CC BY
13
Кобыщан А.Д. Пути совершенствования методов отбеливания льняных тканей
Проанализированы причины снижения конкурентоспособности отечественных льняных тканей, рассмотрены последние научные исследования в области оптимизации технологий отбеливания целюлозосодержащих текстильных материалов, приведены результаты исследования белизны чистольняных тканей, отбеленных различными способами (традиционным в фабричных условиях и холодным белением в исследовательской лаборатории).
Ключевые слова: льняные ткани, беление, экологичность.
Kobischan A.D. Ways to improve methods of lightening linen
The article analyzes the reasons for lowering the competitiveness of domestic linen, reviewed recent research in optimization technology cellulose-containing bleaching of textile materials, the results of research linen fabrics, bleached in different ways (traditional in factory conditions and a cold wash in research laboratories).
Keywords: flax fabrics, bleachings, ecofriendlyness.
УДК 621.548 Астр. В.М. Корендш1 - НУ "Львiвська полгтехтка "
ДИНАМ1КА СКЛАДНОГО РУХУ ЛОПАТЕЙ В1ТРОУСТАНОВКИ
На осжга спрощено! кшематично! схеми впроустановки побудовано систему диференщальних рiвнянь складного руху лопат - нерiвномiрного обертання навколо трьох осей: башти (при змж напрямку в^ру), гондоли (внаслщок взаемодп з потоком пов^ря) та власно! поздовжньо! ос (при змж швидкосп потоку пов^ря). Про-аналiзовано аеродинамiчнi, гравггацшш та шерцшш навантаження на лопать шд час використання в конструкцii вiтроколеса механiзму пасивно! стабiлiзацii його кутово! швидкостi.
Ключовг слова: в^роустановка, складний рух лопату вiтроколесо, механiзм пасивно! стабшзаци кутово! швидкостi.
Вступ. Одним 1з найголовшших завдань економ1чного зростання будь-яко! держави е забезпечення !! енергетично! незалежносп, яко! у бшьшосп роз-винених кра!н свпу намагаються досягнути шляхом запровадження енерго-ощадних технологш та залучення альтернативних джерел, серед яких енерпю виру вважають одшею з найбшьш розвинених 1 перспективних. Сучасш фер-мерсью господарства, дачш дшянки, вщдалеш вщ електромереж населен пун-кти, невелик! пщприемства потребують дешевого, еколопчно чистого енергоза-безпечення. Саме впроенергетика сумюно з шшими вщновлюваними джерела-ми (енерпею сонця, земних надр, р1чок, морських хвиль тощо) здатна повнютю забезпечити постшно зростакта енергетичш потреби людства. Однак, зважаючи на невелику питому потужнють повпряних потоков на територп Укра!ни, ми не можемо повноцшно використовувати набутий за декшька десягилпъ свгговий досвщ виробництва й експлуатацп впроустановок (ВУ). Тому одним 1з невщ-кладних завдань на сьогодш е удосконалення теоретично! 1 методолопчно! бази дослщжень роботи впроустановок мало! потужносл, !х експериментальна апро-бащя, запровадження у виробництво та якомога ширше залучення в аграрний та промисловий сектор нашо! держави не тшьки для виробництва електроенерги, але й як безпосереднш мехашчнш привод р1зномаштних машин (водонашрш й
1 Наук. ке^вник: проф. 1.В. Кузьо, д-р техн. наук - НУ "Львiвська поттехшка"
зрошувальнi системи, розмелювання зерна, нарiзка кормiв, розпилювання дере-вини, шнековi й транспортеры мехашзми, конвеери тощо).
На сьогодт однiею з актуальних задач дослщжень в галузi впроенерге-тики залишаеться математичне i комп'ютерне моделювання динамiчноl поведш-ки лопатей при 1х нерiвномiрному обертаннi навколо власно1 поздовжньо! осi та осей башти i гондоли, оскшьки близько 50 % вщмов у роботi вiтроустановок мало1 потужностi спричиненi саме поломками лопатей або виходом iз ладу ме-ханiзму 1х повороту.
