[...]
Новую конструкцию оснастят специальными элементами, которые позволят без потерь «ловить» сильный морской ветер. Во время шквалов лопатки ротора будут складываться в направлении ветра, чтобы снизить риск поломки.
Ну вот почему бы не повернуть вспять Миссисипи, спрашивается, например?
Давайте подумаем вот о чем. 200-метровый ротор - это 100-метровая лопасть. Солидная такая дура, и тяжелая к тому же. Ее надо изготовить, транспортировать и установить. В открытом море. К тому же в процессе установки лопастей ротор будет неуравновешен, что потребует в местах сочленения закладывать колоссальный запас прочности. С обычными 40-метровыми лопастями - и то геморрой, а тут такая гигантомания.
Но теоретически - это разрешимо. Ставим на писец какую большую баржу Эмпайр Стэйтс Билдинг и с криком Банзай несемся по бурному морю монтировать ветряк прямо из окон пентхауса...
Вызывает вопрос механизм складывания. Во время шквалов. Я как бы ходил под парусом немножко и приблизительно представляю себе это удовольствие. Давайте подумаем вот о чем.
Шквал - скоротечен. Сейчас может дуть ровный сильный ветер, а через пару секунд произойдет "заход" ветра (он резко изменит направление), и его скорость возрастет с "крепко" до "ох нихрена ж себе". В течении короткого периода времени нам надо сложить стометровую дуру, испытывающую сильную ветровую нагрузку. Понятно, что никаких пружинок там не будет - компьютеры, гидравлика и так далее. Мощные компьютеры и чудовищно мощная гидравлика.
Но что делать с моментом вращения?
Шквал чаще бывает в ветренную погоду, значит - ветряк будет работать, крутить лопастями. Если эти лопасти сложить, в силу закона сохранения количества движения скорость вращения будет возрастать. Очень сильно возрастать... То есть если у нас рабочая скорость, например, 60 об/мин (для такого ветряка это очень много), то при складывании мы можем раскрутиться до десятикратного и более номинала - зависит только от соотношения длин и масс нормальной и складной части лопасти. Один только скачок скорости вращения уже способен увеличить нагрузки на подшипники и редуктор вплоть до разрушения.
А что делать с центробежной силой?
Если лопасти будут складываться как на рисунке, то в средних положениях из-за увеличения скорости вращения возрастет центробежная сила. При этом вектор этой силы будет направлен под углом к лопасти, перпендикулярно оси вращения ротора. Соответственно - эта сила начнет изгибать лопасть, то есть лопасть должна будет выдерживать два вида нагрузок - продольную и поперечную. Более того, если я правильно понял, вектор центробежной силы будет обратен силам, действующим на лопасть в нормальном положении. То есть лопасть надо будет делать прочной в двух направлениях.
Но и это еще не все.
Закон рычага имени товарища Архимеда говорит нам, что чем больше плечо действия силы, тем большее абсолютное усилие будет приложено к точке опоры. А точка опоры у нас подшипник. Теперь представляем себе рычаг в виде не очень воздушных по массе 100-метровых лопастей, и все это дурачит на повышенных оборотах и вибрирует... Грубо говоря - там должен быть такой подшипник, чтобы на нем можно было крутить этот самый Эмпайр Стэйтс Билдинг. Вращать, так сказать, вокруг подшипника...
Но и это не конец балета.
Если мы расположим лопасти по потоку, чтобы защитить их от силы ветра, у нас появится новая проблема. Дело в том, что в силу образования вдоль потока вихрей при обтекании поверхности на нее начинает действовать знакопеременная нагрузка. Видели товарищи конструкторы, как во время ветра телепается гордый американский флаг? Вот точно так же и будет телепаться 100-метровая лопасть. Причем в данной конструкции лопасть - это балка, закрепленная с одного конца. Второй телепается свободно. И направление волновых усилий будет переносить импульс к свободному концу лопасти. Когда ковбой щелкает кнутом, легкое движение руки за счет переноса импульса приводит к тому, что кончик кнута преодолевает звуковой барьер.
То есть, сложив лопасти по потоку, мы получим несколько телепающихся 100-метровых тяжеленных дур.
А если резонанс?
Нет, конечно, если американские инженеры создадут надежные 100-метровые лопасти, способные преодолеть все эти прелести - честь им и хвала. Только что-то пока обычные лопасти обычных ветряков периодически ломает ветром. И сделать с этим ничего не могут, потому что иначе лопасти получаются слишком тяжелыми...
Journal information