К вопросу установки систем слежения гелиотехнических установок Текст научной статьи по специальности «Физика»

 TECHNICAL SCIENCES

К ВОПРОСУ УСТАНОВКИ СИСТЕМ СЛЕЖЕНИЯ ГЕЛИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Авчиев Ш.К.

Ташкентский архитектурно-строительный институт, доцент ТО THE ISSUE OF INSTALLATION OF TRACKING SYSTEMS FOR SOLAR INSTALLATIONS

Avchiyev Sh.K.

Tashkent institute of Architecture and Civil Engineering, Docent

АННОТАЦИЯ

Предложена оптимальная методика установки электрической оси датчика параллельно оптической оси концентратора. Определен порядок действий в процессе установки их и оценена средняя квадратическая погрешность выполнения каждого.

ABSTRACT

The optimal method for installing the electrical axis of the sensor parallel to the optical axis of the concentrator is proposed. The order of actions in the process of installing them and the estimate of the mean square error of each.

Ключевые слова: высокотемпературная солнечная установка, разворот гелиостата, система слежения, оптическая ось, видимое движение Солнца, датчик направления, нормаль, электрическая ось, концентратор, световой поток, гелиостат, геометрическая ось, солнечная оптическая печь.

Keywords: high-temperature solar installation, heliostat reversal, tracking system, optical axis, visible movement of the Sun, direction sensor, normal, electric axis, hub, light beam, heliostat, geometric axis, solar optical furnace.

Условием непрерывной работы высокотемпературных солнечных установок является постоянное соответствие между движением гелиостатов и видимым перемещением Солнца.

Невыполнение этого условия приводит к существенному снижению эффективности солнечной установки по сравнению с расчетной величиной.

В гелиотехнике контроль разворотов гелиостатов в зависимости от видимого движения Солнца осуществляется с помощью систем слежения, принцип работы которых основан на практически непрерывном наблюдении рассогласования прицельного направления с направлением отраженного от гелиостата солнечного потока. В зависимости от вида гелиоустановки прицельное направление расположено параллельно оптической оси концентратора (СП) или ориентировано на парагенератор (СЭС).

Системы слежения, в зависимости от характера использования гелиоустановок, подразделяются на программные и следящие [1,2].

В программных системах ориентирование отраженных от гелиостатов солнечных лучей осуществляется исполнительными механизмами по заранее заданной программе, учитывающей видимое движение Солнца, широту место нахождения гелиоустановки, координаты расположения гелиостатов и приемника.

В следящих системах ориентирование отраженных от гелиостата солнечных лучей осуществляется датчиками направления.

Назначение датчика направления состоит в выдаче управляющих сигналов при отклонении отраженных гелиостатами лучей от направления электрической оси датчика, а также сигнала в случае потери объекта слежения т.е. Солнца [1].

Для установки электрической оси параллельно оптической оси концентратора датчик, как правило, содержит базовый элемент (визирное устройство, плоское зеркало и т.п.), ось или нормаль (геометрическая ось) которого должна быть параллельна или совпадать с электрической осью. Методика установки таких датчиков в рабочее положение, т.е. параллельно оптической оси концентратора, известна [1,3].

Однако, процесс параллельной установки электрической и геометрической осей датчика достаточно сложен и сопровождается неизбежными погрешностями.

Для их исключения предлагается методика непосредственной установки электрических осей датчиков параллельно оптической оси концентратора.

Рассмотрим на примере наиболее распространенной компоновки солнечной оптической печи (см.рис.1) последовательность операций по установке датчиков направлений и оценим точность их установки.

По рис.1 видно, что постоянный поток светового излучения целесообразно ориентировать перпендикулярно оптической оси I концентратора 2, а затем изменять ход его лучей на 90°. При использовании такой схемы появляется возможность установки всех датчиков направлений 3, лежащих по каждой из линий. !-. !'Б-Б', В-В' и т.д., путем малого количества установок устройства, задающего световой поток.

Основные операции, влияющие на точность ориентирования датчиков направлений по предложенной схеме, следующие.

1. Привязка к действительному положению оптической оси концентратора.

2. Определение направления хотя бы одного перпендикуляра к оптической оси концентратора, и его фиксация на закладных деталях или обноске.

3. Определение направлений остальных перпендикуляров, и их фиксация на закладных деталях или обноске.

4. Совмещение оси устройства, задающего световой поток, с направлением перпендикуляра.

5. Установка устройств, преломляющих световой пучок на 90°, в проектное положение.

6. Установка датчиков направлений и совмещение их электрических осей с направлениями, параллельными оптической оси концентратора.

Проанализируем погрешности, возникающие в результате выполнения каждой из перечисленных операций [3,4].

Привязка к зафиксированному на элементах конструкции печи или обноске положению проекции оптической оси 00' осуществляется с использованием теодолита Т2 с средними квадратическими погрешностями центрирования в точке 0' шц= 1 мм, фиксации второй точки 0 оси Шф = 0,2 мм и визирования 1пв = 2".

