6

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опори вітроенергетичних установок

Типи опор для горизонтально-осьової ВЕУ

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

Таким чином, опора - конструктивна складова частина ВЕУ, призначена для розміщення ротора на необхідній висоті щодо відповідно земної поверхні. Для ВЕУ великої потужності її висота може доходити до 100 м. Опора ВЕУ повинна сприймати статичні і динамічні навантаження, що викликаються особливостями роботи вітродвигуна і силами аеродинамічного впливу вітрового потоку на конструкцію в цілому.

Мінімальна висота опори повинна становити:

(1)

де А - висота перешкоди біля вітроустановки; с - відстань від верхівки перешкоди до нижньої точки кола обмаху ротора (приймається 1,5.2 м); R - радіус ротора.

В якості несучої конструкції для горизонтально-осьової ВЕУ можуть використовуватися такі типи опор (башт): сталева решітчаста, сталева з тросовими розтяжками, сталева трубчаста, залізобетонна.

Стальна решітчаста опора. При створенні таких опор принципово можливе використання існуючої добре відпрацьованої технології виготовлення опор високовольтних ліній електропередач. При використанні сталевої решітчастої опори слід враховувати, що при квадратному перерізі вона володіє різним лобовим опором залежно від напрямку поширення вітрового потоку.

На рис. 2 показано, що максимум коефіцієнта лобового опору Сx досягається при куті г =30°. Отже, при орієнтації такої опори кут г повинен становити 0° з переважним напрямком вітрового потоку виходячи з рози вітрів для даної місцевості.

Для зменшення лобового опору опори число з'єднувальних балок має бути по можливості зменшено за умови збереження необхідної міцності; кабельні канали, сходові марші, шахта підйомника повинні бути по можливості приховані від прямої дії вітрового потоку.

Слід зазначити, що сталева решітчаста опора істотно спотворює структуру вітрового потоку, який проходить через неї, оскільки значна кількість конструктивних деталей, наявність відкритих сходових маршів призводить до його значної турбулізації, в результаті чого він втрачає тут практично до 90% свого енергетичного потенціалу.

Сталева опора з тросовими розтяжками повинна складатися зі сталевої циліндричної труби, що підтримується натягнутими сталевими тросами. Для протидії згинаючим навантаженням, що викликаються вітродвигуном, троси повинні мати великий натяг, що збільшує навантаження на фундамент, особливо фундамент самої труби. Для одержання прийнятної жорсткості троси повинні бути закріплені під значним кутом до опори, що призводить до збільшення займаної площі.

Рисунок 2 - Залежність лобового опору опори від кута обдування

Крім того, навантаження, які сприймаються опорою, призводять до виникнення вібрації тросів, тому при використанні вітродвигуна значного діаметра суттєвим є питання забезпечення необхідного зазору між лопатями і тросами опори (рис. 3).

Сталева трубчаста опора включає в себе трубчастий циліндричний зварений корпус, в основі якого знаходиться усічений конус (рис.4.23). Цей тип опори дозволяє знизити діючі на неї вібраційні навантаження. Однак сталеві трубчасті опори мають високу металоємністю і при своєму створенні вимагають певної технології, що збільшує витрати на виробництво і будівництво.

Рисунок 3 - Опора з тросовими розтяжками

Рисунок 4 - Сталева трубчата опора

Залізобетонна опора являє собою усічену конусну трубу, виготовлену або методом ковзної опалубки, або секційно. При її виготовленні для забезпечення необхідної міцності і жорсткості цей тип опори вимагає значного армування. Крім того, при установці залізобетонної башти пред'являються підвищені вимоги до фундаменту.

Конструкція цієї опори відрізняється високою матеріаломісткістю, значною трудомісткістю, великим обсягом бетонних робіт, залізо-бетонна опора більш схильна до руйнування внаслідок несприятливих атмосферних впливів і вібрацій.

Суцільна опора відображає приблизно 90% потужності вітрового потоку, що припадає на її площу та істотно впливає на її динамічні властивості, оскільки конструкція опори багато в чому визначає характер взаємодії виникаючих при цьому сил.

Для малопотужних ВЕУ найбільш ефективним є використання сталевої опори з тросовими розтяжками.

Опори для вертикально-осьових ВЕУ

Для ВЕУ малої потужності в якості опори можуть використовуватися:

центральний трубчастий стовбур з тросовими розтяжками, який кріпиться до фундаменту за допомогою болтового з'єднання;

обертовий решітчастий стовбур, виконаний у вигляді звареної конструкції з тросовими розтяжками.

Решітчастий стовбур в порівнянні з попередньою конструкцією має рівну їй міцність, має перевагу щодо маси, однак відрізняється великим діаметром, що призводить до збільшення зони аеродинамічної тіні.

Основними перевагами опорної конструкції з тросовими розтяжками є:

легкість досягнення необхідної жорсткості конструкції;

зменшення згинальних моментів, що діють на стовбур, простота конструкції;

розташування маси стовбура, що обертається близько до осі обертання збільшує жорсткість конструкції і мінімізує динамічні напруги за рахунок обертання.

У вертикально-осьових ВЕУ великої потужності можуть використовуватися ті ж типи опор, що і для горизонтально-осьових ВЕУ.

Взагалі для ВЕУ с горизонтальною і вертикальною віссю при невеликих статичних і динамічних навантаженнях (вітроустановки малої потужності - до 20 кВт) застосовують опори з розтяжками.

При відносно невеликій вартості сталевих ферменних опор, вони вимагають застосування підвищених заходів безпеки при експлуатації та ремонті (наявність відкритої драбини). Трубчасті мають підвищені естетичні та енергодинамічні параметри (сходи або ліфт розташовується в середині опори), але вони коштовні.

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. При підвітровому положенні розташування ротора, вібрація та інфразвук можуть виникнути і при використанні стальних опор.

Вібраційні характеристики та характеристики на міцність опори в цілому визначаються також і якістю виготовлення фундаменту. Глибина його закладення вибирається не менше глибини промерзання грунтів (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 розмішувати на одній вертикалі).

При розрахунку фундаменту і конструкції опори за основу повинна прийматися швидкість пориву вітру близько 60 м/с.