Исследование гидродинамических процессов взаимодействия морских волн с вращающимся понтоном крупногабаритной ветроустановки

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Определим величину прогиба стойки крепи на расчетное сопротивление гидроцилиндра ТР =0,780 МН.
Коэффициент нагруженное™ для каждого /-га участка стойки вычисляется по зависимости
(11).
Величина прогиба для третьего участка по формуле (7) равна Уз = АЪСЪЪ + зз = - 0,1 723 м.
Проведем расчет на прочность стойки крепи с насадкой для нагрузки Тр = 0,780 МН. Изгибающий момент для рассматриваемого сечения равен Мп =Тр- уъ= 0,1 344 МНм. Момент сопротивления сечения стойки в рассматриваемом сечении, где расположена 2J
надставка составляет ]? = -- = 2,1195 • 1(Г5 м3.
& lt-/4
м
Величина изгибного напряжения в надставке составит сг = -- = 535 МПа.
& quot-
Т лсР& quot-
Величина напряжения сжатия равна ас = - = 276 МПа, где А} =---------= 2,826−10 3 м².
А3 4
Суммарное напряжение в надставке определяется по формуле:
сгЕ = (егп ± ас) & lt- [сг] = - = 866 МПа-
п
Величина напряжения со стороны растянутых волокон: ег? =256 МПа & lt- [сг] = 866 МПа-
Величина напряжения со стороны сжатых волокон: сг^ =811 МПа & lt- [сг] = 866 МПа.
Из анализа напряженного состояния следует, что для расчетной нагрузки Тр = 780 кН стойка крепи удовлетворяет условию прочности.
На основании теоретических расчетов необходимо выполнять следующие технологические и эксплуатационные требования:
1. Нагрузка на стойку крепи М-87Э не должна превышать усилия 800 кН.
2. Максимальное отклонение в вертикальной плоскости стоек мехкрепи КМ-87 не более
0.5. градуса.
3. Применение насадок длиной 350 мм без сварки возможно при обработке угольных пластов не склонных к самовозгоранию и не опасных по горным ударам.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каретников В. Н., Клейменов В. Б., Нуждихин А. Г. Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник. — М.: Недра, 1989 г. — 571 с.
2. Вольмир А. С. Устойчивость упругих систем. — М.: Физматгиз, 1963 г. — 880 с.
Чебоксаров Вал. В., Анохин П. В., Чебоксаров Вик. В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОРСКИХ ВОЛН С ВРАЩАЮЩИМСЯ ПОНТОНОМ КРУПНОГАБАРИТНОЙ
ВЕТРОУСТАНОВКИ
Шельфовая ветроэнергетика является в настоящее время одной из самых перспективных и быстроразвивающихся областей возобновляемой энергетики. В то же время, конструкция ныне
применяемых шельфовых ветроустановок, в основном унаследованная от наземных, остаётся весьма консервативной. Она включает в себя тяжёлую гондолу с мультипликатором и электрогенератором, установленную на высокой башне, и пропеллер с горизонтальной осью вращения. Главной проблемой здесь остаётся невозможность многократно повысить единичную мощность ветроустановки из-за конструктивных и технологических ограничений, например, прочности лопастей, динамической устойчивости гондолы на башне, надежности и доступности оборудования гондолы.
В ДВГТУ предложена и исследуется принципиально новая конструктивная схема для шельфовых ветроустановок, названная ВЭМУ, в которой используется крупногабаритный плавучий ротор, выполненный в виде кольцевого понтона с вертикальными лопастями [1, 2]. Указанная особенность ВЭМУ выдвигает на первый план задачу исследования гидродинамических процессов взаимодействия морских волн с вращающимся понтоном. В частности, ставятся задачи исследования процессов формирования кольцевого течения (водяного ринга) и размывания его волнами, расчёта силового воздействия волн на понтон, определения динамики пространственных смещений понтона на волнах при закреплении его на упругих тросах, определения обратного влияния понтона на проходящие волны.
