Портали відкритих розподільчих пристроїв з гарантованими показниками безвідказності та довговічності
Чисельні дослідження впливу дефектів і пошкоджень на напружено-деформований стан порталів. Кінетика руйнування систем захисних покриттів у залежності від аерохімічних параметрів атмосфери. Алгоритм і програма розрахунку ймовірності безвідказної роботи.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 11.11.2013 |
| Размер файла | 49,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Портали відкритих розподільчих пристроїв з гарантованими показниками безвідказності та довговічності
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Значну частину основних виробничих фондів підприємств електричних мереж складають конструкції та устаткування високовольтних підстанцій, у тому числі - портали відкритих розподільчих пристроїв (ВРП). На теперішній час у СНД експлуатується біля 1 млн. тонн металоконструкцій порталів. Тільки в Україні споруджено 5385 підстанцій. Причому третина з них експлуатується протягом 30-60 років, тобто вичерпала розрахунковий термін служби або він близький до закінчення. Вимоги до безвідказності розподільчих пристроїв значно вищі, ніж до безвідказності повітряних ліній електропередачі, тому що аварії і відмови на підстанціях призводять до значно більших збитків.
Систематичні дослідження надійності і довговічності порталів відкритих розподільчих пристроїв в Україні не проводяться. Остання дисертаційна робота, присвячена удосконалюванню конструктивної форми і методів розрахунку порталів ВРП, виконана в 1975 р.
Тому для забезпечення заданої безвідказності і довговічності необхідно вивчити фактичні природно-кліматичні навантаження і впливи; оцінити вплив фізико-хімічних параметрів атмосфери та умов експлуатації на міцносні характеристики конструкцій; удосконалити традиційні і розробити нові підходи при проектуванні і реконструкції порталів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках науково-дослідних робіт, проведених на замовлення Міненерго України, і галузевих науково-технічних тем №088-Н «Розробка галузевих нормативних документів по обстеженню і перерахунку електромережевих конструкцій» (1995 р.) і №64.08.005.5.7 «Визначення допустимого зносу металевих електромережевих конструкцій: методи, розробка приладів» (1996 р.).
Мета та задачі дослідження. Метою роботи є забезпечення надійності і довговічності порталів ВРП при проектуванні та реконструкції за рахунок удосконалення методів розрахунку та конструктивної форми. Для досягнення поставленої мети вирішені такі задачі:
розроблена методика обстеження та виконана оцінка технічного стану ВРП, що експлуатуються;
проведені чисельні дослідження впливу дефектів і пошкоджень на напружено-деформований стан (НДС) порталів;
експериментально вивчена кінетика руйнування систем захисних покриттів (лакофарбових /ЛФП/, цинкових і комбінованих /цинк-ЛФП/) у залежності від аерохімічних параметрів атмосфери;
уточнене районування території України по вітру і ожеледі, отримані коефіцієнти надійності за ожеледними та вітровими навантаженнями;
розроблені алгоритм і програма розрахунку ймовірності безвідказної роботи порталів ВРП і проведені чисельні дослідження їх безвідказності;
виконано техніко-економічне порівняння різноманітних конструктивних рішень порталів ВРП і систем антикорозійного захисту.
Наукова новизна отриманих результатів. При виконанні дисертації отримані такі наукові положення і результати:
аналітичні залежності для оцінки впливу розміру та форми погнутостей і скривлень на перерозподіл зусиль у стержнях порталів з урахуванням умов закріплення і співвідношення жорсткостей елементів;
регресійні моделі, що описують довговічність лакофарбових, цинкових і комбінованих покриттів у залежності від концентрації сірчаного ангідриду та тривалості зволоження;
чисельні значення показників безвідказності для різноманітних конструктивних форм, систем антикорозійних покриттів і умов експлуатації порталів ВРП;
коефіцієнти надійності за ожеледними та вітровими навантаженнями, диференційовані в залежності від розрахункового періоду повторюваності;
конструктивне рішення порталу ВРП з оптимальними техніко-економічними показниками і гарантованими показниками безвідказності та довговічності.
Практичне значення отриманих результатів. Матеріали досліджень ввійшли до нормативного документу Міненерго України «Портали металеві і залізобетонні відкритих розподільчих пристроїв напругою 35-330 кВ. Методичні вказівки по обстеженню», а також використані при проведенні обстежень підстанцій Міненерго України.
Розроблено карти районування території України по максимальній швидкості вітру, швидкості вітру при ожеледі, товщині і щільності ожеледних відкладень.
Запропоновані засоби підвищення несучої спроможності споруд (Патенти України №7646А, №20581А) використані при виконанні робіт по реконструкції на підприємствах ДАЕК «Донецькобленерго» і НЕК «Укренерго». Економічний ефект від впровадження результатів досліджень складає 520 тис. грн.
Особистий внесок здобувача. Приведені в дисертаційній роботі результати досліджень отримані здобувачем самостійно. Особистий внесок автора полягає в наступному:
особиста участь у проведенні натурних обстежень, випробувань і лабораторних досліджень;
розробка всіх методик, алгоритмів і виконання чисельних експериментів, приведених у дисертації;
опрацювання статистичних даних метеостанцій і побудова карт районування території України;
систематизація і науковий аналіз отриманих результатів.
