3. Пример расчета нагрузок на элементы вэу, на ее фундамент и основание

1. Основные параметры вэу

Выполним вычисления для ВЭУ, имеющей следующие параметры, номинальная мощность N — 150 кВт; высота втулки ВК от поверхности земли Н —30 м, радиус ВК R — 9 м; расчетная по мощности скорость вегра V_p — 14 м/с; номинальная частота вращения ВК;

а) в одну минуту n_SfC= 100 об/мин;

б) в одну секунду f_BK = п_ЗК 60= 1.67 об/с;

в) угловая частота o)_BK-27if_BK = п_вкп/ 30 = 6.28* 1.67^ 10.5 рад/с;

номинальное значение быстроходности ВК (при номинальной частоте вращения ВК) Z-o_BKR/V - 10.5*9/ 14 = 6.73; максимальная скорость

ветра Убур = 60 м/с. Другие параметры будут указаны в процессе расчетов.

Ограничимся определением нагрузок только для расчета на статическую прочность и устойчивость для вариантов А1 (“Рабочий режим”), А2 (“Буря”) и АЗ (“Сейсм”). Для последнего варианта пример определения нагрузок от сейсмического воздействия рассмотрен в учебном пособии [15].Там же приведены примеры других динамических расчетов.

2. Составляющие ветровой нагрузки, действующие на гондолу через ступицу вк

При подсчете этих нагрузок будем полагать, что тип ВК аналогичен тому, для которого в разд.2 приведены формулы и соответствующие графики для аэродинамических коэффициентов. Будем также полагать, что имеет место лобовое воздействие ветра на ВК ( уг ол косого обдува у/=Ю). Учитывая также

малое значение углов 8 и в в реальных конструкциях ( например, в ВЭУ “Радуга - 1” S= 5°), примем их при подсчете нагрузки на ВК равными нулю. Тогда через ступицу ВК на гондолу будут действовать только две составляющие ветровой нагрузки (см. подразд. 2.1.1).

1. Равнодействующая лобового давления. Сначала для варианта А1 по формуле (2.4) подсчитаем нормативное значение ее статической составляющей. С этой целью выполним ряд предварительных вычислений.

При расчетной скорости ветра V_p = 14 м/с по формуле (2.9) определим скоростной напор ветра на ВК:

q = (14)² /16= 12.25 кгс/м² -125.5 Па.

Найдем ометаемую площадь ВК:

S= 3.14-Э² =254.3 м².

По графику (см. рис.2.4) при Z-6.73 найдем значение аэродинамического

★

коэффициента с_х . Видно, что эта величина существенно зависит от утла

поворота лопасти <р_п ( в ВЭУ типа “Радуга-1” этот угол регулируется [3]). Для расчетов на прочность примем (й,=0. В этом случае при быстроходности

Z-6.73 получим максимальное значение c_Y = 1.08.

^хг

Полагая угол косого обдува у = 0 и пренебрегая углами 8 и в, по

♦

формуле (2.5) определим с_у ~с_у =1.08.

^лр ^лр

Из (2.4) получим статическую составляющую искомой силы:

^рх = ^рС ~ ~ 0 08 • 122.5-254.3) =-33.64 кН.

^хр

Минус показывает, что рассматриваемая сила в соответствии с указанным (см. рис.2.1) направлением ветра будет действовать в отрицательном направлении оси jc ( х_р).

Для определения суммарного нормативного (2,12) и расчетного (2.14) значений искомой силы, найдем коэффициент к_э.

Рассматриваемая ВЭУ имеет высоту меньше 150 м, поэтому [2] при определении динамической составляющей ветровой нагрузки на ВЭУ можно ограничиться учетом только первой собственной формы колебаний. При этом будем подсчитывать коэффициент к_э по формуле (2.11).

Для определения коэффициента динамичности по графику на рис.2

СНиП [1] необходимо найти первую собственную частоту системы “ВЭУ-фундамент”, расположенной на линейно-деформируемом основании. Решение этой задачи рассмотрено в [15]. Здесь воспользуемся уже готовым результатом /,= 1.56 Гц.

Предположим, что ВЭУ находится в ветровом районе 1,а (см. карту- приложение к СНиП [1]). По табл. 8 СНиП [1] устанавливаем, что соблюдается условие /, < 2.6. Это подтверждает возможность использования для

определения £_э формулы (2.11).

В соответствии с н. 6.7,6 СНиП [1] при w₀- 122.5 Па

£-( 1.4' 122.5) /940• 1.56 -0.0088.

Тогда по графику на рис.2 СНиП [1] найдем динамический коэффициент ~ 1.4. По табл.7 СНиП [1] для z = 30 м находим значение коэффициента

пульсации £ для местности А:

£= 0.5 ( 0.69+0.62) - 0.655.

Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра v

определим в соответствии с указаниями п. 6.9 СНиП [1 ] . Используя схему 12,а приложения 4 к СНиП [ 1 ], примем b = h = 0.7 D = 0.7 • 18 = 12.6 м.

По табл. 10 СНиП [ 1 ] получим р~Ь = 12. 6 м и %-h ~ 12.6 м.

По табл. 9 СНиП [1] находим v= 0.82.

По формулам (2.11), (2.12) и (2.14) для расчетного варианта А1 соответственно получаем к_э= 1.4 • 0.655 • 0.82 = 0.75, = 1.75 Р£ и

Р£^1Л* 1.75 • Р/-2.45 • ( -33.64) = - 82.42 кН.

Для расчетного варианта АЗ (“Сейсм”) пулъсационная составляющая ветровой нагрузки при расчете сооружения на статическую прочность не

учитывается, поэтому к_э = 0, Р* — Р^с и Pj? подсчитывается по формуле (2.14):

/>/= 1.4•( -33.64)= -47.1 кН.

2. Момент на валу ВК. Для расчетного варианта А1 определим нормативное значение его статической составляющей по (2.15). Сначала по графику (см. рис. 2.5) при Z— 6.73 находим аэродинамический коэффициент +

т_х (2,<р_л). Как и при вычислении лобовой нагрузки, для расчета на

прочность используем максимальное значение аэродинамического коэффициента m_x (Z,(p_n) (см. рис. 2.5). При Z = 6.73 и^_л= 0 т*_х (2,(р_л)^

0.077.

Затем по формуле (2.15) подсчитаем нормативное значение статической составляющей этого момента;М$= М^с = -(0.077 -122.5 * 254.3 • 9) = -21.6 кН • м. ^хр

Момент направлен относительно оси х по часовой стрелке, поэтому в соответствии с правилом знаков, принятым для моментов (см. рис.2.1-2.2), он имеет знак “минус”.

Тогда, по аналогии с (2.12) и (2.14),

• 1.4 (14-0.75) • 21.59 - - 52.9 кН - м.

Так же решается задача для вариантов А2 и АЗ . При этом надо помнить, что в варианте А2 ВК остановлено и лопасти находятся во флюгерном

положении, поэтому М£=0. В варианте АЗ не учитывается пульсационная составляющая ветрового давления (к_э =0), поэтому

М£= -1.4-21.59 = - 30.23 кН-м.

Вычисленные здесь и далее значения расчетных усилий, отнесенные к началу координатных систем в точках О_р и О (см. рис.2.2), для варианта А1 будем заносить в табл.3.1.