Расчёт мачты ветрогенератора: состав, порядок, документы

Исходные данные

Расчёт начинают с данных, которых нет в нормах: их дают изготовитель турбины, заказчик и площадка.

• от изготовителя турбины: масса гондолы с ротором, диаметр ротора, диапазон оборотов, осевая сила на ротор в рабочем режиме и при экстремальном ветре, размеры и конструкция верхнего фланца, положение центра масс, требования к жёсткости опоры;
• от площадки: ветровой и гололёдный районы, тип местности, высота над уровнем моря, рельеф, грунтовые условия;
• от заказчика: нужная высота, срок службы, класс последствий, требования к доступу и обслуживанию.

Состав расчёта

Расчёт ведут по этапам, и каждый опирается на результаты предыдущего.

Нагрузки от турбины

Нагрузки от ротора задаёт изготовитель турбины. Обычно рассматривают несколько расчётных ситуаций: рабочий режим с остановкой и аварийным торможением, экстремальный ветер, на который рассчитана турбина, и экстремальный ветер по норме для района строительства при остановленном роторе. Для каждой ситуации отдельно определяют силу на ротор, моменты и крутящий момент в верхнем узле опоры.

Ветер на ствол считают по ДБН В.1.2-2, а в сочетаниях берут наиболее неблагоприятную из ситуаций. Отдельно рассматривают вторую группу предельных состояний по характеристическим нагрузкам.

Что часто определяет сечение

Для опор ветрогенераторов прочность нередко имеет запас, а размер сечения определяют требования к жёсткости: допустимые перемещения верха, угол наклона головы и положение первой собственной частоты относительно частот вращения ротора. Поэтому жёсткость проверяют на раннем этапе, а не после подбора сечения по прочности.

Границы расчёта

Расчёту нужен спектр усталостных нагрузок от изготовителя, поэтому проверку швов и фланцевых стыков на усталость выполняют по нему. Отдельно рассматривают монтажные и транспортные нагрузки, ослабление отверстиями и влияние фундамента на жёсткость основания.

Каждую опору рассчитывают под конкретную турбину и конкретную точку установки, поэтому статья описывает состав расчёта, а не даёт готовых размеров. Что прислать для расчёта, описано в статье Мачты для ветрогенераторов.

Нормативы и действие

• ДБН В.1.2-2:2006 «Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования»;
• ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования»;
• ДСТУ EN 1090-2: исполнение стальных конструкций; ДСТУ EN ISO 1461: горячее цинкование;
• ДБН В.2.1-10:2018 «Основания и фундаменты зданий и сооружений»: фундамент.

Действие документов проверяют перед началом работы, а числа из справочных таблиц берут из действующей редакции.