В качестве метода исследования используются некоторые эмпирические формулы гидромеханики, принятые в теории расчёта гидротехнических сооружений. Но наиболее плодотворным методом исследования остаётся цифровой расчёт методами компьютерной динамики жидкости (CFD) в полномасштабных 3d расчётных областях. Здесь важным является правильное представление морских волн. В нашем предыдущем исследовании использовалась генерация регулярных волн путем периодического изменения массового расхода жидкой фазы на входной границе [3]. Однако таким образом не удалось достичь прохождения волны по всей длине расчётной области без заметного затухания и существенных искажений формы волны. В данной работе регулярные волны задаются согласно теории волн Airy как изложено в [4] через положение свободной поверхности и векторы скорости жидкости в ячейках на входной границе. Амплитуда регулярной волны принята равной 1 м. Остальные параметры рассчитаны в соответствии со спектральным подходом, при этом использовался спектр Пирсона-Московица. Полученная длина волны (принята глубина 10 м) составила 52,33 м, а период — 6,34 сек. Расчётные области инициировались перед расчётом регулярнойнерегулярной волной.
Нерегулярные волны представлены в соответствии со спектром Пирсона-Московица как сумма волн первого порядка со случайными фазами. При этом, во-первых, был выделен эффективный диапазон частот, отсекая компоненты с амплитудой менее 1% от максимума спектра. Затем на этом диапазоне проведена дискретизация спектра — непрерывный спектр заменен суммой 16 дискретных компонентов (регулярных волн) с рассчитанными амплитудами. На Рис. 1 представлены две полученные реализации (вертикальные профили) нерегулярных морских волн, используемые в расчётах. Здесь волны отличаются случайно сгенерированным набором фаз компонентов. Для реализации регулярных и нерегулярных волн специально разработаны программные функции, написанные на языке С.
Для учёта пространственных смещений понтона на волнах использована модель 6DOF и написана программа задания внешних сил, приложенных к понтону. Использован аппарат динамических (деформируемых) сеток, правильный подбор параметров которых позволил достичь стабильного расчёта при вертикальных смещениях отдельных точек понтона в диапазоне до 2 м. На Рис. 2 представлены полученные графики угловых смещений понтона на регулярной волне.
Рис. 3 иллюстрирует положение свободной поверхности после 55 сек расчёта, когда переходные процессы можно считать завершившимися.
: ?Ш Зо О 50 '-Ш '-50
У'-Свонйяа!*. т
Рис. 1. Две реализации нерегулярных морских волн, используемые в расчётах
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Т, s
Рис. 2. Угловые смещения понтона на регулярной волне
І
2. 7Ge-«0Q г S2c-:o г. з9е*оо
| 4. 07вЧ>-1
z-Ms-oi |
5. 4184)2 1
-1. 22е-01. -2. 99Є-01 ! 4-?5e-Q1 I -6. 5ІЄ-01 I -*. 28в-01 і -ІбОе-КЮ I -1. 18е+0С І -1,38e*-Cl€ = -1,53е+0С
*1. ?1е+00 ~
щ
Рис.З. Вертикальное положение свободной поверхности при регулярной волне Результаты расчётов в условиях нерегулярных волн не выявили качественно новых эффектов по сравнению с регулярными волнами, что позволит упростить дальнейшие исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Cheboxarov, VV, Cheboxarov, VV, Bekker, AT, Anokhin, PV (2002). & quot-A Novel Turbine for Offshore Wind Energy: Design and Energy Conversion,& quot- Proc 12th Int Offshore and Polar Eng Conf, ISOPE, KitaKyushu, Vol 1, pp 700−706.
2. Cheboxarov, VV, and Cheboxarov, VV (2009). & quot-WEMU Design: Large Capacity Low-Speed Vertical-Axis Wind Turbines with Rotary Blades,& quot- Wind Turbines: Types, Economics and Development, Nova Science Pub, NY, pp 199 — 222.
3. Cheboxarov, VV, and Cheboxarov, VV (2009). & quot-Numerical Simulation of Wave and Current Interaction with Rotary Pontoon of Offshore Wind Turbine,& quot- Proc 19th Int Offshore and Polar Eng Conf, ISOPE, Osaka, Vol l, pp 398−405.
4. Phillips, OM (1980). & quot-The Dynamics of the Upper Ocean,& quot- Cambridge University Press, 2nd ed., 344 p.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой