CC BY
21
7. Сайт информационной системы по содержанию ГОСТов [Электронный ресурс] URL: https://fgos.ru/ (дата обращения: 10.11.2018).
8. Сайт информационной системы по содержанию ГОСТов [Электронный ресурс] URL: http://www.gost.ru (дата обращения: 10.11.2018).
9. Сайт федеральных государственных образовательных стандартов [Электронный ресурс] URL: https://fgos.ru/ (дата обращения: 10.11.2018).
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, energy@tula. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Котеленко Светлана Владимировна, канд. техн. наук, ассистент, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE MAIN ASPECTS OF THE DEVELOPMENT OF THE DISCIPLINE «PROBLEMS OF AERODYNAMICS AND HYDRODYNAMICS IN UNCONVENTIONAL POWER PLANTS»
V.M. Stepanov, S.V. Kotelenko
The article is devoted to the training course «Problems of aerodynamics and hydrodynamics in unconventional power plants» with a description of the course competencies, educational technologies, the procedure for certification and assessment of student achievements in the discipline.
Key words: competence, educational technology, evaluation, system of evaluation of achievements.
Stepanov Vladimir Mikhaylovich, doctor of technical sciences, professor, ener-gy@tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kotelenko Svetlana Vladimirovna, candidate of technical sciences, assistant, S. V.Kuzmina@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.313
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗОК СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПОВОРОТОМ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ
С.В. Ершов, М.Э. Алтунин
Представлены возможные конструктивные решения адаптивной системы управления устройства отслеживания положения Солнца, имеющего две оси вращения: горизонтальную неподвижную ось и наклонную подвижную ось. Предлагаемая конструкция обеспечивает сокращения потерь накапливаемой энергии и повышение энергоэффективности системы. Затронуты вопросы определения параметров нагрузки в зависимости от рабочих положений системы слежения (положений, соответствующих минимальному и максимальному углам вращения), с учетом влияния ветрового давления.
Ключевые слова: адаптивная система слежения, конструктивные особенности, линейный привод, нагрузка.
Основным преимуществом использования системы слежения положения Солнца является увеличение количества преобразованной солнечной энергии [1]. В качестве недостатков можно отметитьзначительные затраты на строительство и
197
эксплуатацию. Оптимизация конструкцииобеспечивает улучшение технико-экономических характеристик системы слежения за положением солнца за счет уменьшения затрат на строительство и эксплуатацию.
Наилучшие результаты дает использование, так называемой экваториальной системе слежения [2] (рис. 1). Конструктивно данная система представляет собой две оси вращения: горизонтальную неподвижную ось (определяющая угол ориентации у) и наклонную подвижную ось (определяющая угол ориентации Р). Вращение вокруг горизонтальной оси должно выполняться с интервалом в несколько дней (каждый сезон года), а вращение вокруг вертикальной оси должно выполняться каждый день для точного ежедневного слежения за солнцем. Для выполнения двух движений одновременно используются линейные приводы.
Рис. 1. Общий вид системы слежения за положением солнца
В статье представлена методология определения нагрузок, связанных с предварительным анализом прочности элементов системы слежения, а также некоторые выводы, сделанные на основе анализа видов нагрузок и их участии в удельной нагрузке элементов. Параметры нагрузок зависят от функциональных положений системы слежения, а также от нагрузок, вызванных собственными массами, ветром и т. д. (заданными спецификой региона).
Нагрузки и их виды. Система слежения, рассматриваемая в статье оснащена панелью солнечной батареи, имеющей поверхность размерами 1,48*0,67 м2, площадью прибл. 1 м2. Максимальная скорость ветра в Центральном региона России составляет 30 м/с, что создает максимальную ветровую нагрузку на панели Жтах = 580 Н при максимальном давлении ветра рт = 580 Н/м2. За направление ветра принято направление к лицевой части панели (рис. 2, а, б, в) или к тыльной части панели (рис.2, г,д,е). В зависимости от распределения давления воздуха на панели параметры ветровой нагрузки будут различны: равномерное распределение давления приводит к увеличению силы ветра (рис. 2, а, г); трапециевидное распределение может быть как прямым, так и обратным, в зависимости от направления ветра (рис. 2, б, д); так же как и треугольное распределение (рис.2, в, е). Для всех шести случаев ветровой нагрузки, представленных на рис. 2, нагрузка может быть выражена единичной силой ветра Ж и моментомМ, действующей на оси панели, со значениями, указанными в табл. 1.
Расчетный вес рассматриваемой конструкции составляет О = 250Н, вес панели должен учитывать вес всех частей (рамки), непосредственно прикрепленными к ней.
