Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ У11ИВЕРСИТЕТ

В. В. Елистратов И. А. Константинов А. А. Панфилов

НАГРУЗКИ НА ЭЛЕМЕНТЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, НА ЕЕ ФУНДАМЕНТ И ОСНОВАНИЕ

Учебное пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГТУ

199

9Ел истратов В. В, Константинов И. А., Панфилов А. А. Нагрузки на элементы ветроэнергетической установки, на ее фундамент и основание: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 38 с.

Пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины “Возобновляемые источники энергии” направления инженерной подготовки специальности 100900 “Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии”.

Для ветроэнергетических установок (ВЭУ) башенного типа с горизонтальной осью вращения рассмотрена методика подсчета постоянных нагрузок в виде собственного веса элементов ВЭУ, ветровых нагрузок на ветроколесо (ВК) и башню, динамической нагрузки, действующей на ступицу ВК и связанной с дисбалансом массы В К по отношению к оси вращения, и друг их нагрузок.

Предназначено для студентов 5-го и 6-го курсов инженерно-строительного факультета указанной выше специальности.

Табл. 6. Ил. 12. Библиогр.: 15 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербург­ского государственного технического университета.

© Санкт-Петербургский

государственный технический университет, 199

НАГРУЗКИ НА ЭЛЕМЕНТЫ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, НА ЕЕ ФУНДАМЕНТ И ОСНОВАНИЕ 1

Р,Р = 1.05Р“_К. (2.2) 6

р;_р=%_ра+к_э). (2.12) 11

(2.20) 12

v К = К ■ *)К = К^+ру^рЛ^; 2

V р' = < + Р1ф + Pf,_p - 6) Ml = Ml. 2

рР_м= О, рР_ц = ± 18.4 кН; 11

З.б. Ветровая нагрузка на башню 14

3.7. Нагрузки на фундамент 19

Проектирование элементов системы “ВЭУ-фундамент-основание” связано с необходимостью выполнения различных требований, предъявляемых к ее элементам [1-12], в том числе по статической прочности и устойчивости; выносливости; жесткости.

Для создания системы, удовлетворяющей этим требованиям, необходимо проведение ряда статических и динамических расчетов. Изучение методики таких расчетов для системы “ВЭУ-фундамент-основание” предусмотрено в учебных планах кафедры “Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика” инженерно-строительного факультета СПбГТУ для специальности 100900 “Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии”. Однако учебной литературы по этим вопросам недостаточно. В связи с этим, авторский коллектив (В. В. Елистратов, А. А. Панфилов - кафедра “Возобновляющиеся источники энергии и гидроэнергетика” и И. А. Константинов - кафедра “Строительная механика и теория упругости”) для студентов указанной специальности предполагает выпустить учебные пособия:

1. .’’Нагрузки на элементы ветроэнергетической установки, на ее фундамент и основание”;

2. ”Динамические расчеты системы «ветроэнергетическая установка- фундамент-основание»”;

3. “Расчет фундаментов ветроэнергетических установок”;

4. “Расчет свайных фундаментов ветроэнергетических установок на вечномерзлых грунтах”.

Эти пособия ориентированы на ветроэнергетические установки башенного типа с горизонтальной осью вращения ветроколеса, поскольку именно они нашли в настоящее время наибольшее применение [13,14].

1. Данное издание является первым из указанной серии учебных пособий. В нем рассмотрена методика определения ветровых и других нагрузок на элементы ВЭУ, на ее фундамент и основание и дан соответствующий пример расчета.ЭЛЕМЕНТЫ СООРУЖЕНИЯ. НАГРУЗКИ, ИХ РАСЧЕТНЫЕ ВАРИАНТЫ И СОЧЕТАНИЯ

   1. Краткое описание элементов сооружения

ВЭУ является надфундаментной частью сооружения и состоит (рис. 1.1) из гондолы (1) с ветроколесом (2) и несущей их башни (3). Внизу башня крепится анкерными болтами к так называемой привалочной плоскости (4) фундамента (5).

Ветроколесо (ВК) имеет две или три (см. рис. J.1) лопасти и часто (из аэродинамических соображений) ось вращения, наклоненную к горизонту на небольшой угол 3 (для ВЭУ “Радуга-1” мощностью 1000 кВт 5 - 5° ).

Гондола (рис. 1.2) представляет собой капсулу, в которой располагаются вал ветроколеса и его опорная конструкция, мультипликатор (редуктор), генератор и элементы их крепления, другое оборудование и приборы. Гондола при изменении направления ветра поворачивается вокруг вертикальной оси, совпадающей с осью башни.

Башня ВЭУ обычно имеет вид трубы (металлической, железобетонной или из других материалов) [13,14]. Часто башню, для удобства транспортировки и монтажа выполняют из нескольких, чаще всего трех, секций.

Фундамент ВЭУ железобетонный. Обычно он имеет вид плиты, опирающейся на грунтовое или свайное основание. В последнем случае сваи заделываются в плиту (ростверк). Наиболее рациональной (по условиям работы) является круглая в плане форма плиты. Для упрощения производства фундамента часто используют плиты квадратной в плане формы

2. Нагрузки, действующие на элементы сооружения

Нагрузки, действующие на элементы сооружения, классифицируются в соответствии со СНиП [1].

Постоянные нагрузки

П1. Собственный вес эле меню в надфундаментной части сооружения.

П2. Собственный вес фундамента.

ПЗ. Давление грунта засыпки и воды (при наличии грунтовых вод) на поверхности фундамента

.

Временные нагрузки

Ветровая нагрузка на ветроколесо, гондолу и башню ВЭУ и динамические нагрузки, связанные с вращением ветроколеса, относятся к длительным временным нагрузкам. Снеговая нагрузка на гондолу может быть отнесена как к разряду длительных, так и кратковременных нагрузок [1].

В соответствии с принятой методикой практических расчетов [1,2] ветровая нагрузка подсчитывается как сумма статической (средней) и динамической (пульсационной) составляющих. В рассмотренных далее расчетных вариантах и сочетаниях нагрузок учитываются следующие ветровые воздействия.

В1. Ветровое воздействие на элементы ВЭУ (ВК, гондолу и башню) при вращающемся ВК и расчетной (по мощности ВЭУ) скорости ветра двух видов:

а) с учетом пульсационной составляющей ветрового давления;

б) без учета пульсационной составляющей ветрового давления.

В2. Ветровое воздействие на элементы ВЭУ при максимальном значении скорости ветра без учета пульсационной составляющей ветрового давления. Основная ветровая нагрузка в этом случае приходится на башню. По сравнению с ней ветровая нагрузка на ветроколесо незначительна, так как обычно при скорости ветра 25 м/с и более предусмотрена его остановка.

Методике подсчета постоянных и временных нагрузок посвящен разд.2 данного пособия.

Особые нагрузки

Некоторые временные нагрузки относятся к разряду особых нагрузок. Для ВЭУ особой является нагрузка от сейсмического воздействия, определяемая в соответствии со СНиП [4]. Расчет ВЭУ на сейсмическое воздействие связан с динамическими расчетами сооружения, поэтому методика определения сейсмических нагрузок рассматривается в учебном пособии [15J.