Анотація до роботи:

Некрасов Ю.П. Динамічні дії вітру на металеві гратчасті башти вітроенергетичних установок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - Будівельні конструкції, будинки та споруди. -Донбаська державна академія будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Макіївка, 2002.

Дисертацію присвячено визначенню параметрів вітрових дій на металеві гратчасті башти вітроенергетичних установок на основі удосконалених методів технічної діагностики.

Визначено статистичні закономірності поривчастої вітрової течії. У результаті аналізу статистичних характеристик вітрової течії встановлений зв'язок між відхиленням щільності розподілу імовірності значень швидкості вітру від закону Гауса і рівнем турбулентності. Вироблено і перевірено на практиці критерії оцінки кількості циклів навантаження металевих гратчастих башт вітроенергетичних установок (ВЕУ) у поривчастому вітровому потоку. Експериментальним шляхом визначено спектральні й амплітудно-частотні характеристики башт, як складової частини ВЕУ в умовах їхньої безупинної експлуатації. Вироблено оптимальні критерії для проектування башт збільшеної висотності (до 36 м). Розроблено рекомендації щодо вибору площадок для вітроенергетичних станцій, прогнозуванню виробітку електроенергії, визначенню навантажень на башти ВЕУ та організації їхньої технічної діагностики в умовах експлуатації.

Результатом проведеної роботи є визначення параметрів вітрових дій на металевої гратчастої башти вітроенергетичних установок на основі удосконалених методів технічної діагностики.

Проведені дослідження дозволили одержати наступні результати:

1. Експериментальні дослідження характеристик локальної вітрової течії показали, що функції розподілу щільності імовірності безрозмірних максимумів і тривалості поривів вітру апроксімують, відповідно, зміщеним і незміщеним розподілом Вейбула в диференціальній формі. При цьому параметри розподілу максимумів поривів визначаються мікрометеорологічними умовами місцевості і змінюються в межах [1,4; 1,8], [2,8;16,8]; значення параметрів розподілу тривалості практично інваріантні: a[1,04; 1,12], b[0,54; 0,61].

2. На підставі аналізу статистичних характеристик вітрової течії встановлений зв'язок між відхиленням щільності розподілу імовірності значень швидкості вітру від закону Гауса і рівнем турбулентності, застосування якого при рівнях турбулентності потоку ~70% дає похибку у визначенні повної імовірності ~10%. Поправка, введена в зазначений закон, що враховує наявність нижньої межі значень швидкості, раною нулю, виключає зазначену похибку.

3. З урахуванням отриманої статистичної закономірності розподілу тривалості поривів вітру і визначеної експериментальним шляхом верхньої граничної частоти квазістатичної області спектра турбулентних пульсацій швидкості для башт ВЕУ USW-56-100 вироблені і перевірені на практиці критерії оцінки кількості циклів навантаження металевих гратчастих башт ВЕУ в поривчастому вітровому потоці, що для даного типу вітротурбін на робочій площадці НВЕС може скласти ~10⁶ за термін експлуатації 20 років.

4. Експериментально визначені статистичні параметри вітрової дії на металевої гратчастої башти для ВЕУ USW-56-100: верхня гранична частота квазістатичної області спектра турбулентних пульсацій швидкості вітру f_гр~0,1 Гц, а також основні частоти власних і змушених коливань системи «башта-ВЕУ» у режимі виробітки електроенергії й у режимі резерву.

5. Визначено, що значення максимальної тягнучої сили для ВЕУ USW-56-100 при критичному значенні швидкості вітру в режимі виробітку електроенергії складає 51 кН. Це дозволило розробити конструкцію башти збільшеної висоти для даного типу вітротурбін, у результаті чого її маса зменшилася на 18%, у порівнянні з конструкцією, розрахованої на підставі рекомендацій Germanisher Lloyd.

6. Застосування в натурному експерименті і при діагностиці башт ВЕУ універсальної системи моніторингу конструкцій УСМК-1 забезпечило одночасну реєстрацію параметрів вітрової течії і реакції башт у сумісних частотних діапазонах f[0.001; 30] Гц в інтервалах часу виміру тривалістю до 1 часу, що забезпечило підвищення достовірності результатів дослідження.

7. Результати експериментальних досліджень характеристик вітрової течії на робочій площадці Новоазовської ВЕС використані при розробці рекомендацій по організації технічної діагностики башт ВЕУ, визначенню навантажень на башти в умовах динамічної вітрової дії, уточненню мікрометеорологічних особливостей робочих площадок ВЕС і підвищенню продуктивності вітротурбін USW-56-100, що призвело до росту економічної ефективності підприємства.