В табл. 2 представлены характеры нагрузки, обусловленные граничными положениями системы слежения.
Рис. 2. Ветровые нагрузки в зависимости от характера распределения
давления ветра
Таблица 1
Направление ветра на лицевую часть панели Направление ветра на тыльную часть панели
Распре- дел. ветра 1 Распре- дел. ветра 2 Распре- дел. ветра 3 Распре- дел. ветра 4 Распре- дел. ветра 5 Распре- дел. ветра 6
Ж Жтах 1ж 2 тах 3 ж 2 тах - Жтах -1ж 2 тах - 3 ж 2 тах
м 0 — ж 1 12 тах 24 Жтах1 0 - — Ж 1 12 тах - — Ж 1 24 тах
Таблица 2
Характер нагрузки __
1 - Восход при зимнем солнцестоянии 2 - Закат при зимнем солнцестоянии 3 - Полдень при зимнем солнцестоянии 4 - Восход при летнем солнцестоянии 5 - Закат при летнем солнцестоянии 6 - Полдень при зимнем солнцестоянии
у*= 55°; в*= +48° у*= 55°; в*= -48° у*= 67°; в*= 0° у*= 0°; в*= +65° у*= 0°; в*= -65° у*= 23°; в*= 0°
Конструктивные особенности системы слежения. Адаптивная система слежения с линейными приводами, рассматриваемая в данной статье, представлена на рис. 3. Панель 1 собрана на раме из Ь-образных профилей 2, установленных вдоль панели, свариваемых еще двумя Ь-образными профилями 3. В середине профилей 3 подшипники 4 и 5 вместе с центральной балкой 6 Ц-образногопрофиля образуют суточную ось вращения панели. Ежедневное вращательное движение (с углом в) выполняется с помощью винтового линейного привода 10, прикрепленного с помощьювращающейся оси11, закрепленной с помощью винтов на центральной балкек прямоугольной балке 9. Конец винта исполнительного механизма крепится с помощью поворотного соединения на болтах 12, расположенных на Ь-образном профиле 3.
Движение в зависимости от изменения широты (в соответствии с текущим сезоном) выполняется вокруг оси вращения, опирающейся на подшипники 7, которая соединяет середину центральной балки 6 с опорой 8. Сезонное вращательное движение (равное углу у) выполняется с помощью винтового линейного привода 14, прикрепленного к опоре 8 с поворотным звеном 15. Один из концов привода исполнительного механизма, соединенного с вращательным звеном рычагом 13, установлен на центральной балке 6.
Методика определения весовых и ветровых нагрузок
Рассматриваемая конструкция слежения совершает поворот в трехосной системе координат (рис.4) на углы у и р.С учетом использования трехосной системы ко-ординатсоставляющие нагрузки от веса и ветра будут определяться как:
Gz=- G ; Gxi=Gz sin g ; Gyi= 0 ; Gzi =Gz cos g ; Gx2=Gxi=Gz sin g; Gy2=Gzi sinP=Gz cosgsinP; Gz2=GzicosP= Gzcosg cosP ; Wz2 = -W; WZi = WZ2cosp ; Wyi = -Wz2sin p ; My2 = -M ; Md = 0 ; Myi = M y2cosP ; Mzi = My2sin P .
(i) (2) (3)
Рис. 3. Конструктивные элементы системы слежения
На рис. 4 представлена диаграмма расчетов для движений на суточной оси вращения и в линейном приводе. Сила в линейном приводе
Gy2^i cos Pe
Fc =
(4)
где
Рв = arctan
a sin j ei - e2
Положительное значение означает сжатие, а отрицательное значение означает натяжение винта исполнительного механизма. В табл. 3 представлены формулы для расчета нагрузки на ось А и реакции на подшипник оси А. Реакции в подшипниках:
Ял'=л/ Fy22a" + fz\a' .
RA" = V Fy2 A" + Fz2 A" FA = Fx2.