Анал1з останшх досл1джень. Досить багато зусиль учених та велика кiлькiсть публiкацiй у всьому свiтi присвяченi дослiдженню динамки впроус-тановок, оптимiзацil 1х конструкцп та максишзацц вiдбору потужностi з потоюв повiтря [1-7]. Це доводить актуальнють цього питания. Все ж залишаються не-достатньо вивченими перехвдт режими нестацюнарно! роботи вiтроустановки (запуск, робота при когерентних поривах виру, екстрене гальмування тощо). Для прикладу, при когерентному поривi вiтру лопата, поряд iз звичним обертан-ням навколо ош гондоли, здiйснюють поворот навколо власних поздовжтх осей внаслщок змiни його швидкостi та навколо оа башти внаслiдок орiентацil за напрямком потоку повпря, сприймаючи при цьому додатковi iнерцiйнi (вщ-центров^ дотичнi, корiолiсовi) навантаження [4, 5]. Остант можуть мати цик-лiчний характер та iстотно впливати на втомну мiцнiсть лопатей, а також спри-чиняти резонанснi режими в робот вiтроустановки [6, 7].
Мета дослщження. Побудувати систему диференцiальних рiвнянь складного руху лопатей вiтроколеса тд час одночасного нерiвномiрного обер-тання навколо трьох осей внаслщок до на них аеродинамiчних, iнерцiйних та гравiтацiйних навантажень.
Виклад основного матер1алу. Методику дослщження динамiки ВУ бу-демо базувати на такому принцит: вiтроустановку розглядають як систему iз твердими i пружними тiлами та щеальними в'язями, як 1х з'еднують. На рис. а подано принципову схему ВУ, згщно з якою твердо-тiльна пщсистема скла-даеться iз фундаменту, башти, гондоли i маточини впроколеса, до яко1 приедна-ш лопатi. Башта жорстко защемлена у фундамента, а вш iншi пари елементав (башта-гондола-маточина вiтроколеса-лопать) з'еднанi мiж собою за допомогою нерухомих цилшдричних шарнiрiв. Таким чином гондола може обертатися навколо ош башти у горизонтальны площинi, вiтроколесо - навколо оа гондоли у вертикальны площинi, а лопать - навколо власно! осi. У реальних впроустанов-ках цi рухи можна спостер^ати, коли зi змiною напрямку i швидкостi повпряно-го потоку вщбуваеться, вiдповiдно, поворот гондоли з метою забезпечення пер-пендикулярностi вiтрового потоку до площини вiтроколеса та поворот лопата для стабшзацй його кутово! швидкостi та забезпечення оптимально! потужноста.
При побудовi кшематично! схеми впроустановки зобразимо башту i гондолу у виглядi однорiдних абсолютно жорстких цилiндрiв круглого поперечного перерiзу, впроколесо - у виглядi абсолютно жорсткого диска i зосередже-них на невагомих стрижнях мас лопатей тл, а хвостову частину - у виглядi зо-середжено! на протилежному вiд вiтроколеса кiнцi гондоли маси тхв. Для забезпечення стало! частоти обертання впроколеса у бшьшоста вiтроустановок мало! потужноста використовують мехашзми повороту лопатей (мехашзми змь
ни кута атаки). У цьому випадку центр мас лопат змiщено вiдносно и поз-довжньо! осi на деяку величину Ьл, а поворот лопат! навколо ще! осi обме-жуеться жорсткютю пружини, яка знаходиться в шарнiрi крiплення лопат до маточини впроколеса. Кiнематичну схему в^оустановки пiд час складного ру-ху лопатей (обертання навколо трьох осей) зображено на рис. б
Рис. Принципова (а) i ктематична (б) схеми втроустановки
1нерцшну систему координат Оху2 розмiстимо на фундамент! таким чином, щоб вюь О2 спiвпадала з поздовжньою вюсю башти, а Ох i Оу утворюва-ли горизонтальну площину (рис. б). Система координат Оху! прив'язана до шарнiру, який з'еднуе башту i гондолу, при чому вюь 0121 дотична до поз-довжньо! осi башти, а осi 0х1 i Оу утворюють площину обертання гондоли i спiвнапрямленi з Ох i Оу, вiдповiдно. Система координат О2х2у222 прив'язана до шарнiру, який з'еднуе гондолу i вiтроколесо, при чому вюь О2х2 спiвпадае з поздовжньою вюсю гондоли, а О222 ствнапрямлена з О121 i О2. Систему координат О3х3у323 розташовуемо у мiсцi розмiщення зосереджено! маси лопат тл таким чином, щоб вюь О323 була паралельною до ос лопат, а вiсь О3х3 - ств-напрямленою з О2х2 . Аналiзуючи отриману кiнематичну схему, можемо зроби-ти висновок, що система мае три ступенi вшьност: обертання навколо осi башти, гондоли i лопатi. Тому за узагальненi координати приймемо вiдповiднi кути повороту р, у i в.
