цифра - диаметр вала = 1/80 диаметра винта

А то что ось не вращающаяся разве не влияет? Я так понимаю, что при рулении на ось действует момент равный аэродинамическому в корне лопасти, вниз или вверх в зависимости от направления руления. Сколько предел для неё?

[petruha256]

Сообщение от hecs

Как то так

Что внутри ступицы?

Добавлено через 13 минут

Сообщение от hecs

А то что ось не вращающаяся разве не влияет? Я так понимаю, что при рулении на ось действует момент равный аэродинамическому в корне лопасти, вниз или вверх в зависимости от направления руления. Сколько предел для неё?

Нет, действует момент гироскопический от верхней и от нижней лопасти.
в зависимости от направления руления - от верхней лопасти - вперед, от нижней назад, они суммируются.

то, что ось не вращается делает коэффициент асимметрии цикла нагружения равным 0, вместо -1, что несколько дольше позволит прожить при работе на выносливость,
но при работе на несущую способность - роли не играет.


предел изгибающего момента для 15 мм оси 70 н*м (по 35 от каждой лопасти) это появление пластических деформаций.

Чуть больше (допустим 75) - отломитя в течение нескольких минут.
Запас прочности нужен не менее 1,5 для случая, когда мы точно знаем характер и значения нагрузок.
т.е 46,7 н*м или по 23,3 н*м с каждой лопасти. Но к сожалению это не наш случай. я бы пятерку коэффициент для опытного образца закладывал.

Добавлено через 10 минут
Ка я понимаю применение ступицы - через ступицу надо протащить ось 35 мм, пара подшипников 107 на базе не менее 50 мм.
в оси отверстие 16 мм, в которое вставить ось от МК, ось МК должна быть разгружена от изгибающего момента, т.е фиксация оси должна быть несколько податливой.
Я правильно понимаю?
Родной подшипник в ступице какой?

[hecs]

Сообщение от petruha256

Ка я понимаю применение ступицы - через ступицу надо протащить ось 35 мм, пара подшипников 107 на базе не менее 50 мм. в оси отверстие 16 мм, в которое вставить ось от МК, ось МК должна быть разгружена от изгибающего момента, т.е фиксация оси должна быть несколько податливой. Я правильно понимаю? Родной подшипник в ступице какой?

Ступица та, что на фотке страницей раньше. Там сдвоенный подшипник, шариковый или роликовый не знаю. Корпус ступицы - наружная обойма, во внутреннюю запрессован фланец с отверстием внутри. Диаметр отверстия кажется 30мм. Внутренняя резьба нарезается со стороны фланца, в неё вкручивается корпус генератора. Ось выходит с противоположного конца фланца и фиксируется. Да фиксировать надо с небольшой свободой. Точные габариты ступицы сейчас не скажу, в сарай идти надо...

[petruha256]

Т.е. ось - часть фланца, изготовленная заодно, и поскольку отверстие 30 мм, то ось, соответственно толще?
про подшипник - или марку или диаметр внутр/нар + ширина.