Опори вітроустановок

Перешкоди, що розташовані навколо вітроустановки, порушують лінійність вітрового потоку і створюють його завихрення. За допомогою опори ротор виноситься на таку висоту, де вплив цих вихорів дещо знижується. Крім того, з висотою зростає величина відбору потужності від вітрового потоку, яку можна оцінити за виразом:

,

де N₀ – потужність на висоті H₀;

N – потужність на висоті H.

Так, наприклад, якщо висоту опори збільшити в 2 рази, то потужність зросте в 1,5 рази.

Мінімальна висота опори повинна становити:

H = h + c + R,

де h – висота перешкоди біля вітроустановки;

c – відстань від верхівки перешкоди до нижньої точки кола обмаху ротора (приймається 1,5…2м);

R – радіус ротора.

Якщо опора прийнята ферменної конструкції, то відстань між ногами при її основі складає:

– для опор нижче 10м 30% її висоти;

– для опор більше 10м – 22…25% її висоти.

Відстань між вітроустановками з однаковими за висотою опорами та діаметром роторів, приймається 15 кратній величині діаметра.

У залежності від матеріалу та конструкції башти поділяють на:

– стальні – ферменні, трубчасті;

– бетонні – кільцевого перетину або монолітні.

За невеликих статичних і динамічних навантажень (вітроустановки малої потужності – до 20 кВт) застосовують опори з розтяжками.

За відносно невеликих вартості стальних ферменних опор, вони вимагають застосування підвищених заходів безпеки при експлуатації та ремонті (наявність відкритої драбини). Трубчасті мають підвищені естетичні та ергодинамічні параметри (сходи або ліфт розташовується в середині опори), але вони дорогі.

Опори вітроустановок не повинні генерувати інфразвукові коливання (негативний вплив на біооб’єкти) та вібрацію. Залізобетонні опори добре гасять вібрацію, але вимагають розташування ротора в робочому стані в навітровому положенні. За підвітрового положення розташування ротора, вібрація та інфразвук можуть виникнути і під час використання стальних опор.

Вітрове навантаження на опору вітроустановки визначається за рівнянням:

,

де v_бур – швидкість вітру під час бурі (для районів із середньою швидкістю вітру до 5,5м/с – v_бур = 40м/с);

R_x – коефіцієнт лобового тиску приймається за таблицею 2.2;

Н – висота натурної опори, м;

Н_мод – висота моделі опори, м.

Таблиця 1.1 – Значення коефіцієнта лобового тиску

Для циліндричної суцільної опори

, кг,

де b – поправочний коефіцієнт, що знаходиться за графіком (рис.1.1).

Рис. 1.1. Залежність коефіцієнта b від відношення висоти опори до її діаметра

Крім того, необхідно враховувати постійність коливань циліндричної опори (труби) у вітровому потоці незалежно від його швидкості. Пояснюється це явище утворенням вихорів Бенера–Кармана в сліді за тілом циліндричної форми. При цьому дані коливання розглядають як автоколивання, при яких частота та амплітуда задаються самою системою, що коливається. Вітровий резонанс виникає при умові, що частота відривання вихорів задовольняє умові:

,

де Sh – критерій Струхаля;

n – частота;

D₀ – діаметр опори;

v – швидкість вітру.

Ріст амплітуди коливань проходить до значення швидкості вітру 18 м/с, що відповідає кризі обтікання циліндра та різкому падінню лобового тиску. Поперечні коливання практично припиняються. За результатами досліджень моделей жорстких опор циліндричної форми, при відношенні висоти опори до її діаметру в межах 3…10, незалежно від жорсткості опори вітровий резонанс спостерігався за Sh» 0,2. Амплітуда коливань верхньої точки опори, що має пружну основу, в 3…4 рази менша, ніж у опори з жорсткою основою. Тому рекомендується улаштування амортизаторів в закладній частині опор вітроустановок, що понижує не тільки вібрацію, але й величину амплітуди коливань при вітровому резонансі.