Приймемо, що у початковому положеннi вiсь гондоли О2х2 спiвпадае з вiссю Ох1, ос О2, О121, О222, О323 - ствнапрямлеш, тобто лопать розмiшуеться вертикально, а й центр мас лопатi знаходиться у площинi обертання впроколе-са, тобто площини О3у323, О2у222 - паралельш (рис.). Внаслiдок руху системи гондола повернулася на деякий кут р навколо осi башти вщносно Ох1, впроко-лесо - на деякий кут у навколо ос гондоли вщносно О222, лопать - на деякий кут в навколо власно! ос вiдносно О3х3.
Для опису руху системи використаемо диференцiальнi рiвняння Лагран-жа другого роду. З рис. видно, що положения системи однозначно визначаеться кутами р, у, в. Тому для ще! системи кшьюсть рiвиянь Лагранжа другого роду буде дорiвнювати трьом i вони матимуть вигляд [7]:
& Г дЕк ) дЕк + дЕд + дЕп = ^ & Г дЕк ^ дЕк + дЕд + дЕп = ^ & \др ) др д(р др р & ^ ду) ду ду ду у
d (дЕК Л дЕК дЕд дЕП
dt I, )~~дв+~двв +~зв
(1)
де: ЕК, Ед, ЕП - кiнетична, дисипативна i потенцiальна енергiя системи, вщповщно, Qp, Qy, Qe - узагальнеш сили, що вiдповiдають обраним уза-гальненим координатам р, у, в, вщповщно.
Враховуючи те, що система складаегься i3 абсолютно жорстких тiл та iдеальних в'язей, mi 1х з'еднують, а також нехтуючи опором повiтря пiд час повороту лопатей впроколеса, можна припустити, що Ед = 0. Кшетичну енергiю системи в обертальному русi визначимо з тако1 залежностi [1, 2]:
Ек = 0.5,а{( +0.5-ЦУ/ +0.5-v(fJ- (2)
де: IZl, Ix2, Iz> - моменти шерцп пiдсистем (вiдповiдно, гондола-маточина впроколеса-лопать, маточина вiтроколеса-лопать, лопать) вщносно осей 01z1, O2x2 i O3z3. Визначатимемо 1х iз наступних залежностей:
Iz. = тхе ■ rie + тек ■ Гкк + тг ■ (dj + ¡¡/и) Ix2 = тл-¡Л + 0.5-тм -( + (rM - см )2); Iz2 = тл -b1, (3)
де: rxe, rBK - вiдстанi вiд ос башти до точок прикладення зосереджених мас хвостового стабЫзатора тхе i вiтроколеса тек, вщповщно; тг, dг, ¡г - маса, дiаметр i довжина гондоли, вщповщно; ¡л - приведена вщстань вiд осi обер-тання до центру мас лопатц рм - густина матерiалу маточини; тм - маса маточини; Ьл - приведена вщстань вiд ос обертання до центру мас лопап.
Потенцiальна енергiя системи нагромаджуватиметься внаслщок закру-чування пружини механiзму регулювання, тобто пiд час збiльшення кута повороту лопатi вiдносно початкового положения:
Еп = 0.5- Сев2, (4)
де Св - коефщент жорсткостi стрально1 пружини внаслiдок закручування.
Узагальнеш сили Qp, Qy, Qe можемо представити так:
Q = Pn-S-( + s-Ун-cos (k-ж-t ))2 Qp= 2 ; Q = ж-R? - Pn+ s-Vh-cos (k-n-t) Qy= 2 x
WR
VH + s-VH- cos (k- ж-t)
-в
WR
VH + s-VH- cos (k- ж-t)
(
-M-(ц/)т; (5)
Qg= 0.5- n-bn- Pn-lp-dp
(y/ )2- (R2 + (K - cos0f ) +
+ (VH + s-VH- cos (k- ж-1)) ((p2 - (lex + Ьл- sin в) - Ьл - cos в
+шл - g-Ьл- sin (y) - sin (в) + шл
((ex + Ьл-sine))' sine + +W • Rл■ Ьл- sin в
V У
+2 - тл - p- ц/- ^Rl + (Ьл- cos в)2 - cos y ■ Ьл - cos в,
де: рп - густина повиря; S - площа хвостового стабЫзатора; R - величина зовшшнього радiуса вгтроколеса; а, в, у - сталi коефщенти, величини яких можна визначити з експериментальних кривих аеродинамiчного моменту вггроколеса, використовуючи, наприклад, метод найменших квадрапв; VH - но-мiнальне значення швидкосп виру; s i к - коефщенти величини i перюдич-носп пульсацп швидкостi вiтру, вщповщно; M i т - коефщент пропор-цiйностi та показник степеня моменту навантаження на валу вгтроколеса; lex - вiдстань вiд осi башти до осi лопатц Rл - вщстань вiд осi гондоли до центру мас лопап.
