3. Расчетные варианты и сочетания нагрузок

При проектировании ВЭУ и фундамента, а также при расчете основания предъявляются различные требования [1-12], в том числе по статической прочности и устойчивости, выносливости, жесткости.

Расчет на статическую прочность я устойчивость производится на действие статических нагрузок и статических эквивалентов динамических нагрузок (статически эквивалентные нагрузки) [1-4] для следующих расчетных вариантов.

А1. Эксплуатационный (“Рабочий режим”). Основное сочетание постоянных (Ш, П2, ПЗ) и временных (снеговой, инерционных и ветровой вида В1,а) нагрузок.

А2. Действие ветра с максимальной скоростью (“Буря”). Ветроколесо остановлено. Сочетание постоянных (П1, П2, ПЗ) и временной (ветровой вида В2) нагрузок.

АЗ. Сейсмическое воздействие (“Сейсм”). Особое сочетание постоянных (П1, П2, ПЗ), временных (инерционных и ветровой вида В1,б) и сейсмической нагрузок.

Для постоянных и временных нагрузок сначала определяют их нормативные значения. Расчетные значения этих нагрузок получают умножением их нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке у у:

для постоянных нагрузок у г — 1.05,

для статически эквивалентных ветровых, а также для снеговой нагрузок

Yf = 1-4.

Расчетные сейсмические нагрузки находят по методике, изложенной в СНиП [4].

Суммирование нагрузок в особом сочетании выполняют с учетом коэффициентов сочетаний п_с:

для постоянных нагрузок п_с=0.9;

для временных - п_с =0.8;

для особых -и_с=1.0.

При расчете на выносливость рассматривается только эксплуатационный вариант Б1( по аналогии с А1). В отличие от варианта А1, при расчете на выносливость динамические составляющие нагрузки (В1,а) в варианте Б1 не приводятся к статически эквивалентным нагрузкам, а задаются как функции от времени.

Коэффициент наделшости для динамических нагрузок принимается равным единице {у, = 1.0 ).

Цель расчета на жесткость - обеспечение таких перемещений ВЭУ и ее элементов, при которых собственные частоты колебаний ВЭУ и ее элементов находятся вне зон резонанса при действующих динамических нагрузках [15], а сами перемещения сооружения, в частности, осадка и крен фундамента ВЭУ, не превышают допустимых значений. Расчет осадки и крена фундамента выполняется для сочетаний нагрузок в вариантах А1 и А2, Методика их определения будет рассмотрена в третьем и четвертом (см. предисловие) учебных пособиях.

2. Определение постоянных и временных нагрузок на элементы вэу, на ее фундамент и основание

В данной главе приводятся формулы для определения постоянных и временных нагрузок на элементы системы для всех расчетных вариантов, указанных в разд. 1.3.

2.1. Нагрузки для расчета на статическую прочность

и устойчивость

1. Определение нагрузок, действующих на гондолу вэу через ступицу вк

На рис.2.1 изображена схема трех систем координат, в которых выполнен подсчет усилий, действующих со стороны ВК на гондолу :

система координатных осей x,y,z с началом координат в точке О_р

пересечения оси вала ротора (ось х_р) с плоскостью вращения ВК,

система координатных осей х^у _t<z ₁ с началом координат в точке О пересечения оси вала ротора (ось х_} совпадает с осью х ) с осью башни;

система координатных осей x,y,z с началом координат в той же точке

О. При этом оси х и z горизонтальны. Ось z совпадает с осью Z\.

Ось ВК, совпадающая с осью х_р и осью х?. наклонена к горизонгу (оси jc ) на угол б. Угол в обозначает угол наклона оси лопасти ВК к оси у_ру перпендикулярной оси вращения ВК. Угол <р_я является уголом поворота

лопасти вокруг ее продольной оси. Там же отмечен угол у/ между

направлением ветра и осью х в горизонтальной плоскости ху.

Положительные направления сил и моментов, приведенных к началу координат О_р и началу координат О, показаны на рис, 2.2.

Все нагрузки, действующие через ступицу ВК на гондолу (точка О_р), зависят от указанных углов. С соответствующими зависимостями можно познакомиться, например, в работе [3].

Поскольку в реальных конструкциях углы 8 и в малы, с целью облегчения расчетов нагрузок на фундамент ВЭУ при выполнении учащимися курсовых работ и проектов будем принимать д = в = 0. Кроме того, будем полагать, что направление ветра на ВК точно совпадает с осью jc, те. (см. рис.2.1) ц/= 0. При этом будут учитываться только следующие основные

нагрузки, передающиеся на гондолу через ступицу ВК.

Собственный вес ВК

Нормативное значение силы собственного веса ВК определяется по формуле

Р_вк - ^твк8» (2.1)

где т_вк -масса ветроколеса, g - ускорение свободного падения тел.

Расчетное значение силы собственного веса ВК получают умножением нормативного значения силы на коэффициент надежности у * = 1.05:

Р,Р = 1.05Р“_К. (2.2)

Составляющие ветровой нагрузки

Формулы для определения составляющих ветровой нагрузки взяты из работы [3]. Они соответствуют методике, изложенной в СНиП [1J и справочнике по динамике сооружений [2].

1. Равнодействующая лобового давления ветра на ВК, отнесенная к его ступице и действующая вдоль оси ВК (ось х_р, совпадающая с осью хД

Указанная нагрузка складывается из статической составляющей Р^с , связанной

^хр

со средней (постоянной) скоростью ветра, и из динамической составляющей Р , связанной с пульсациями скорости ветра. При расчетах на статическую

^хр

прочность и устойчивость составляющая Р приводится к эквивалентной

^хр

статической нагрузке Р^э . Поэтому

^хр

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