У публікаціях із співавторами здобувачем виконані: класифікація недосконалостей і визначення їх граничних значень [1]; чисельні дослідження і аналіз результатів [2, 3, 6, 10]; конструювання та розрахунок елементів підсилення [7, 8].
Апробація результатів роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на міжнародних конференціях «Надійність і безпека старіючих систем енергетики» (Київ, 1995 р.), «Металлостроительство - 96», (Донецьк - Макіївка, 1996 р.), Українській науково-технічній конференції «Металеві конструкції» (Київ - Миколаїв 1996 р.), «Теорія і практика металевих конструкцій» (Донецьк - Макіївка, 1997 г.).
Публікації. По темі роботи опубліковано 10 друкованих робіт, що відбивають її основний зміст, у тому числі галузевий нормативний документ, розділ монографії, 2 патенти України, 6 статей у науково-технічних журналах і збірниках наукових праць.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'ятьох глав, основних результатів і висновків, списку використаної літератури (158 найменувань) і п'ятьох додатків. Робота викладена на 190 сторінках, у тому числі 128 сторінок основного тексту, 15 сторінок списку літератури, 25 повних сторінок з рисунками і таблицями, 22 сторінки додатків.
Основний зміст роботи
агрохімічний деформований захисний покриття
У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, наведені основні наукові результати, отримані автором, показані їхнє практичне значення і реалізація.
У главі 1 виконаний аналіз методів розрахунку надійності і довговічності споруд (роботи В.В. Болотіна, О.Р. Ржаніцина, М.С. Стрелецького, С.Ф. Пічугіна, A. Ang, M. Amin, C.A. Cornell, O. Ditlevsen, E.J. Gumbel, A.M. Freudenthal, A.M. Hasofer, R. Levi, N.C. Lind, M. Maier, F. Moses, W. Weibull і ін.); розглянуті сучасні принципи проектування і виготовлення сталевих електромережевих конструкцій (роботи Й.Г. Барга, Є.М. Бухаріна, О.О. Глазунова, К.П. Крюкова, О.І. Курносова, П.І. Романова, А.В. Сильвестрова, В.І. Трофімова).
Специфіка теорії надійності будівельних конструкцій полягає в тому, що необхідно враховувати спільну дію випадкових навантажень і впливів на систему з випадковими міцносними характеристиками. В теперішній час математично строге рішення задач надійності будівельних споруджень може бути отримано лише для невеличкої кількості простих конструкцій. Тому для забезпечення надійності порталів відкритих розподільчих пристроїв доцільна розробка наближених методів розрахунку, що враховують специфіку роботи споруди.
Поведінку порталів ВРП у процесі експлуатації в першу чергу визначають кліматичні навантаження і корозійний знос елементів. Параметри розподілів екстремальних значень ожеледно-вітрових навантажень для метеостанцій України отримані В.Б. Нарожним і С.Я. Княжевською. Проте нормативні значення навантажень і коефіцієнти надійності запропоновані не були. Вивчення корозійних процесів і кінетики руйнування систем антикорозійного захисту сталевих конструкцій проводилося науковими колективами під керівництвом Г.В. Акімова, Ю.Л. Вольберга, А.І. Голубєва, Є.В. Горохова, А.І.Кікіна, І.І. Кошина та ін. Відзначається, що умови і швидкість протікання деструктивних процесів у захисних покриттях і в металі змінюються в дуже широких межах. У той же час швидкість руйнування антикорозійних покриттів електромережевих конструкцій як функція фізико-хімічних параметрів атмосфери не була досліджена. Перспективними представляються роботи з дослідження довговічності і безвідказності порталів ВРП з урахуванням особливостей умов експлуатації і накопичених дефектів і пошкоджень.
Аналіз існуючих проектних рішень ВРП показує, що, незважаючи на різноманіття факторів, які визначають конструктивну форму порталів, їхня схема приймається однотипною і має ряд істотних хиб. Інститутом «Гідропроект» разом із «УкрНДІпроектстальконструкція» розроблені портали з труб, але їхнє застосування економічно доцільне тільки для компактизованих розподільчих пристроїв.
На основі вивчення стану питання сформульовані основні напрямки досліджень.
У главі 2 виконана оцінка технічного стану і вивчено вплив дефектів і пошкоджень на дійсну роботу металевих порталів ВРП. Намітити основні шляхи удосконалення конструкцій порталів можна тільки на підставі аналізу результатів обстеження конструкцій, які експлуатуються. Тому була виконана оцінка технічного стану більш 400 порталів ВРП напругою 35-750 кВ на підстанціях ДАЕК «Донецькобленерго» і НЕК «Укренерго». Для цього розроблена методика проведення обстежень, що включає організацію контролю технічного стану порталів, порядок проведення натурного огляду, уточнення навантажень і впливів, визначення характеристик матеріалу конструкцій і оцінку технічного стану.
За результатами обстежень визначені основні види недосконалостей металевих порталів (рис. 1), встановлено причини їхньої появи і виконана систематизація дефектів і пошкоджень.
При оцінці технічного стану основним є питання про дійсну несучу здатність споруди і вплив різноманітних недосконалостей на напружено-деформований стан (НДС) її елементів. Для вивчення цього питання були проведені чисельні дослідження всіх типових шинних і осередкових порталів ВРП 35-330 кВ за допомогою програмного комплексу ЛИРА-Windows 5.0.3.