Отже, система диференщальних рiвнянь (1), яка описуе динамiку складного руху лопатей горизонтально-осьово! вiтроустановки, з урахуванням залеж-ностей (2), (3), (4) i (5), матиме вигляд:
\mXe ■ rXe + mex ■ reXx + тг ■ (di + 42/12)) • p = —-(vH-H-(-^ i
(тл- 1л2 + 0.5- тм- (rM + (rM - см )2 ))y = п R — (Vh + s 2Vh cos (k n t))
WR
-в
W R
-Y
(6)
VH + s - VH - cos (k - ж-t) ^ VH + s - VH - cos (k - ж-t)
.. ( (y/)2- (R2 + (Ьл- cos в)2) +
тл- ЬI- в + Св-в = 0.5- n-Ьл- Pn-lp-dp-
+(VH + s • VH - cos (k - ж -1))' p2 - (lex + Ьл - sin в)-Ьл-cos в +тл- g-Ьл -sin (y)-sin (в) + тл- +(■( + Ьл- sin в) -Ьл- sin в +
+W Rл■ Ьл - sin в
+2- тл- p-ц- ^Ri + (Ьл- cos в)2 •cosц-bл• cos в.
M- (y)
Висновки. Розглядаючи башту, гондолу та iншi елементи впроустанов-ки як абсолютно жорстю тiла, а в'язi, що 1х з'еднують, - як iдеальнi, побудовано спрощену кiнематичну схему вiстроустановки. Проаналiзовано питання складного руху лопатей внаслщок поривчастих вiтрiв за умови використання в конструкцп вiтроколеса спещального механiзму регулювання ii кута атаки. По-будову системи диференцiальних рiвнянь руху проводили на основi принцитв аналп'ично1 механiки з урахуванням мшливосл швидкостi та напрямку впрово-го потоку для рiзних значень жорсткосл поворотно1 пружини.
Система (6) адекватно описуе динамiчну поведiнку лопатей горизон-тально-осьово1 вiтроустановки пщ час 1х одночасного нерiвномiрного обертання навколо трьох осей: башти, гондоли i власних поздовжнiх осей.
На основi проведеного аналiзу динамiки вiтроустановки на подальших етапах дослщжень планують доповнити (уточнити) iснуючi математичнi моделi горизонтально-осьових впроустановок, якi використовують у сво1й конструкцп механiчнi системи повороту лопатей (пружинш регулятори), та проаналiзувати можливостi оптимiзацii 1х роботи.
Л1тература
1. Hodges D. Multi-Flexible-Body Analysis for Application to Wind-Turbine Control Design / D. Hodges, M. Patil // Proceedings of the ASME Wind Energy Symposium, Reno, Nevada, January, 2001. - pP. 281-300.
2. Molenaarx D. Modeling of Structural Dynamics of Lagerwey LW-50/750 Wind Turbine / D. Molenaarx, S. Dijkstra // Wind Engineering. - 1998. - Vol. 22, No. 6. - Pp. 253-264.
3. Bir G. Modal Analysis of a Teetered-Rotor Wind Turbine Using the Floquet Approach / G. Bir, C. Stol // Proceedings of the ASME Wind Energy Symposium, Reno, Nevada, January, 2000. -Pp. 23-33.
4. Кузьо I.В. Математичне моделювання динамо тихохщного впроколеса / 1.В. Кузьо, В.М. Корендш // Нау^ нотатки. - 2011. - № 33. - С. 115-123.
5. Корендш В.М. Оцшювання характеристик мщносп та жорсткосп лопатей тихохщного впроколеса / В.М. Корендш // Автоматизащя виробничих процешв у машинобудуванш та приладобудуванш. - 2011. - N» 45. - С. 68-75.
6. Корендш В.М. Коливш процеси лопатей впроустановок / В.М. Корендш // Вiбрацii в технщ та технолопях. - 2012. - № 1 (65). - С. 5-10.
7. Кузьо 1.В. Коливання лопатей у площиш обертання впроколеса / 1.В. Кузьо, В.М. Корендш, H.I. Прокопець // Галузеве машинобудування, будiвництво : зб. наук. праць. -2012. - Вип. 2 (32), т. 1. - С. 111-119.
