۱٫ معرفی
پست های دریایی زیرساخت های مهم انرژی پایدار در مزارع بادی هستند [
۱]. بسیاری از ابزارهای گران قیمت و ظریف در پست های دریایی استفاده می شود. همانطور که در نشان داده شده است
شکل ۱پست‌های دریایی به گونه‌ای ساخته می‌شوند که از نوع ژاکتی یا تک شمع پشتیبانی شوند، با ابزارهای قدرت پایدار مجهز به ساختار قاب بالاتر از سطح دریا به طوری که از نفوذ دریا در امان باشند. [
۲]. با این حال، واقع در یک محیط پیچیده، به ویژه توسط باد تصادفی، موج و بارگذاری جریان، اغلب در معرض ارتعاشات قوی قرار می گیرند. [
۳,
۴]. این ارتعاشات مضر طولانی مدت بر عملکرد عادی ابزارها تأثیر منفی می گذارد، که ممکن است هزینه های عملیاتی و تعمیر و نگهداری برق پایدار را به شدت افزایش دهد. [
۵]. علاوه بر این، ارتعاشات همچنین ممکن است باعث آسیب به سازه های یاتاقان شوند که باعث حوادث فاجعه بار و خسارات اقتصادی جدی می شود. [
۶]. بنابراین، کنترل ارتعاش برای حفاظت از تاسیسات پست‌های دریایی بسیار مطلوب است [
۷,
۸,
۹]. از آنجایی که پست های فراساحلی در محیط دریایی ساخته می شوند و دارای ابزارهای زیادی هستند، فضا برای دستگاه های کنترل ارتعاش به ویژه محدود است. بنابراین، دستگاه های کنترل ارتعاش سبک وزن در پست های دریایی بسیار مطلوب هستند [
۱۰]. بنابراین، دستگاه‌های کنترل ارتعاش با وزن سبک و عملکرد بالا می‌توانند به توسعه و نگهداری مزارع بادی کمک کنند که به توسعه پایدار کمک می‌کند.
دستگاه های کنترل ارتعاش معمولی به عنوان میراگر جرمی تنظیم شده (TMD) شناخته می شوند. [
۱۱]. TMD ها به دلیل پیکربندی ساده، نصب امکان پذیر، عملکرد موثر در سرکوب لرزش و هزینه کم مورد تایید قرار می گیرند. TMD های معمولی در طول طراحی بهینه پارامتری و ارزیابی عملکرد کنترل توجه تحقیقات زیادی را به خود جلب کرده اند [
۱۲,
۱۳,
۱۴,
۱۵,
۱۶]. آنها همچنین به طور عملی بر روی سازه های مختلف مانند ساختمان ها اعمال شده اند [
۱۷,
۱۸,
۱۹]، پل ها [
۲۰,
۲۱]، توربین های بادی [
۲۲,
۲۳,
۲۴]و غیره، برای مقاومت در برابر ارتعاشات مختلف ناشی از فعالیت لرزه ای [
۱۹,
۲۱]، باد [
۱۷,
۲۰]، یا امواج [
۲۲,
۲۳,
۲۴]و غیره. با این حال، عملکرد کنترل TMD های طراحی شده بهینه به جرم بستگی دارد. به طور خاص، با مقادیر جرمی بالاتر (وزن بیشتر)، عملکرد کنترل بهتری را می توان به دست آورد. این جنبه ممکن است منجر به بار اضافی بر ساختار اولیه شود. به خصوص برای پست های دریایی، عملکرد سبک وزن بسیار مطلوب است. بنابراین، طراحی سبک وزن دستگاه های کنترل ارتعاش یک مسئله عملی مهم است که باید به آن پرداخت.
اخیراً با توسعه طراحی مکانیکی پیشرفته، یک عنصر مکانیکی با کارایی بالا به نام «اینرتر» پیشنهاد و توسعه یافته است. [
۲۵]. این از یک قیاس بین رشته ای بین الکترونیک و مکانیک سرچشمه می گیرد. یک عنصر بی اثر به عنوان نیروهای خروجی مشخص می شود
fکه در متناسب با شتاب های ترجمه نسبی بین دو پایانه آن (
و
) [
۲۶]همانطور که در رابطه (۱) نشان داده شده است.