Розрахунки виявили істотний вплив рівномірної корозії на розмір зусиль і напружень у стержнях конструкцій. Зміна зусиль пояснюється зменшенням геометричних характеристик перетинів елементів у процесі корозійного зносу, які призводять до «гри сил» у системі. Перерозподіл зусиль в елементах залежить від співвідношення жорсткостей EA поясів і решітки, жорсткості вузлових з'єднань, схеми прикладення навантажень і конструктивних особливостей споруди. Як правило, при корозійному зносі зусилля перетікають із найбільше напружених елементів на елементи менше напружених граней конструкції. Картина зміни зусиль однакова для будь-якого типу решітки, запропонованої СНиП II-23-81*.
Несуча здатність порталів в значній мірі визначається наявністю скривлень в елементах конструкції. Особливість роботи конструкції з погнутими елементами полягає в перерозподілі зусиль із деформованого стержня на сусідні елементи. У результаті чисельних досліджень установлено, що момент у погнутому елементі пояса можна визначити за формулою:
Mm = kI kf ksN0m f, (1)
де kI - коефіцієнт, який залежить від співвідношення жорсткості поясу EIm (Нм2) та решітки EId:
kI = 0,635+0,00584·EIm/EId; (2)
kf - коефіцієнт впливу форми скривлення (табл. 1); ks - коефіцієнт, який ураховує вид сполучення поясів і решітки (при жорсткому сполученні решітки з поясами ks=1, при шарнірному сполученні ks=1,1); N0m - поздовжня сила, обчислена за недеформованою схемою, Н; f - розмір погнутості, м
Таблиця 1 - Коефіцієнт впливу форми скривлення kf
|
Форма скривлення |
Скривлення в межах однієї панелі |
Скривлення в межах двох панелей |
|||
|
lпогн.=1/2lэлемента |
|||||
|
kf |
1,0 |
1,098 |
1,257 |
0,733 |
У елементах пояса, що примикають до погнутого стержня, додаткові згинальні моменти складають 1040% від Mm (у залежності від конструктивної схеми опори, типу і жорсткості решітки). Момент в суміжному елементі решітки:
Md = k Mm, (3)
де k = 0,236-0,0173 EIm/EId+0,000338·(EIm/EId)2.
Зниження поздовжньої сили в погнутому елементі складає 2-25% у залежності від типу порталу, навантаження, що діє, і місця розташування елемента. У той же час в елементах сусідніх (менше напружених) граней можливо збільшення N до 30%.
Згинальний момент у погнутому елементі решітки дорівнює:
Md = kcN0d f, (4)
де kc - коефіцієнт, який ураховує вид сполучення поясів і решітки та форму скривлення (табл. 2).
Таблиця 2 - Коефіцієнт kc
|
Погнутість |
У площині решітки |
З площини решітки |
||
|
Сполучення решітки з поясами |
шарнірне |
1-1,37f-57,8f 2 |
1-4,56f-84,3f 2 |
|
|
жорстке |
0,580-7,00f+62,2f 2 |
0,458-2,5f |
Момент в елементі решітки суміжному до погнутої в площині решітки (для жорсткого сполучення):
M2d = 0,4 Md. (5)
Фактичний розмір зусиль у розкосах при шарнірному примиканні:
агрохімічний деформований захисний покриття
Nd = kcN0d, (6)
а при жорсткому примиканні Nd у 1,7-2,4 рази більше добутку kcN0d. В інших панелях вплив скривлення на зміну зусиль незначний. Істотного впливу на НДС поясів погнутість решітки не робить.
Розрахункові напруження в погнутих елементах наведені на рис. 3. Як видно з рисунка стержні, що мають більший момент опору менше сприйнятливі до наявності скривлень.
Відхилення планово-висотного положення конструкції рідко призводить до істотного перенапруження елементів. Звичайно при загальному вигині або крені конструкції зміна зусиль складає не більш ± 2% (для f/l=3/100).
Визначення резерву міцності споруди не можливе без урахування дійсної роботи елементів конструкції. Дослідження показали залежність розміру зусиль у стержнях від умови закріплення елементів. Як правило, різниця зусиль при розрахунку конструкцій із шарнірним примиканням решітки до поясів, і розрахунку системи з жорсткими вузлами, не перевищує 15%. В окремих випадках зусилля зростають до 25% (решітка траверси осередкового порталу ВРП 330 кВ). Напруження від додаткових моментів при розрахунку конструкції з урахуванням розцентровки (зсуви) геометричних осей розкосів і поясів у площині і з площини решітки звичайно знаходяться в межах ±5-15 МПа (2-6% від розрахункового опору). Для вузлів, що об'єднують велике число елементів, додаткові напруження <40МПа (15% від розрахункового опору). Зміна поздовжньої сили в найбільше напружених елементах поясів незначна. У елементів решітки стояків N<±2,5%, а в елементах решітки траверс N<±5%. Причому, чим «міцніше» сполучені елементи, тим менше значущій вплив розцентровки осей.
Резерви несучої здатності порталів ВРП, що експлуатуються, можуть бути отримані також у результаті уточнення фактичних вітрових і ожеледних навантажень (див. нижче), навантажень від власної ваги технологічного устаткування, урахування фактичної геометрії проводів.
