3.7. Нагрузки на фундамент 19

Известно, что этот коэффициент зависит от угла наклона направления ветра по отношению к лопастям ВК, быстроходности ВК и вида профиля лопасти [13]. В качестве примера приведем взятую из работы [3] формулу для определения указанного коэффициента для ВК типа “Радуга-1”, разработанного в МКБ “Радуга’¹:

с_х {Z,<p_n. ,6,6,у/) = с* (Z,<р_л,)cos² (S + в)к_с(^). (2.5)

Р РГрафик для коэффициента к_с(у)^ отражающего влияние угла наклона

направления ветра по отношению к оси х, приведен на рис.2.3. При S ~0=y~ 0 получим

Изменение величины с в зависимости от быстроходности ВК

Z = a)_BKR / V_p (2.7)

(о)_м - угловая частота вращения ВК. Я—радиус ВК, м; V_p ~ расчетная по мощности ВЭУ скорость ветра, м/с ) и от угла поворота <р_я лопасти показано на рис.2.4.

Для жбстколопастных ВК угол <р_л имеет одно значение,

соответствующее конкретному типу ВК (2 -3° для некоторых зарубежных ВК, 5 -6° для ВК, разработанных в нашей стране), поэтому вместо графиков, приведенных на рис.2.4, будет одна кривая с_х (Z).

Р

Величина q в (2.4) представляет собой скоростной напор ветра и определяется по формуле

<7 = 0.5 р К;, (2.8)

где р - плотность воздуха. Полагая р= 0.121 кгс-с/м⁴, вместо (2.8) принимают [2]

q = Vp /16 кгс/м² = 0.625Па (2.9)

(здесь и далее, для упрощения расчетов принимаем 1 кгс = 9.81 Па * 10 Па ).

Величина S=ffR ъ (2.4) представляет собой так называемую “ометаемую” площадь ветроколеса.

Нормативное значение статически эквивалентной сосгавляющей Р* в

г

соответствии с рекомендациями п.6.7 СНнП f 1 ] выражается через нормативное значение статической составляющей Р^с в виде

^хр

Р* =Р^ск_э, (2.10)

^лр ^хр

где к_э~ коэффициент эквивалентности, который по СНиП [I] зависиг от

значений часто) собственных колебаний системы “ВЭУ-фундамент”, колеблющейся на грунтовом основании, значения коэффициента С, пульсаций

давления ветра на уровне z (см. табл.7 СНиП [1]) и от коэффициента v пространственной корреляции пульсаций давления ветра, определяемого в соответствии с указаниями п.6.9 СНиП [1]

При подсчете ветровой нагрузки на сооружения башенного типа с высотой не более 150 м (обычно ВЭУ имеет меньшую высоту) допускаегся

учитывать только колебания по основному (первому) тону [2]. В этом случае можно принять

^кэ = tlC^v> (2-11)

где £] - коэффициент динамичности, для нахождения которого по графику, приведенному на рис.2 СНиП [1], требуется знать первую собственную частоту колебаний системы “ВЭУ-фундамент”. Определение величин С, и у

производится в соответствии с указаниями разд.6 СНиП [1].

С учетом (2.10) равенство (2.3) может быть представлено в виде

р;_р=%_ра+к_э). (2.12)

Выражение (2.12) используется только для расчетного варианта А1 (см. разд.1.2). В варианте А2 (“Буря”) ветроколесо остановлено, а его лопасти, если это предусмотрено конструкцией, находятся во флюгерном положении. Тогда приближенно считают

Р^с =0, Р^э =0 и Р^н =0. (2.13)

^Х_Р х_р х_р ^v '

В расчетном варианте АЗ (“Сейсм”) пульсационная составляющая ветровой нагрузки не учитывается, поэтому к_э = 0 и Р^н =Р° (при расчетной

^хр ^хр

по мощности ВЭУ скорости ветра).

Расчетное значение равнодействующей лобового ветрового давления на

ступицу ветроколеса получают умножением нормативного значения Р% на коэффициент надежности по нагрузке у*= 1.4:

Р^р = 1 АР? . (2.14)

Хр р

2.Момент на валу ветроколеса (момент относительно оси x_p — x_h см.

рис.2.1- 2.2). Методика его подсчета аналогична методике, рассмотренной для лобового ветрового давления на ВК.

Сначала определяется статическая составляющая этого момента:

М^с =М^С =т_х qSR. (2.15)

х_р х, р

Здесь т_х - аэродинамический коэффициент, определяемый из выражения

^тх = <Рн)^cos2(8 + в)к_т(И- (²-1⁶)

р р

ж

Изменение величины т_х (Z, <р_л ) в зависимости от изменения величин 2

и (р_л для ВК ВЭУ “Радуга-1” показано на рис. 2.5.

График к_т(ц/) изображен вместе с графиком к_с(\у) (см. рис.2.3).

Затем по формуле, аналогичной (2.10), находят статический эквивалент его динамической составляющей и по формулам, аналогичным (2.12) и (2.14V- соответственно суммарное нормативное и окончательное расчетное значения.

Будем полагать, что ВК вращается ко часовой стрелке (см. рис. 2.1). Тогда при принятых на рис.2.2 положительных направлениях моментов относительно координатных осей момент на валу будет иметь знак “минус”.

Инерционные нагрузки, связанные с вращением ВК

1. Гироскопический момент, действующий со стороны ВК на гондолу.

Гироскопическии момент возникает при вращающемся ВК и вращающейся вокруг оси z гондоле (при выравнивании положения ВК прямо против направления ветра) и действует (см, рис. 2.2) относительно оси у. Нормативное значение этого момента для трехлопастного колеса, являющегося симметричным гироскопом, определяют по формуле

где со _зк - номинальная угловая скорость вращения ветроколеса, рад/с; со, -

угловая скорость вращения гондолы вокруг оси z (см. рис. 2.2); в_зк~ полярный

момент инерции ветроколеса относительно оси его вращения. Для трехлопастного ВК

(2.18)

где в_{0 ч} - момент инерции массы лопасти относительно оси, проходящей через

ц ентр масс перпендикулярно плоскости лопасти. Как показали расчеты для лопасти ВЭУ “Радуга-1 ” [3], эта величина мала по сравнению со вторым слагаемым в выражении (2.18). Поэтому приближенно принимают

(2.19)

где г_ц - расстояние от оси вращения ВК до центра масс лопасти.

2. Центробежная сила, вызванная дисбалансом масс ветроколеса. На

р ис. 2.6 показан эксцентриситет е центра масс ВК по отношению к его геометрическому центру. По американским данным его значение может составлять до 0.25% диаметра ВК [3]. Во время вращения ВК из-за наличия дисбаланса его массы на ступицу будет действовать центробежная сила. Нормативное значение амплитуды этой силы определяется по формуле

(2.20)

Ее проекции на оси у_р и z_p (см. рис. 2.6) определяются выражениями

Кч = ^твк^е(01к^^п(0вк¹.

" ■ ¹ /Л

пн 2

^p_!.4=^mm^etl>m^c0s<⁰m^l-

Направления этих оставляющих (знаки) и их значения зависят от положения центра масс ВК при его вращении относительно координатных осей. Этот вопрос подробно рассмотрен в примере расчета в разд. 3.

Р асчетные значения инерцион­ных нагрузок, используемые для расчетов элементов системы на прочность, получают умножением

нормативных значений на коэффици­

ент надежности по нагрузке у ,=1.4.