اینجا،
ü۱ و
ü۲ جابجایی پایانه ها را نشان می دهد. نقاط بالای سر نشان دهنده یک مشتق با توجه به زمان است. ضریب اینرسی است
ب، که ابعادی برابر با جرم دارد. این خاصیت را می توان به صورت فیزیکی با مکانیزمی (مانند rack-pinion) به دست آورد [
۲۷]، پیچ توپ [
۲۸]، لولای زنده [
۲۹]، مکانیک هیدرولیک [
۳۰]و غیره) تبدیل انحراف ترجمه به چرخش. با چرخ طیار، چرخش می تواند اثر اینرسی قابل توجهی ایجاد کند. نمودار شماتیک یک نماد ساده شده کلی از یک عنصر اینرتر نشان داده شده است
شکل ۲. صفحات دایره ای نشان دهنده چرخ لنگر مورد استفاده برای ایجاد نیروی اینرسی مانند است، همانطور که در رابطه (۱) ارائه شده است. اثر اینرسی با ضریب اینرسی تعیین می شود که می تواند صدها برابر جرم فیزیکی دستگاه اینرسی باشد. با این ویژگی، طراحی سبک وزن یک دستگاه کنترل ارتعاش ممکن است تحقق یابد.
با استفاده از اینرتر در دستگاه‌های کنترل ارتعاش معمولی، بسیاری از جاذب‌های ارتعاش با کارایی بالا توسعه و بررسی شده‌اند. در این میان، دمپر جرم ویسکوز تنظیم شده توسط آزمایشگاه ایکاگو با استفاده از مکانیزم بال اسکرو ساخته شده است. [
۳۱]. با عملکرد کنترلی عالی، اولین جاذب ارتعاش مبتنی بر اینرسی در یک ساختمان کاربردی شناخته شد [
۳۲]، و اخیراً توجه تحقیقاتی زیادی را به خود جلب کرده است [
۳۳,
۳۴,
۳۵]. اینرتر دمپر جرم تنظیم شده (TMDI) [
36] و دمپر اینرستر تنظیم شده (TID) [
37] همچنین برای کنترل ارتعاش، متعاقباً به عنوان دستگاه های کنترل ارتعاش تک تنظیم شده، توسعه یافته اند. کاربرد عملی آنها در سالهای اخیر بیشتر مورد بررسی و بررسی قرار گرفته است [
۳۸,
۳۹,
۴۰,
۴۱,
۴۲]. طرح گونه‌ای از TMD در آن مورد بررسی قرار گرفته است [
۴۳]، به عنوان V-TMD شناخته می شود. مشخص شده است که TVMD و TID نیز چنین جفت‌هایی را دنبال می‌کنند. به این ترتیب، یک V-TMDI نیز توسعه یافته است [
۴۴]. خانواده دستگاه های کنترل ارتعاش تک تنظیم شده مبتنی بر اینرتر به صورت نشان داده شده است
شکل ۳آ. یک بررسی سیستماتیک در مورد دستگاه‌های کنترل ارتعاش تک تنظیم شده مبتنی بر اینرتر در انجام شد [
۴۵,
۴۶]. از طرف دیگر، با جایگزینی داشپات TMD با TVMD، یک دستگاه کنترل ارتعاش با تنظیم دوگانه ساخته شده است که به نام میراگر جرمی دو تنظیم شده اینرسی چرخشی (RIDTMD) شناخته می شود. [
۴۷]که از آن به عنوان یک سیستم اینرسی جرم تنظیم شده نیز یاد می شود که مزایای هر دو TMD و TVMD را ترکیب می کند. [
۴۸]. علاوه بر این، سایر شبکه های فرعی مبتنی بر اینرتر برای تشکیل دستگاه های کنترل ارتعاش با تنظیم دوگانه به کار گرفته شده اند که در [
۴۹,
۵۰,
۵۱,
۵۲]. با توجه به ادبیات [
۴۹,
۵۳]، شبکه های فرعی مبتنی بر اینرتر با علامت گذاری C3، C5، و C6، همانطور که در نشان داده شده است
شکل ۳ب، عملکردهای پایدار و مؤثری را از خود نشان دهند. پیکربندی C6 صرفاً RIDTMD است.