Основні положення дисертації опубліковані в таких роботах:

1. Некрасов Ю.П. Некоторые аспекты исследования статистических характеристик ветрового потока в приземном слое атмосферы // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - 1999. - Выпуск 99-3(17). - Макіївка. - С. 54-57.

2. Некрасов Ю.П., Погребняк В.Г. Югов А.М., Житенко Э.Н. Некоторые вопросы методологии измерения и регистрации локальных статистических характеристик приземного ветра // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - 1999. - Выпуск 99-6 (20).-С. 26-34.

3. Горохов Е.В., Некрасов Ю.П., Турбин С.В. Некоторые проблемы исследования взаимодействия приземного слоя атмосферы с электросетевыми конструкциями // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - 2000 . - Выпуск 2000-1 (21). - С. 11-13.

4. Horokhov Y.V., Nekrasov Y.P., Yugov A.M., Kolesnichenko S.V. Methodology of measurement and registration of local statistical characteristics of near-ground wind // Abstracts 4^th Bluff Body Aerodynamics & Applications Colloquium BBAA IV Ruhr – University Bochum, Germany. – 2000. – P. 187-190.

5. Горохов. Е В., Некрасов Ю.П., Югов А.М Исследование локальных статистических характеристик приземного ветра // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - 2001. - Выпуск 2001-4(29) . - Т. 1.- С. 4-8.

6. Горохов Е.В., Некрасов Ю.П., Турбин С.В., Югов А.М. Исследование динамических характеристик башни ветрогенератора USW-56-100 в натурных условиях // Вестник ДонГАСА.- Макеевка.- 2001.- Выпуск 2001 - 4(29).-Т. 2 - С. 54-58.

7. Горохов Е.В., Некрасов Ю.П., Турбин С.В., Васылев В.Н., Югов А.М. Ветровое воздействие на башни ветроэнергетических установок USW-56-100 // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - 2001. - Выпуск 2001- 5 (30). - С. 120-127.

8. Горохов Е.В., Некрасов Ю.П., Югов А.М. Мультипараметрическая система динамической диагностики строительных металлоконструкций // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 2001. – № 4. – С. 5 – 9.

9. Горохов Е.В., Югов А.М., Некрасов Ю.П., Турбин С.В. Методические вопросы расчета элементов воздушных линий электропередачи на ветровую нагрузку // Сборник научных трудов «Современные конструкции из металла и древесины». - Одесса: ОГАСА. - 2001. - С. 61-67.

Праці, що додатково відображають результати досліджень

10. Горохов Е.В., Шевченко Е.В., Васылев В.Н., Некрасов Ю.П., Турбин С.В., Сапронов Ю.В., Удахин С.А., Бусько М.В. Исследование работы высоковольтной линии электропередачи как единой конструктивной системы на модели // Сб. науч. трудов «Современные конструкции из металла и древесины». - Одесса: ОГАСА. - 2001. - С. 68-74.

11. Некрасов Ю. П. Исследование влияния неинформативных параметров газового потока на сигнал термоанемометра // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - Вып. 2000-3(23).- С. 28-31.

12. Югов А.М., Колесниченко С.В., Левченко Д.В., Васильев А.С., Некрасов Ю.П., Миронов А.Н., Денисов Е.В., Аноприенко С.С. Динамические испытания и диагностика бункерной этажерки // Вестник ДонГАСА. - Макеевка. - 2001. - Выпуск 2001 - 4(29). -Т. 2. - С. 47-53.

13. Некрасов Ю.П. Система мониторинга параметров микроклимата производственных помещений предприятий общественного питания // Сб.науч.трудов ДонДУЭТ.- Выпуск 1.-Донецк.-1998.- С. 66-71.

14. Горохов Е.В., Югов А.М., Некрасов Ю.П., Денисов Е.В. Система мониторинга напряженно-деформированного состояния металло-конструкций // Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики: Материалы Девятого ежегодного семинара-выставки. - Ялта – Киев. - УИЦ «Наука. Техника. Технология». - 2001. - С. 34.

Публікації автора:

У [1, 2, 4, 5, 6, 7] виконано експеримент і досліджені методичні аспекти аналізу статистичних характеристик вітрового потоку, у [3, 4, 6, 8, 13, 14] виконано постановку задач досліджень і розробка системи моніторингу будівельних конструкцій, у [6, 7, 8, 9, 10] участь у розробці методики, особиста участь у чисельних і експериментальних дослідженнях, опрацювання отриманих результатів і їхній аналіз, у [8, 12] участь у розробці методик розрахунку, у [11] розробка методики урахування впливу неінформативних параметрів на сигнал термоанемометра.