У главі 3 наведені результати експериментальних досліджень довговічності антикорозійних покриттів.
Існуючі методи оцінки строку служби лакофарбових покриттів не дозволяють визначити довговічність ЛФП будівельних металоконструкцій в залежності від фізико-хімічних параметрів атмосфери. Не розроблені математичні моделі для опису швидкості корозії цинку в комбінованому покритті. Для вивчення кінетики корозійного руйнування захисних покриттів виконані комплексні прискорені випробування чотирьох систем лакофарбових і комбінованих покриттів, а також цинкового покриття. Експеримент проводився в камерах агресивних середовищ протягом 2 років. Експонувалося всього 855 зразків з антикорозійними покриттями та 1980 сталевих зразків для урахування фактору часу.
Довговічність лакофарбових покриттів добре описується рівняннями регресії виду:
, (7)
де X1,… X3 - відповідно концентрація оксиду сірки (SO2), г/(м2сут); тривалість перебування фазової вологи на поверхні покриття, час/рік; те ж адсорбційної, час/рік; A, B, C, D - коефіцієнти регресії (табл. 3).
Таблиця 3 - Коефіцієнти регресії рівнянь довговічності ЛФП
|
Коеф. |
Системи антикорозійних покриттів |
||||||||
|
Ж. сурик + ж. сурик |
ГФ-021+ПФ-115 |
ФЛ-04к+ХВ-16 |
ВЛ-02+ГФ-021+ХВ-124 |
||||||
|
по сталі |
по цинку |
по сталі |
по цинку |
по сталі |
по цинку |
по сталі |
по цинку |
||
|
A |
194723 |
19711 |
418477 |
9613 |
70512 |
269206 |
55911 |
11443 |
|
|
B |
-1,0301 |
-0,9322 |
-1,0158 |
-0,9615 |
-1,0043 |
-0,9563 |
-0,9647 |
-1,0003 |
|
|
C |
-0,3765 |
-0,3525 |
-0,2699 |
-1,2480 |
-0,2647 |
-0,3076 |
-0,1662 |
0,006969 |
|
|
D |
-0,4904 |
-0,2884 |
-0,7361 |
-0,3261 |
-0,4529 |
-0,5523 |
-0,4953 |
-0,4547 |
Грунт і покривний шар наносились в два шари товщиною 30 мкм, товщина шару цинку - 80 мкм. Відказу ЛФП відповідає значення узагальненого показника захисних властивостей
Aз=0,35. Приділена енергія сонячного випромінювання складала 10 МДж/(м2сут), що відповідало умовам помірного клімату.
Глибина корозійної поразки цинку в цинковому покритті лінійно залежіть від часу t:
h = h1 t, (8)
де h1 - швидкість корозійної поразки цинку, мкм/рік.
Глибина корозійного руйнування цинкової підложці в комбінованому покритті може бути описана функцією виду:
(9)
де tc - термін служби ЛФП на цинковій підложці, рік; c - постійна; h1c - швидкість корозійної поразки цинку, мкм/рік.
Величини с, h1 и h1c описуються регресійними залежностями виду (7), коефіцієнти регресії наведені в табл. 4. Коефіцієнт кореляції моделей знаходиться в межах 0,78-0,96.
Таблиця 4 - Коефіцієнти регресії рівнянь, що описують с, h1 и h1c
|
Коеф. |
Системи антикорозійних покриттів |
|||||||||
|
Цинк |
Ж. сурик + ж. сурик |
ГФ-021+ПФ-115 |
ФЛ-04к+ХВ-16 |
ВЛ-02+ГФ-021+ХВ-124 |
||||||
|
h1 |
cs |
h1s |
cs |
h1s |
cs |
h1s |
cs |
h1s |
||
|
A |
0,0009007 |
0,01874 |
0,000152 |
2,184E-08 |
0,00103 |
0,1166 |
2,0E-07 |
1,9075 |
7,84Е-15 |
|
|
B |
1,0558 |
0,1860 |
0,8851 |
-0,2477 |
1,1037 |
0,1638 |
1,3297 |
0,0362 |
0,6365 |
|
|
C |
0,1655 |
0,8960 |
0,4351 |
2,8318 |
0,4210 |
0,1886 |
0,2024 |
0,0779 |
2,8844 |
|
|
D |
0,4336 |
0,5599 |
0,224 |
-0,2160 |
0,1732 |
0,3051 |
1,4237 |
-0,3942 |
1,1085 |
Отримані рівняння можна використовувати при виборі оптимального антикорозійного захисту та призначення товщини цинку в комбінованому і цинковому покритті в залежності від заданих умов експлуатації.
У главі 4 проведені дослідження безвідказності порталів ВРП. Забезпечення потрібної надійності та довговічності електромережевих конструкцій неможливо без достовірної інформації про кліматичні навантаження та впливи, які сприймає споруда. Аналіз результатів багаторічних спостережень на метеостанціях показав, що кліматичні параметри, прийняті відповідно до СНиП і ПУЭ, істотно відрізняються від фактичних. Вітрові навантаження в західних, південних і східних регіонах України часто перевищують нормативні значення. Товщина стінки ожеледі також може перевищувати значення, прийняті в нормах. Щільність ожеледних відкладень коливається в межах 50-900 кг/м3, форма відкладень далека від циліндричної. Нормативна швидкість вітру при максимальній ожеледі vnq складе (0,120,8) vnмах. Причому аналіз сполучень ожеледних і вітрових навантажень не виявив кореляцію між vnq і вагою, діаметром, щільністю ожеледних відкладень або vnмах. Коефіцієнти варіації кліматичних навантажень збільшується при збільшенні нормативного значення навантаження.