با عناصر فنر، داشپات، جرم و اینرتر، طراحی سبک وزن دستگاه‌های کنترل ارتعاش برای پست‌های دریایی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت. طراحی بهینه و ارزیابی عملکرد برای پیکربندی های مختلف، از جمله انواع مختلف تک و دو کوک شده، در این مقاله مقایسه و مورد بحث قرار گرفته است. بقیه این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است. در ابتدا، معادلات حاکم بر ساختار پست دریایی اولیه که باید کنترل شود و جفت شدن با دستگاه های کنترل ارتعاش مختلف نمایش داده می شود.
بخش ۲. پس از آن، پارامترهای بهینه دستگاه های مختلف کنترل ارتعاش در تعیین می شود
بخش ۳. با یک مورد عملی از یک پست دریایی تحت بارهای موجی، عملکرد کنترلی دستگاه های کنترل ارتعاش مختلف در
بخش ۴. در نهایت، نتیجه‌گیری در این موارد خلاصه می‌شود
بخش ۵.
۵٫ نتیجه گیری ها
پست های دریایی زیرساخت های مهم انرژی پایدار هستند که در معرض ارتعاشات قوی ناشی از باد، امواج و جریان ها هستند. به منظور حفاظت از سازه و تاسیسات در برابر ارتعاش، دستگاه های کنترل ارتعاش مورد نیاز است.
در این مقاله، موضوع طراحی سبک وزن دستگاه‌های کنترل ارتعاش برای پست‌های دریایی با یک عنصر اینرتر بررسی می‌شود. دستگاه های کنترل ارتعاش تک تنظیم شده مبتنی بر اینرتر معمولاً دو طرفه متصل می شوند. اتصال زمین معمولاً عملکرد عالی کنترل ارتعاش سبک وزن را نشان می دهد. هنگامی که اتصال به زمین ممنوع است، می توان آن را بر روی ساختار اولیه نصب کرد. با این حال، سهم یک اینرتر با پارامتر مدال کاهش می یابد. دستگاه های کنترل ارتعاش با تنظیم دوگانه با یک ترمینال واحد امکان نصب خوبی را نشان می دهند. اگرچه آنها از زیرشبکه های مختلف مبتنی بر اینرسی استفاده می کنند، عملکردهای کنترل بهینه مشابه هستند.
از طریق یک مثال عملی از یک پست دریایی عملی، دستگاه‌های کنترل ارتعاش با طراحی مناسب ثابت شده‌اند که در کنترل ارتعاشات ناشی از محیط دریایی باد، امواج و جریان‌ها موثر هستند. دستگاه های مبتنی بر اینرتر عملکرد سبک وزن بهتری از خود نشان می دهند. به طور خاص، دستگاه مبتنی بر اینرتر با تنظیم دوگانه می تواند تقریباً ۲۵٪ از جرم را در مقایسه با TMD معمولی ذخیره کند. با TMDI، مسئولیت جرم را می توان با اینرترهای متصل دو سر تقسیم کرد، در حالی که TVMD به طور کامل بلوک جرمی را با یک اینرتر جایگزین می کند که عملکرد کنترل ارتعاش سبک وزن بالایی دارد.
دستگاه های کنترل ارتعاش مبتنی بر اینرتر با عملکرد بالا و سبک وزن مشخص می شوند. آنها پتانسیل استفاده در کنترل ارتعاش و برداشت انرژی در صنایع برق پایدار را دارند. برای انطباق سناریوهای پیچیده (مانند چند خطر، از جمله لرزه ای، باد، امواج، یخ و غیره)، سازه های اولیه مختلف (سکوهای دریایی، توربین های بادی، سازه های ساختمانی کم کربن و غیره) و چند منظوره (مانند به عنوان تعادل پایداری، بازیافت مکانیکی، انرژی اقیانوس، و غیره)، تحقیقات بیشتر مورد نیاز است.