Влияние погрешности центрирования может быть уменьшено до 0,3 мм путем измерения вели-

чины Ol' 0' вторую точку ОСИ Ol', смещенную относительно первоначальной на величину сдвига по его направлению.

В этом случае, средняя квадратическая погрешность привязки к оптической оси концентратора вычисляется по формуле:

т

прив

2 і одмм|р і

(1)

где SOı' 0 - расстояние между точками установки теодолита и 0. При S = К) м величина тпрпв=

9".

Определение направления перпендикуляра 1111' к оптической оси 00' осуществляется пу тем отложения в точке Oı' углов 0, 0ı' П, 0і Оі'П' равных 90° и их фиксации на обноске в точках П и П'.

Для этого откладывают влево и вправо от направления Oi' 0', углы равные 90° и фиксируют точки пересечения визирных лучей с обноской временными метками. Далее измеряют эти углы и расстояния от точки 0і' до временных меток. По величинам измеренных углов и расстояниям до соответственных меток вычисляют величины сдвига временных меток до образования углов равных 90° по формуле:

q __ (90°—/?нзм)50іП (2%

где Soi 'п - расстояние от точки установки теодолита до временной метки.

А

Б

П

В

Г

Рис. 1. Схема последовательности операций по установке датчиков слежений

Откладывают от временных меток по направлениям, параллельным оси 00' вычисленные величины сдвигов - д и фиксируют на обноске с средней квадратической погрешностью гпф = 0,3 мм окончательные метки П и ГГ. При положительном знаке 5 отложение производят от концентратора, при отрицательном - к концентратору.

Погрешность задания каждого из перпендикуляров ОГП и ОГП подсчитывается по формуле:

nip

+

тф р2 S2

(3)

а средняя квадратическая погрешность определения направления ПП' по формуле:

т2 / S2, +т2 / S2f

J.O-! :п о-|:г J-O-Jjn O-jjn

(s , +S, Y

V (ЦП ОіП )

Приняв Шр=2", тф=0,3 мм, Soı'n =10м, Soı'n-ЗОм, т^0/.п =6,5", гп^0/.п,=2,9" гппп,=2,7". Если Soı'n = Soı'n' =20м, то mı0ı:п = mı0>:n, =3,7 " а гппп,=2,6".

Перпендикуляры АА', ББ’, ВВ', ГГ и др. задают отложением от точек П и П' по направлениям, параллельным 00', расстояний, определенных по исполнительному плану, меяеду ПП' и створами каждого из перпендикуляров. При этом точность определения расстояний по исполнительному плану порядка 15 см не играет никакой роли, так как для задания створов, параллельным ПП', достаточно обеспечить только равенство откладываемых расстояний.

Средняя квадратическая погрешность определения направления створов этих перпендикуляров даств., полученных рассмотренным путем, определяется формулой:

2

9 тотл7ЇГр

L O-jjn O-jjn J

где п - количество отложенных концевой мерой длин. Для указанных ранее условий при однократном отложении длины (п = 1) имеем т ств. = 3,6", а при девятикратном - т ств. = 10,9".

Устанавливаем теодолиты Ті и Тг в вертикальной плоскости одного из створов (АА', ВВ'...) проходящей через точки пересечения штрихов на обноске. Теодолиты устанавливают меяеду точками обноски примерно в 1 -2 м от них.

Средняя квадратическая погрешность установки теодолитов в створ любого из перпендикуляров легко может быть доведена до 0,5 мм.

Затем, вблизи одного из пересечений штрихов, примерно на его горизонте, устанавливают прожектор, При этом добиваются, чтобы нить его лампы была совмещена с вертикальной плоскостью перпендикуляра, заданного визирной плоскостью теодолита, расположенного вблизи противополоясной обноски, а поток светового излучения располагался симметрично перекрестия штрихов на ней.

Средней квадратической погрешностью совмещения нити лампы со створом перпендикуляра пренебрегаем, т.к. она равна 0,5 мм ^,

где а - расстояние от ближайшего перекрестия до нити лампы;

b - расстояние от дальнего теодолита до этого же перекрестия.

Средняя квадратическая погрешность тс установки светового потока в плоскость перпендикуляра может быть рассчитан по формуле:

тс

тф-р2

s2

(6)

где піф - средняя квадратическая погрешность совмещения центра светового потока прожектора с перекрестием обноски ; S - расстояние от прожектора до обноски.

При гпф = 6 мм, тс=30".

Погрешность установки основания пентапризмы в горизонтальное положение по направлению оси концентратора рассчитывается по цене деления уровня установленного на пентапризме.

При т = 15",

Шур = (0,3 н- 0,5')т = 4.5 н- 7.5"

Величину преломляющего пентапризмой угла моясно определить из лабораторных исследований с погрешностью порядка 5".

Непосредственная установка электрических осей датчиков слежения производится в следующем порядке.

На отдельном штативе перед стойкой датчика устанавливается пентапризма, так, чтобы преломленный световой поток был горизонтален и падал на датчик. Поворачивая датчик по азимуту и зениту добиваемся остановок осей вращения двигателей азимутальной и зенитальной осей гелиостата. Фиксируем датчик в этом положении. Таким образом осуществляются установки всех датчиков.