Результати статистичного опрацювання даних метеостанцій дозволили уточнити районування території України по кліматичним характеристикам (створені карти районування по максимальної швидкості вітру (рис. 4), швидкості вітру при ожеледі, товщині і щільності ожеледних відкладень) і одержати коефіцієнти надійності за вітровим і ожеледним навантаженням (табл. 5).
Таблиця 5 - Коефіцієнти надійності f за вітровим і ожеледним навантаженням і їхні середньоквадратичні відхилення
|
Вид навантаження |
Кліматичний район (швидкість вітру, м/с вітровий тиск, Па) |
Число метеостанцій в районі |
Період повторюваності |
||||||
|
50 |
150 |
500 |
|||||||
|
f |
f |
f |
|||||||
|
Вітрове |
I, II (25400**) |
20 |
1,43 |
0,071 |
1,77 |
0,132 |
2,17 |
0,209 |
|
|
III (29500) |
51 |
1,46 |
0,940 |
1,81 |
0,177 |
2,25 |
0,284 |
||
|
IV (32650) |
74 |
1,51 |
0,147 |
1,93 |
0,279 |
2,42 |
0,465 |
||
|
V (36800) |
37 |
1,56 |
0,102 |
1,98 |
0,225 |
2,55 |
0,314 |
||
|
VI, VII (401000, 451250) |
21 |
1,60 |
0,124 |
2,09 |
0,235 |
2,69 |
0,383 |
||
|
Вітрове при ожеледі |
- |
201 |
2,19 |
0,228 |
3,24 |
0,506 |
4,65 |
0,774 |
|
|
Ожеледне |
- |
201 |
1,47 |
0,052 |
1,77 |
0,084 |
2,08 |
0,117 |
* Розрахункові періоди повторюваності прийняті відповідно до рекомендацій Міжнародної електротехнічної комісії.
**Нормативна швидкість вітру і вітровий тиск прийнято відповідно до п. 2.5.22 і табл. 2.5.1 ПУЭ для місцевості типу А з періодом повторюваності 10 років і 2-хвилинним інтервалом усереднення.
Принципово іншим шляхом, спрямованим на забезпечення безвідказної роботи споруди, є одержання кількісного показника надійності. Створення апарату для чисельної оцінки безвідказності дозволяє проектувати конструкції з гарантованою надійністю при мінімальних витратах. Запропоновано методику розрахунку надійності порталів ВРП, яка використовує принципи стохастичної імітації і враховує фактичну мінливість навантажень, зміну несучої спроможності з бігом часу, особливості експлуатації. Надійність споруди (системи вищого рівня) оцінюється на підставі надійності її окремих елементів і вузлів (систем нижнього рівня). За показник безвідказності елемента прийнята ймовірність безвідказної роботи.
Безвідказність розглядається як функція дискретних значень часу. Крок збільшення часу t прийнятий таким, що дорівнює 1 року. Ймовірність безвідказної роботи елемента протягом T років:
; (10)
; (11)
St = Rt - t, (12)
де Pt - ймовірність безвідказної роботи елемента протягом t-того року; fSt - щільність розподілу запасу міцності St елемента в t-м році; Rt, t - випадкові величини, що описують відповідно опір матеріалу елемента і напруження в елементі, що відповідають значенню часу t. У розрахунку оперують дискретними випадковими величинами (ДВВ).
Напруження t є невипадковою функцією випадкових величин, що описують зусилля в елементі N, Mx, My, Qx, Qy і стохастичних процесів, що задають геометрію перетину елемента At, Wnmint, St, It, Ixnt та Iynt. Для одержання ДВВ сумарних зусиль N, Mx, My, Qx, Qy у t-му році на основі інформації про розподіли річних максимумів навантажень одержують ДВВ навантажень, а потім обчисляють ДВВ зусиль в елементі для кожного типу навантаження. Для цього зусилля (N, Mx, My, Qx, Qy) в елементі наведені у вигляді:
, (13)
де f - номер навантаження; nf - число навантажень; f - коефіцієнт, що приймає значення 1, якщо f-те навантаження в аналізованому розрахунковому режимі відмінні від нуля і дорівнює 0, якщо навантаження дорівнює 0; Nf - зусилля в елементі від навантаження f:
; (14)
kNf,p=Np/Fp, (15)
де Np - розрахункове зусилля в аналізованому елементі від розрахункового навантаження Fp (розрахункові зусилля обчислюються за допомогою відповідних програмних засобів); Ff - деяке значення ДВВ f-того навантаження.
Такий підхід обумовлений тим, що навантаження від власної ваги конструкцій, проводів і устаткування, ожеледні і вітрові навантаження характеризуються різноманітними функціями розподілу. У результаті формують дискретні випадкові величини сумарних зусиль від будь-якого числа навантажень. Оскільки перебір усіх значень зусиль від усіх навантажень потребує великих витрат машинного часу на кожному кроці обчислень провадиться скорочення числа елементів ДВВ (рис. 5).