(5)
T—li-1 b
Рис. 4. Расчетная диаграмма для суточных нагрузок на ось
a
Таблица 3
Нагрузки на ось A _
Точка Силы Моменты
Х2 y2 Z2 x2 y2 Z2
А Gx2 Gy2 + Fc cos( j-b e ) Gy2 + WZ2 + Fc sin( j — be) 0 My 2 — Gx2 e1 0
Fx2 Fy2 Fz2 - - -
A' Gx2 Gy2 + Fc cos(j — be ) 2 Gy2 + Wz2 + Fcsm(j — Pe ) —-+ 2 My2 — Gx2e1 +--- l1 - - -
A" 0 Gy2 + Fccos(j — be) 2 Gy2 + Wz2 + Fcsm(j — Pe ) —-+ 2 My2 — Gx2e1 +--- l1 - - -
Выводы. Исходя из результатов, представленных выше, можно сделать следующие выводы:
- распределение ветровой нагрузки 2 (для ветра, направленного на лицевую сторону панели) и 5 (для ветра, направленного на тыльную сторону панели) создает большие радиальные нагрузки для оси D и осевой силы в сезонных приводах E; Влияние особенностей распределения ветровой нагрузки на формирование общих нагрузочных параметров не имеет значения, даже если максимальная нагрузка на ось A задается ветром с распределением 4;
- виды нагрузки 6 и тип ветра 4 дают большую радиальную нагрузку на ось A; более сильная осевая нагрузка на ось A задается видом нагрузки 3 и типом ветра 2; большую радиальную нагрузку на ось D задают вид нагрузки 1 и тип ветра 2, а большая осевая нагрузка на ось D задается при нагрузках 4 и 6 и ветре 4;
- большая осевая нагрузка на исполнительный механизм C винта максимальна для нагрузок типа 4 (натяжение) и 2 (сжатие) и ветра 2; большая осевая нагрузка на исполнительный винтовой подъемник E максимальна (натяжение) для нагрузок 1 и 2 и ветра 2.
Список литературы
1. Clark R.N., Vick B.D. Performance Comparison of Tracking and Non-Tracking Solar Photovoltaic Water Pumping Systems, Presentation at the 1997 ASAE Annual International Meeting Minneapolis, Minnesota (1997).
2. Diaconescu D., Visa I., Burduhos B., Dinicu V. The Incidence Angles of the Trackers Used for the PV Panels' Orientation. Part I: Equatorial Trackers, International Conference on Economic Engineering and Manufacturing Systems RECENT, 2007. Vol. X.
3. Roger A., Messenger J. Photovoltaic Systems Engineering. CRC Press, Boca Raton, 2004.
4. Co§oiu C.I., Damian A., Damian R.M., Degeratu M. Numerical and experimental investigation of wind induced pressures on a photovoltaic solar panel // International Conference on Energy, Environment, Ecosystems and Sustainable Development, Algarve, Portugal, 2008.
5. NP-082-04. Eurocode 1. Design Code. Bases of Design and Actions on Buildings. Action of Wind. Monitorul Oficial al Romaniei.
Ершов Сергей Викторович, кандидат технических наук, доцент, erschov. serrg@,mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Алтунин Марк Эдуардович, магистр, Kafelene@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHOD OF DETERMINATION OF LOAD CONTROL SYSTEMS TURN SOLAR PANELS
S. V. Ershov, M.E. Altunin
Possible constructive solutions for the adaptive control system of the device for tracking the position of the Sun, which has two axes of rotation: a horizontal fixed axis and an inclined movable axis, are presented. The proposed design provides a reduction in the loss of accumulated energy and increase the energy efficiency of the system. The issues of determining the parameters of the load depending on the working positions of the tracking system (the positions corresponding to the minimum and maximum angles of rotation), taking into account the effect of wind pressure, are touched upon.
Key words: adaptive tracking system, design features, linear drive, load.
Ershov Sergey Victorovich, candidate of technical science, docent, erschov. serrg@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Altunin Mark Eduardovich, magister, Kafelene@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.319.74
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ, ПРИВОДЯЩИХ К ЯВЛЕНИЮ ПИТТИНГА ВАЛОВ И ПОДШИПНИКОВ ТУРБОКОМПРЕССОРОВ
В.М. Степанов, Ю.И. Горелов, В.Ю. Карницкий, С.И. Удовиченко
Рассмотрены вопросы математического моделирования процессов возникновения питтинга валов и подшипников. На основе теории статического электричества получены выражения, позволяющие определить частоту искровых электрических разрядов в подшипниках турбокомпрессоров.
Ключевые слова: статическое электричество, питтинг, турбокомпрессор, подшипники скольжения, искровой электрический разряд.
Точечный питтинг в результате электрического сваривания часто имеет регулярный характер на поверхностях элементов качения и скольжения технологического оборудования. Он происходит в результате прохождения через эти элементы электрического тока. Явление питтинга приводит к быстрому износу технологического оборудования и выводу его в ремонт [1]. Наиболее распространённой причиной питтинга является статическое электричество, возникающее при наличии в технологической цепочке источников его генерации. В настоящей статье рассматриваются вопросы математического моделирования процессов возникновения явления питтинга применительно к технологической цепочке, состоящей из механического фильтра всасываемого воздуха; трубопроводавсаса от механического фильтра до компрессора; турбокомпрессора воздуха.