Средняя квадратическая погрешность установки электрической оси датчика параллельно оси концентратора по азимуту и зениту рассчитываются по формулам:

™д.а = ™прив + ™пп + ™ств + + ™приз + ™ІА,

т1з = ™ур + ™1з ■ (7)

Принимая значения средних квадратических погрешностей равными вычисленным получим:

™д.а =

V 92 + (2,7)2 + 52 + ЗО2 + 52 + (12,8)2 = 35,8"; шд, = V?2 + (9,2 )2 = 12".

Общая средняя квадратическая погрешность ориентирования датчика равна:

ш0

Шд.А + т1з

= 37"

Как видно из выполненных расчетов, при соблюдении описанной методики и приведенных в расчетах параметрах средняя квадратическая погрешность ориентирования датчиков не превысит Г, тогда как пред рассчитанная величина средней квадратической погрешности ориентирования должна быть не более 2,2'. Следовательно, предложенная методика ориентирования имеет достаточно большой запас точности.

Литература

Г Захидов Р.А. Теория и расчёт гелиотехнических концентрирующих систем - Ташкент: Фан, 1977. -142с.

2. Шермазанян Я.Т., Вартанян А.В. Исследование кинематических зависимостей некоторых схем слежения за солнцем//Журнал «Гелиотехника», №3, 1970.

3. Авчиев Ш.К. Исследования точности основных параметров датчика слежения//Научно - практический журнал «Архитектура. Строительства. Дизайн», Ташкент, №1, 2015.

4. Лукьянов В.Ф. Расчёты точности инженерно-геодезических работ. М. Недра, 1981.

УЧЕТ НЕЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВ БЕТОНА ПРИ КРУЧЕНИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Азизов Т.Н.

доктор технических наук, профессор, Уманский государственный педагогический университет имени Павла Тычины

ACCOUNT OF NONLINEAR PROPERTIES OF CONCRETE WHEN TURNING REINFORCED

CONCRETE STEM ELEMENTS

Azizov T.

Professor, DSc (eng.), Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Ukraine

АННОТАЦИЯ

Приведена методика получения диаграммы «крутящий момент-угол закручивания» для стержневых железобетонных элементов любого поперечного сечения. Методика расчета основана на пошаговом увеличении относительного угла закручивания. Касательные напряжения на каждом шаге определяют непосредственно из диаграммы сдвига бетона. Затем определяют момент, созданный этими напряжениями. Так получают одну точку диаграммы. Далее процедура продолжается до момента, когда крутящий момент в сечении начинает уменьшаться, что является исчерпанием несущей способности элемента.

ABSTRACT

The article presents the method of constructing the “torsion moment-angle” diagram for core reinforced concrete elements. Rods of any cross section are considered. The points in the diagram are calculated at each step of increasing the angle. The tangential stresses at each step are determined directly from the concrete shear diagram. Then the moment that these stresses create is calculated. Then the procedure continues until the moment of torsion in the section decreases. This means reaching the ultimate strength of the element.

Ключевые слова: кручение, железобетонный стержень, нелинейные свойства, диаграмма.

Keywords: torsion, reinforced concrete rod, nonlinear properties, diagram

Постановка задачи и анализ исследований.

Вопросам расчета железобетонных элементов посвящено немало работ. Однако в большинстве работ по расчету прочности и жесткости железобетонных элементов рассматриваются пространственные сечения, а в случае трещинообразования - пространственные трещины кручения [6, 7]. Автором настоящей статьи и его учениками проведены исследования и опубликован ряд работ о расчете жесткости железобетонных элементов с нормальными трещинами при кручении [1, 3, 8]. В основном в этих работах решается задача определения напряженного состояния блока, отделенного нормальными трещинами, на который крутящие моменты передаются через часть сечения.

Приближенное решение задачи о кручении стержневого железобетонного элемента с учетом нелинейных свойств рассматривались в работе [10]. Там сделана попытка учета нелинейных свойств бетона. Однако в этой работе допущена существенная ошибка, когда касательные напряжения в сечении определялись по формулам теории упругости, что

никак не может быть оправдано.

В связи с вышесказанным целью настоящей статьи является разработка методики определения крутильной жесткости стержневого железобетонного элемента с учетом нелинейных свойств бетона.

Изложение основного материала.

Рассмотрим нормальное сечение стержневого элемента, подверженного кручению. Для простоты пояснения пока будем рассматривать сечение без наличия арматуры. Учет арматуры производится как принято в расчете железобетонных элементов на изгиб умножением площади элементов арматуры на коэффициент приведения, равный отношению модуля упругости арматуры к модулю упругости бетона. Кроме того, рассмотрим для простоты пояснения методики прямоугольное сечение. Элементы любого другого сечения могут быть рассчитаны с использованием рассмотренного ниже способа.

Разобьем поперечное сечение на некоторое количество прямоугольников (рис. 1).