Посвящено "памяти" лопастей ветрогенератора с фото, ниже.
На фотографии, двухлопастной пропеллер диаметром 1,3 метра, который разбился о мачту в момент резкой смены направления ветра. И не так важно какой он был хороший, как то, от чего это произошло. Об этом, дальше.
Гироскопический момент или Кориолис?
Не так важно чем отличается ускорение Кориолиса от гироскопического момента, как то, как они возникают и как работают.
Представим, что Вы стоите на большом, медленно вращающемся диске, спиной к центру вращения. От центра, по радиусу, проведена линия на которой Вы стоите. Конечно, центростемительное ускорение заставляет Вас стоять немного наклонившись в сторону центра вращения. Предположим, что диск вращается против часовой стрелки (по левую руку). Теперь задача. Преместится на один шаг,по линии радиуса, от центра к переферии. Традиционно, мы делаем шаг и ... попадаем в точку, которая находится немного правее. По русски это будет называться - "Немного сностит в сторону". Так вот. Это "немного сносит" вызвано силой, которую рождает ускорение Кориолиса.
Физически, Вы, с массой m, вращаясь на радиусе r имеете кинетическую энергию m*V*V/2, где V - произведение угловой скорости на радиус. Что бы переместиться на больший радиус, где скорость выше, необходимо увеличить свою кинетическую энергию или скорость, то есть, сделать шаг в сторону направления вращения.
Таким образом, ускрение Кориолиса появляется, когда при вращении, масса перемещается вдоль радиуса.
Во вращающемся роторе ветроколеса - ничего не пермемещается по радиусу, все массы остаются на своем месте. Поэтому есть смысл говорить о гироскопическом моменте. Суть последнего заключается в том, что жесткий маховик, вращающийся с большой скоростью, старается сохранить свое положение относительно звездной системы координат. Всем попыткам изменить направление оси вращения - он сопротивляется.
В случае ветроколеса, речь идет о деформирующимся маховике,
относительно легко меняющем свою форму. Рассматривать теорию никто не
будет, а эксперимент, моделирующий это процесс - сделаем. Для этого,
возьмем нитку, привяжем к ней очень маленький грузик и начнем вращать в
плоскости, перед собой. Теперь, попробуем поменять направление оси
вращения повернувшись в право или влево. При этом, плоскость вращения
наклонится к Вам или от Вас. Не переусердствуйте. При резком повороте,
грузик, наверняка стукнет Вас по голове или ногам. Кроме того, плоскоть
вращения грузика отстает от истинной плоскости вращения (которую Вы
задаете рукой).
Как решается проблема в промышленных ветроустановках.
Данные снимаются с
анемометра (чашечного) и небольшой флюгера, которые обязательно
присутствуют на задней части гондолы ветряка.
Промышленные ветрогенераторы имеют длину каждой лопасти от 9 до 40 (60) метров. О гироскопическом моменте, который возникает от вращения такого «маховика» можно только догадываться.
Решение проблемы для небольших ветроустановок.
Для малых, флюгирующих ветряков, эта проблема решается по разному. К примеру, для двух ветряков слева ограничена скорость поворота. Второй внизу - применена поглощающая втулка между ветроколесом и осью генератора. Третий внизу - разделены хвостовое оперение и блок генератора. Третий сверху - блок генератора находится на отдельной подвеске с одной степенью свободы. В середине - комбинация нескольких предыдущих способов компенсации / поглощения.
А второй ветряк сверху - не имеет никакой компенсации и свободно вращается относительно вертикальной оси. Что бы лопасти не разбивались о мачту, ось вращения ветроколеса поднята на 12 градусов. Он используется для критических экспериментов. Фото было сделано в момент, когда развалилась втулка крепления лопастей.
В шести ветрогенераторах из семи, проблема гироскопического момента решена, хоть и разными способами.
***Страница не закончена. Ее часть перенесена сюда.
_