Не мале значення в сумарному впливі за навантаженням на опору здійснює лобовий тиск на ротор. Під час регулювання виведенням ротора із під вітру, вітрове навантаження на багатолопатевий ротор складає:

; ;

де – коефіцієнти навантаження (наведені в таблиці 2.3)

Таблиця 1.2 – Значення коефіцієнтів навантажень

Характер роботи	Коефіц. навантаж	Кут повороту g ротора
	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Робота вхолосту		0,625	0,610	0,575	0,510	0,374	0,250	0,150	0,078	0,06	–
	0,000	0,075	0,130	0,180	0,220	0,225	0,220	0,180	0,15	0,14
З розрахунковим навантаженням		0,780	0,760	0,730	0,625	0,475	0,350	0,275	0,180	0,10	–
	0,000	0,050	0,100	0,150	0,200	0,180	0,240	0,260	–	–

F – площа обмаху ротора;

v – швидкість вітру, що приймається в залежності від кута g ( за кривими рис.1.3).

Рис. 1.2. Лобовий тиск за різних положень ротора

І – за V_n=8м/с; ІІ – за V_n=10м/с; ІІІ – за V_n=12м/с; ІV – за V_n=14м/с

(V_n – швидкість вітру, за яких ротор повинен починати виходити з під вітру)

Рис.1.3. Криві зміни кутів у залежності від швидкості вітру, за яких N та w - const.

Під час визначення лобового тиску на ротор для швидкохідних вітроустановок користуються залежністю:

,

де С_у – коефіцієнт підйомної силу лопаті;

S – площа лопаті;

– умовний радіус лопаті,

де R – радіус кола, що описується верхнім кінцем лопаті;

r₀ – радіус кола, що описується нижнім кінцем лопаті.

w – кутова швидкість;

v – середня швидкість вітру в заданий період часу;

і – кількість лопатей;

– коефіцієнт перевантаження,

де v_п – швидкість вітру при пориві.

Вітрове навантаження на опору вітроустановки, робота якої стабілізується за допомогою хвоста визначається в такій послідовності:

- лобовий тиск на ротор:

де С_х – аеродинамічний коефіцієнт лопаті при куті атаки, що відповідає С_у=0 (при зміні відношення товщини до хорди в межах 0,1…0,4, С_х зростає від 0,013 до 0,028);

v_бур – швидкість вітру під час бурі;

F – площа міделевого перерізу ротора (площа проекції тіла на площину перпендикулярну до направлення повітряного потоку).

– тиск вітру на ферму опори:

,

– момент від гіроскопічних сил для багатолопатевих та трилопатевих вітроустановок:

,

де І₀ – момент інерції ротора;

w – кутова швидкість;

w₁ =w₀ /i – кутова швидкість повороту ротора навколо башти:

де w₀ = vz₀ / R;

і – передаточне число трансмісії від ротора до шестерні на опорі;

z₀ – число синхронних модулів.

Вібраційні характеристики та характеристики на міцність опори в цілому визначаються також і якістю виготовлення фундаменту. Глибина його закладення вибирається неменше глибини промерзання ґрунтів (в Україні вона складає не більше 1,1м). Фундаменти повинні задовольняти таким основним вимогам:

– мати достатню міцність до статичних та динамічних навантажень;

– не давати осіданню (щоб не викликати перекіс споруди, необхідно центр всієї маси вітроенергетичної установки та фундаменту розміщувати на одній вертикалі).

Допустиме навантаження для слабких ґрунтів (глина та суглинок в пластичному стані, супісь середньої щільності та пилуватий пісок, що просочений водою, а також ґрунти з шарами торфу або мулу) складає до 1,5 кг/см². Для тих же ґрунтів середньої щільності допускається питоме навантаження від 1,5 до 3,5 кг/см², а для міцних ґрунтів – від 3,5 до 6 кг/см².

Навантаження, що згинає опору, від лобового тиску вітру та саму опору і ротор, дають момент біля основи, що визначається як:

,

де Р_л, Р_б – зусилля, що прикладені, відповідно, до ротора та башти вітроустановки;

Н_л,Н_б – відстань точок прикладення зусиль від основи фундаменту.

Стискаюча сила (маса ротора, опори – G, фундаменту – G_ф) при вітрі за діагоналлю опори розподіляє зусилля за ногами:

,

де 1,4 В – відстань між фундаментами ніг за діагоналлю.

– на передню ногу:

.

– на задню ногу:

.

Приймаючи площу підошви фундаменту F, визначається питомий тиск на ґрунт:

.

Поиск по сайту: