«Расчетное определение средних и пульсационных составляющих ветровых нагрузок на несущие конструкции одиночной ВЭУ с фиксированными лопастями (ветряная электростанция мощностью 35 МВт в Ульяновской области) на основе трехмерного численного моделирования ветровой аэродинамики»

По результатам выполненной НИР «Расчетное определение ветровых нагрузок на несущие конструкции ВЭУ (ветряная электростанция мощностью 35 МВт в Ульяновской области) на основе трехмерного численного моделирования ветровой аэродинамики» можно сформулировать следующие выводы и рекомендации:

1. На основе анализа и обобщения исходных данных разработаны и верифицированы расчетные трехмерные численные модели ветровой аэродинамики ВЭУ для двух фиксированных положений лопастей.

2. С использованием современных численных методов гидрогазодинамики, реализованных в программном комплексе ANSYS CFD (CFX), и разработанной методики проведены нестационарные расчетные исследования аэродинамики ВЭУ при 5-и направлениях ураганного (экстремального) ветра с шагом 45⁰.

3. Определены расчетные средние, минимальные и максимальные составляющие ураганных ветровых нагрузок на несущие конструкции и фундамент ВЭУ.

Для всех расчетных направлений ветра результаты аэродинамических расчетов представлены подробно в табличном виде (табл. 5.1-5.4): значения средней, минимальной и максимальной (амплитуда пульсаций относительно средней) составляющих суммарных нагрузок на фундаментные конструкции ВЭУ.

Для ВЭУ с первым положением лопастей (одна из лопастей направлена вниз) максимальное расчетное значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на фундамент реализуется при угле атаки ветра 90° и составляет 613 кН. 

Для ВЭУ со вторым положением лопастей (одна из лопастей направлена вверх) максимальное расчетное значение средней составляющей равнодействующей аэродинамической силы (FR) на несущие конструкции реализуется при угле атаки ветра 90° и составляет 561,5 кН. 

С точки зрения реализации максимальной равнодействующей аэродинамической силы (FR) наиболее характерным и опасным углом атаки ветра также является 90° для обоих положений лопастей.

Для ВЭУ с первым положением лопастей (одна из лопастей направлена вниз) опасными по средней составляющей изгибающего момента (MX, MY) на фундамент являются углы атаки ветра 90° (MX – 48,2 МН•м) и 135° (MY – 21,1 МН•м).

Для ВЭУ со вторым положением лопастей (одна из лопастей направлена вверх) опасными по средней составляющей изгибающего момента (MX, MY) на фундамент являются углы атаки ветра 90° (MX – 47,9 МН•м) и 135° (MY –21,4 МН•м).

Рекомендуется при проведении прочностных расчетов рассмотреть варианты ветрового нагружения, полученные для ВЭУ при углах атаки ветра 90° и 135°.  

4. Выполнено количественное сравнение максимальных расчетных ветровых нагрузок на фундамент по каждой значимой ее компоненте (FX, FY, FZ, MX, MY, MZ) с данными поставщика оборудования. Отмечено, что ввиду отсутствия информации о сочетаниях нагрузок поставщика оборудования провести обоснованный анализ причин расхождения результатов не представляется возможным.

5. По результатам аэродинамического расчета для наиболее подробной модели для угла атаки 0° выявлено наличие весьма плотного спектра значимых частот срыва вихрей, который в свою очередь не позволяет гарантированно избежать резонансных явлений при экстремальном (ураганном) ветровом воздействии.

6. Разработанные параметризованные модели ВЭУ, а также полученные результаты численного моделирования ветровой аэродинамики рекомендуется использовать для проведения прочностных расчетов башни и фундаментных конструкций ВЭУ.