CC BY
28
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 = - 0,01723 м.
Проведем расчет на прочность стойки крепи с насадкой для нагрузки Тр = 0,780 МН. Изгибающий момент для рассматриваемого сечения равен Мп =Тр- уъ= 0,01344 МНм. Момент сопротивления сечения стойки в рассматриваемом сечении, где расположена 2J
надставка составляет ]¥ = —- = 2,1195 • 1(Г5 м3.
</4
м
Величина изгибного напряжения в надставке составит сг = —- = 535 МПа.
"
Т лсР"
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) < [сг] = — = 866 МПа;
п
Величина напряжения со стороны растянутых волокон: ег£ =256 МПа < [сг] = 866 МПа;
Величина напряжения со стороны сжатых волокон: сг^ =811 МПа < [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 1м. 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 регулярной\нерегулярной 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). "A Novel Turbine for Offshore Wind Energy: Design and Energy Conversion," Proc 12th Int Offshore and Polar Eng Conf, ISOPE, KitaKyushu, Vol 1, pp 700-706.
2. Cheboxarov, VV, and Cheboxarov, VV (2009). "WEMU Design: Large Capacity Low-Speed Vertical-Axis Wind Turbines with Rotary Blades," Wind Turbines: Types, Economics and Development, Nova Science Pub, NY, pp 199 - 222.
3. Cheboxarov, VV, and Cheboxarov, VV (2009). "Numerical Simulation of Wave and Current Interaction with Rotary Pontoon of Offshore Wind Turbine," Proc 19th Int Offshore and Polar Eng Conf, ISOPE, Osaka, Vol l,pp 398-405.
4. Phillips, OM (1980). "The Dynamics of the Upper Ocean," Cambridge University Press, 2nd ed., 344 p.