Геометричні характеристики перетину стержня At, Wnmint, St, It, Ixnt та Iynt у розрахунковий момент часу t визначаються початковими значеннями розмірів перетину елементів, що описуються щільностями розподілу fh1(h1)… fhn(hn), і корозійними втратами на розрахунковий момент часу (обчислюються виходячи з товщини шару металу hkt, який прокородував, що описується випадковим процесом fk(hk, t)). Параметри процесу fk(hk, t) вибираються в залежності від аерохімічних параметрів атмосфери, класу сталі і конструктивної форми елемента. На підставі fh1(h1)… fhn(hn) і fk(hk, t) одержують ДВВ геометричних характеристик переріза стержня для кожного року t. Потім обчислюють дискретні випадкові величини t і St. Щільність розподілу fSt(St) підбирається за значеннями ДВВ St.
Якщо конструкцію розглядати як систему послідовно-паралельно сполучених елементів, то ймовірність безвідказної роботи конструкції може бути визначена за формулою:
, (16)
де m - число послідовно сполучених підсистем; r0 - узагальнений коефіцієнт кореляції підсистем, що враховує стохастичну залежність надійності елементів системи; max[Pss(T)] - значення ймовірності безвідказної роботи елемента з максимальним рівнем надійності протягом T років; Pse(T) - ймовірність безвідказної роботи елемента e протягом T років; n - кількість елементів у підсистемі.
На основі викладеної методики розроблений алгоритм і програма на мові Pascal та виконані чисельні дослідження надійності різноманітних типів порталів ВРП. Розрахунок показав, що стержні, у яких напруження близькі до розрахункового опору (нижні стержні поясів стояків, пояси траверс, елементи решітки, що сприймають великі поперечні сили) мають ймовірність безвідказної роботи, які відрізняються значно від одиниці (рис. 6). Такі елементи в першу чергу визначають надійність конструкції, по їхній поведінці в процесі експлуатації можна судити про стан конструкції в цілому. Для підвищення довговічності і надійності конструкцій, що працюють в агресивних середовищах, зазначені елементи мають потребу в особливо ретельному антикорозійному захисті. Істотно впливає на надійність конструкції, що працює в агресивному середовищі, конструктивна форма елементів і тип антикорозійного захисту. Найбільш раціональними формами переріза з погляду корозійної стійкості конструкції є профілі з найменшим відношенням площі переріза до його периметра (замкнуті профілі, елементи круглого або квадратного перетину).
У главі 5 виконана оптимізація геометричних параметрів решітчастого тригранного осередкового порталу ВРП 110 кВ із трубчастих елементів (рис. 7) за допомогою методу Нелдера-Міда. Задача оптимізації зведена до мінімізації маси конструкції при заданій напрузі ВРП, схемі і розміру зовнішніх навантажень, параметрах експлуатаційного середовища і типі перетинів елементів. Варіювалися геометричні розміри стояків (a, b) і траверси (c).
На підставі отриманих регресійних моделей довговічності систем антикорозійного захисту проведений аналіз техніко-економічних показників оптимальної та типової конструкції порталу із різноманітними захисними покриттями. При порівнянні варіантів товщина цинкового покриття елементів призначалася диференційовано в залежності від конструктивних особливостей порталу, агресивності середовища і терміну служби конструкції. Визначення вартості конструкції проводилося з урахуванням заводських витрат, транспортування, монтажу та експлуатації протягом 50 років. У розрахунку використана система цін, що склалася в Україні на даний час.
а) помірно волога неагресивна атмосфера, конструкція з кутків (маса 6,4 т); б) те ж, конструкція з труб (решітки із сталі круглого перетину; маса 4,3 т); в) помірно волога агресивна атмосфера, конструкція з кутків; г) те ж, конструкція з труб; 1 - Цинкове покриття; 2 - Zn + залізний сурик + залізний сурик; 3 - Zn +ГФ-021 + ПФ-115; 4 - Zn + ФЛ-04к + ХВ-16; 5 - Zn +ВЛ-02 + ГФ-021 + ХВ-124; 6 - Залізний сурик + залізний сурик; 7 - ГФ-021 + ПФ-115; 8 - ФЛ-04к + ХВ-16; 9 - ВЛ-02 + ГФ-021 + ХВ-124.
Встановлено, що тільки в сухій і помірно-вологій неагресивній атмосфері економічно вигідне застосування лакофарбових покриттів (залізний сурик, ГФ-0119+ПФ-115) в інших середовищах ефективне цинкове або комбіноване покриття. Причому зі збільшенням агресивності середовища перевага цинкових і комбінованих покриттів збільшується. При однаковій вартості цинкового і комбінованого покриття надійність останнього вище.
Основні висновки
Чисельні дослідження впливу дефектів і пошкоджень на напружено-деформований стан порталів ВРП показали, що рівномірний корозійний знос глибиною до 1 мм викликає збільшення напружень в елементах поясів до 45%, а в елементах решітки - до 90%. Для обчислення зусиль в конструкціях з погнутими стержнями запропоновані аналітичні залежності, що враховують розмір і форму погнутості, вид закріплення і співвідношення жорсткостей елементів. Урахування умов закріплення і розцентровки стержнів конструкції у вузлах дозволяє уточнити напруження в елементах в межах 5-15 МПа.