Корендий В.М. Динамика сложного движения лопастей ветроуста-
новки
На основе упрощенной кинематической схемы ветроустановки построена система дифференциальных уравнений сложного движения лопасти - неравномерного вращения вокруг трех осей: башни (при изменении направления ветра), гондолы (вследствие взаимодействия с потоком воздуха) и собственной продольной оси (при изменении скорости потока воздуха). Проанализированы аэродинамические, гравитационные и инерционные нагрузки на лопасть при использовании в конструкции ветроколеса механизма пассивной стабилизации его угловой скорости.
Ключевые слова: ветроустановка, сложное движение лопасти, ветроколесо, механизм пассивной стабилизации угловой скорости.
Korendiy V.M. Dynamics of compound motion of wind turbine blades.
The system of differential equations of blade compound motion - irregular rotation round three axes: tower (at change of wind direction), nacelle (as a result of interaction with air flow) and own longitudinal axis (at change of wind flow velocity) is built on the basis of simplified kinetic scheme of wind turbine. Aerodynamic, gravitational and inertial
loadings on the blade under usage of the mechanism of passive stabilization of wind-wheel angular velocity in its construction are analyzed.
Keywords: wind turbine, blade compound motion, wind-wheel, mechanism of passive stabilization of angular velocity.
УДК 630*6(075.8) Здобувач Н.М. Собко1 - НЛТУ Украгни, м. Львв
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ОСНОВНИХ ПОКАЗНИК1В РОБОТИ Л1СОЗАГОТ1ВЕЛЬНО1 ТЕХН1КИ В Г1РСЬКИХ УМОВАХ
Для дослщження змши показниюв роботи люозагствельно! техшки використа-но методику планування багатофакторного експерименту. Отримано рiвняння регре-011 для визначення продуктивной машин енергомюткос^ трелювально! технiки та собiвартостi вивезено! деревини залежно вщ природних та виробничих умов, яга да-дуть змогу прогнозувати змшу цих параметр!в.
Ефекгившсть роботи люозагопвельно! техшки визначаеться технолопч-ними та експлуатацшними показниками, як! безпосередньо впливають на собь вартiсть вивезено! деревини.
Аналiз роботи люозагопвельно! технiки у виробничих умовах Держлю-гоств Льв1всько1, 1вано-Франювсько1, Закарпатсько! та Чершвецько! областей, виконаш з участю автора, та аналiз дослiджень лiсозаготiвельникiв i люовод1в показав, що основними параметрами, як! характеризують роботу машин i зале-жать як вщ природних, так i виробничих умов, можна вважати продукгившсть, виробничий потенцiал, енергомiсткiсть та собiвартiсть заготовлено! деревини [1-3], яю залежать в1д технiчних характеристик машин (потужшсть, вантажот-дiймальнiсть, швидюсть перемiщения колод) та природних умов (об'ему стовбу-ра, запасу деревини на люоащ та ухилу траси установки чи трелювального волоку). На основ1 даних про роботу машин у виробничих умовах можна отрима-ти емшричш залежностi для визначення продуктивност працi, енергомiсткостi та собiвартостi заготовлено! деревини. З щею метою скористаемося методикою планування багатофакторного експерименту [4].
У загальному вигляд1 функщя вщгуку, яка е параметром оптимiзацil п, може бути представлена залежнютю:
П= /(х1, Х2,-Хк), (1)
де: х1,х2,...хк - незалежнi змшш фактори, к - число фактс^в.
За результатами експерименту можна визначити ви61рков1 коефiцiенти регресп. Тод1 р1вняння регресп можна записати в такому вид1:
у = Ь0 + Ь • XI + Ь2- х2 + Ь12- х1 • х2 + Ь11 • х1 +...,
, , 2 (2)
.. Ь(к-1) • х(к-1) • хк +... + Ьгк-хК,
де: у - вибiркова оцшка функцп вщгуку п; Ь0,ЬьЬ2,Ь12... - ви61рков1 коефь цiенти регресп.
Для визначення коефщенпв р1вняння (2) достатньо реалiзувати фактор-ний експеримент типу 2к. Для зручност запису умов експерименту та оброблен-
1 Наук. кер1вник: доц. О.М. Адамовський, канд. екон. наук - НЛТУ Украши, м. Льв1в
3. Технолопя та устаткування лiсовиробничого комплексу 121