При експериментальному дослідженні кінетики руйнування антикорозійних покриттів установлено, що термін служби лакофарбових покриттів на сталевій і цинковій підложці добре описується показовими регресійними рівняннями, які враховують агресивність середовища та тривалість фазового і адсорбційного зволоження. Глибина корозійної поразки цинку в комбінованому і цинковому покритті апроксимована поліномами першого ступеня, коефіцієнти яких обчислюються за допомогою показових рівнянь.
За результатами статистичного опрацювання даних 203 метеостанцій, отриманих за 30-50 років спостережень, побудовані карти районування території України по кліматичним характеристикам і отримані коефіцієнти надійності за вітровими і ожеледними навантаженнями, диференційовані в залежності від розрахункового періоду повторюваності.
Чисельні дослідження дозволили встановити ступінь впливу конструктивних, технологічних і експлуатаційних факторів на величину ймовірності безвідказної роботи порталів ВРП. У залежності від параметрів природно-кліматичних навантажень і впливів, виду антикорозійного покриття і умов експлуатації ймовірність безвідказної роботи порталів через 50 років експлуатації складає 0,75-0,95.
Запропоновано конструктивну схему порталу ВРП 110 кВ із тригранними решітчастими секціями з труб, що дозволяє знизити вартість споруди на 15-35% у порівнянні з типовим рішенням. На основі проведеного техніко-економічного аналізу показана перевага порталів із комбінованими і цинковими захисними покриттями.
Матеріали досліджень використані при розробці галузевого нормативного документу Міненерго України «Портали металеві і залізобетонні відкритих розподільчих пристроїв напругою 35-330 кВ. Методичні вказівки по обстеженню», а також впроваджені при оцінці технічного стану і реконструкції високовольтних підстанцій ДАЕК «Донецькобленерго» і НЕК «Укренерго».
Список робіт, опублікованих по темі дисертації
Портали металеві та залізобетонні відкритих розподільчих пристроїв напругою 35 - 330 кВ. Методичні вказівки з обстеження/ Горохов Є.В., Шаповалов С.М., Молчанов В.М., Самойлеко М.Є., Назім Я.В. - К.: «Енергопрогрес», 1996. - 46 с.
Шаповалов С.Н., Самойленко М.Е. Оценка надежности электросетевых конструкций // Повышение надежности и долговечности электросетевых конструкций. - К.: Техника, 1997. - С. 20-58.
Горохов Е.В., Шаповалов С.Н., Самойленко М.Е. Оценка надежности стальных электросетевых конструкций // Известия вузов. Строительство. - 1996. - №11. - С. 16-22.
Самойленко М.Е. Исследование влияния дефектов и повреждений на напряженно-деформированное состояние порталов ОРУ // Вестник ДонГАСА, Макеевка. - 1998. - №4. - С. 17-22.
Самойленко М.Е. Оценка долговечности комбинированных покрытий // Вестник ДонГАСА, Макеевка. - 1998. - №4. - С. 16-17.
Горохов Е.В., Шаповалов С.Н., Самойленко М.Е. Метод расчета надежности стальных электросетевых конструкций // Труды Междунар. конф. «Металлостроительство - 96» (Состояние и перспективы развития). - Том 1. - Донецк. - 1996. - С. 31-36.
Горохов Е.В., Шаповалов С.Н., Бакаев С.Н., Самойленко М.Е., Назим Я.В. Исследование коррозионных процессов металлоконструкций ВЛ и ОРУ // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. - К.: «Знание», 1995. - Вып. 47. - С. 35-41.
Патент 7646А України, МПК Е 02 D 37/00. Спосіб підсилення опори/ Шаповалов С.М., Горохов Є.В., Матвієнко В.Ф., Самойленко М.Є. (Україна). - №1789597; Заяв. 24.05.95; Опубл. 26.12.95. Бюл. №4.
Патент 20581А України, МПК Е 02 D 37/00. Спосіб підсилення стояка/ Шаповалов С.М., Самойленко М.Є., Петриченко В.А., (Україна). - №97063121; Заяв. 25.06.97; Опубл. 15.07.97.
Gorokhov Ye.V., Shapovalov S.N., Samoylenko M. Ye. A Method of Estimation the Air Power Transmission Line Supports Reliability // Труды Междунар. конф. «Теория и практика металлических конструкций» - Том 2. - Донецк. - 1997. - С. 51-58.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика бетону і залізобетону. Причини та наслідки пошкодження будівельних залізобетонних конструкцій. Підготовка основи та матеріали для ремонту, обробка стальної арматури та металевих елементів конструкції. Організація праці опоряджувальників.
реферат [2,9 M], добавлен 26.08.2010Характеристика принципів будівельних розрахунків в середовищі ПЗ Femap Nastran NX. Опис команд і інструментів для створення геометричного тіла певних параметрів. Створення моделі і основні характеристики розрахунку будівельних металевих конструкцій.
реферат [578,8 K], добавлен 07.06.2014Вимоги до підлоги щодо міцності й дотримання санітарно-гігієнічних норм. Конструктивне вирішення підлоги. Інтенсивність навантажень підлог залежно від механічного впливу. Класифікація покриттів підлог. Технологічний процес влаштування гідроізоляції.
реферат [4,1 M], добавлен 27.08.2010Норми проектування та розрахунку мостів. Конструкції та технічні характеристики різних варіантів дерев'яного мостового переходу. Визначення параметрів подвійного дощатого настилу, поперечин і зосереджених прогонів. Розрахунок ферми Гау-Журавського.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 30.01.2014Виробнича програма конвертерного цеху. Особливості планування головної будівлі цеху. Вибір ємності й кількості конвертерів. Проведення розрахунку потреби обладнання завантажувального, конвертерного та розливного прольотів. Вимоги пожежної безпеки в цеху.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 29.04.2014Балка як елемент споруд, яких працює на поперечний згин. Конструктивна схема розрахунку таврової балки, вибір матеріалів, технологічного процесу зварювання та методики розрахунку. Деформація конструкції. Визначення коефіцієнта концентрації напружень.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 15.09.2014Монументальні будівлі Древньої Русі. Загальна схема зведень в усіх храмах другої половини і кінця XI ст. Пам'ятники архітектури древнього Полоцька. Особливості розташування циліндричних склепінь храмів. Вікна, двері та портали в культових спорудах Русі.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 04.05.2015Сучасні напрямки науково-технічної революції в будівництві. Планування (прогнозування), організації та методи управління НТП у будівництві. Порядок розрахунку ефективності НТП. Методи розрахунку економічного ефекту заходів НТП. Економічний ефект науки.
реферат [32,3 K], добавлен 16.11.2008Розрахунок будівельних конструкцій на впливи за граничними станами, при яких вони перестають задовольняти вимоги, поставлені під час зведення й експлуатації. Нові методи розрахунку бетонних і залізобетонних конструкцій за другою групою граничних станів.
статья [81,3 K], добавлен 11.04.2014Удосконалення навантажувальних машин на основі закономірностей взаємодії їх робочих органів з вологим матеріалом, схильним до налипання. Обґрунтування параметрів ударного буфера, що забезпечують повний викид матеріалу з ковша при одноразовому ударі.
магистерская работа [5,6 M], добавлен 06.10.2014Проектування технології монтажу будівельних конструкцій повнозбірних будинків. Будівельно-монтажні роботи зі зведення одноповерхової промислової будівлі з каркасом змішаного типу. Вибір монтажних кранів, параметрів схем монтажу конструкцій будівлі.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 03.12.2014Шляхи підвищення довговічності будівель. Проектування у будинку покриття, даху, підлоги, сходи, вікна та двері. Зовнішнє, внутрішнє та інженерне опорядження. Специфікація збірних залізобетонних елементів. Теплотехнічний розрахунок горищного покриття.
курсовая работа [28,7 K], добавлен 11.06.2015Призначення свайних фундаментів. Класифікація палезабивного обладнання. Визначення конкретного виду будівельних робіт. Визначення показників впливу роботи машини на навколишнє середовище і операторів. Вимоги ергономіки, безпеки і охорони довкілля.
контрольная работа [2,7 M], добавлен 14.01.2010Технологія та технічні вимоги до виготовлення керамічної черепиці та сировини, з якої вона виробляється, а також аналіз її асортименту, розмірів та методів контролю якості. Загальна характеристика сучасних технологій нанесення покриттів на кераміку.
курсовая работа [121,9 K], добавлен 02.11.2010Аналіз зовнішніх та внутрішніх джерел шуму в житлових будівлях. Дослідження акустичних джерел в умовах інтенсивних транспортних потоків. Розрахунок рівня звукового тиску у житловому будинку та еколого-економічного збитку від шуму міського автотранспорту.
дипломная работа [9,4 M], добавлен 15.10.2013Дослідження еволюції, сучасного стану та можливих напрямів розвитку ресурсної стратегії діяльності будівельних підприємств під впливом сучасних концепцій цілісної реалізації проекту (Integrated Project Delivery). Інформаційне моделювання у будівництві.
статья [106,8 K], добавлен 13.11.2017Розрахунок внутрішнього газопроводу. Підбір лічильника води. Гідравлічний розрахунок мережі холодного та гарячого водопостачання. Порядок проектування циркуляційної системи. Перевірка пропускної здатності стояків та випусків внутрішньої каналізації.
дипломная работа [75,8 K], добавлен 12.02.2013Дослідження впливу реконструкції історичного центру міста як елементу будівельної галузі на розвиток регіону. Розгляд європейського досвіду відновлення історичних будівельних споруд та визначення основних шляхів використання реконструйованих будівель.
статья [19,7 K], добавлен 31.08.2017Зовнішній вигляд, прозорість, вид, кількість складових частин, в’язкість, розлив, ступень перетиру, покривність, час висихання, наявність механічних домішок. Показники якості оліфи, лаків та фарб. Ступінь блиску поверхні. Визначення морозостійкості фарб.
реферат [40,6 K], добавлен 21.10.2012Розробка технологічного забезпечення та нормування точності геометричних параметрів конструкцій багатоповерхових каркасно-монолітних будівель. Розвиток багатоповерхового будівництва за кордоном. Рівень геодезичного забезпечення технологічного процесу.
автореферат [30,3 K], добавлен 11.04.2009
