Ushbu tadqiqot yuqori kuchlanishli oʻzgarmas tok uzatish tizimlaridagi konvertor klapan zali konstruksiyalari bilan shiftga osilgan konvertor klapanlarini gorizontal va vertikal zilzila harakatlaridan birgalikda himoya qilishni oʻrganadi. Tadqiqotchilar qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanchlar, gaz prujinalari, spiral prujinalar va havo soʻndirgichlarini yagona tizimda birlashtiruvchi nochiziqli, oʻz-oʻzini markazlashtiruvchi uch oʻlchovli izolyatsiya tayanchini ishlab chiqdilar. Gaz prujinasi–qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch quyi tizimi laboratoriya tajribalari bilan oʻrganildi; butun konstruksiya esa 20 ta uch komponentli zilzila yozuvidan foydalanilib, ABAQUS chekli elementlar modeli asosida baholandi. Sonli tahlillarda gorizontal tezlanishlar %31,8–%75,4, gorizontal siljishlar %20,1–%65,1, vertikal tezlanishlar %24,6–%50,1 va vertikal siljishlar %15,2–%39,9 ga kamaygani xabar qilingan.

Taklif etilgan tizimning ajralib turuvchi xususiyati shundaki, u kichik va oʻrta siljishlarda seysmik izolyatsiyani taʼminlash uchun yetarlicha moslashuvchan boʻlib qoladi, katta siljishlarda esa gaz prujinalarining nochiziqli qaytaruvchi kuchi ortadi. Bu xatti-harakat tayanchning kuch–siljish egri chizigʻida katta siljishlarga yaqinlashgan sari yaqqollashadigan qattiqlashish koʻrinishida kuzatilgan. Shu tariqa, gaz prujinalari izolyatsiya qatlamining nazoratsiz uzoqlashishini cheklash va zilziladan soʻng boshlangʻich holatga qaytish moyilligini kuchaytirishga qaratilgan.

Biroq tadqiqot oʻz-oʻzini markazlashtirish xatti-harakatini qoldiq siljishning bevosita oʻlchovlari bilan tasdiqlamagan. Tajribaviy tekshiruv faqat gorizontal gaz prujinasi–qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch quyi tizimida oʻtkazilgan; vertikal spiral prujina–havo soʻndirgichi tizimi va toʻliq masshtabli klapan zali konstruksiyasi jismonan sinovdan oʻtkazilmagan. Shu sababli konstruksiya darajasida bildirilgan zilzila samaradorligi chekli elementlar simulyatsiyasiga asoslanadi va natijalarni haqiqiy dala amaliyotiga tatbiq etish uchun toʻliq tizim tajribalari talab etiladi.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqotning asosiy savoli konvertor klapan zalining asosiy yuk koʻtaruvchi tizimi bilan shiftga egiluvchan tarzda osilgan ogʻir elektr jihozlarining gorizontal va vertikal zilzila javoblarini ayni bir izolyatsiya tizimi yordamida kamaytirish mumkinmi, degan masaladir. Tadqiqot, shuningdek, katta gorizontal siljishlarda yetarli qaytaruvchi kuch hosil qilib, zilziladan keyingi doimiy tayanch deformatsiyalarini cheklay oladigan mexanizmni loyihalash mumkinligini oʻrganadi.

Konvertor klapan zallari yuqori kuchlanishli oʻzgarmas tok uzatish tizimlarining muhim inshootlaridandir. Bu konstruksiyalar faqat katta oraliqli sanoat binosidan iborat emas. Poʻlat ramalar, temir-beton devorlar, tom fermalari, izolyatorlar, devor oʻtkazgichlari, razryadniklar va shiftga osilgan ogʻir konvertor klapanlari birgalikda ishlaydigan, dinamik jihatdan murakkab konstruksiya–elektr jihozlari tizimini tashkil etadi. Zilzila paytida asosiy konstruksiya tebranayotganida osma jihoz oʻzining past chastotali harakatini davom ettirishi mumkin; tomning vertikal harakatlari ham osma izolyatorlar va klapanlarda qoʻshimcha dinamik kuchayishni yuzaga keltirishi mumkin.

Mavjud izolyatsiya yechimlaridagi boʻshliq

Anʼanaviy qoʻrgʻoshin yadroli yoki yuqori soʻnishli rezina tayanchlar konstruksiyaning gorizontal tebranish davrini uzaytirish va gisteretik energiyani yutish orqali gorizontal zilzila javoblarini kamaytiradi. Ammo bu tayanchlarning vertikal bikrligi odatda yuqori boʻladi. Shu sababli ular katta oraliqli tomlar va osma elektr jihozlarida kuzatilishi mumkin boʻlgan vertikal tezlanishning kuchayishini yetarli darajada nazorat qila olmaydi.

Avval ishlab chiqilgan uch oʻlchovli izolyatsiya tizimlarida rezina tayanch, havo prujinasi, ishqalanishli mayatnik, halqasimon prujina, manfiy bikrlik yoki sirpanish mexanizmlari kabi turli yechimlardan foydalanilgan. Tadqiqotchilarning fikricha, konvertor klapan zali va osma klapanlardan tashkil topgan yaxlit tizim uchun qurilma geometriyasi, parametrlarni loyihalash, komponentlar tajribalari va butun konstruksiya samaradorligi birgalikda koʻrib chiqilgan tadqiqotlar cheklangan. Taklif etilgan NSC-3DIB tizimi gorizontal va vertikal izolyatsiyani, energiya yutilishini hamda katta siljishdagi qaytarish mexanizmini bitta tayanchda birlashtirish orqali ushbu boʻshliqni toʻldirishga qaratilgan.

NSC-3DIB qanday komponentlardan iborat?

Nochiziqli, oʻz-oʻzini markazlashtiruvchi uch oʻlchovli izolyatsiya tayanchi; inglizcha nomi nonlinear self-centering three-dimensional isolation bearing va qisqartmasi NSC-3DIB boʻlib, toʻrtta asosiy funksional komponentdan tashkil topadi:

• Qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch: Gorizontal yukni koʻtarish, egiluvchan deformatsiya va gisteretik energiyani yutishni taʼminlaydi.
• Simmetrik gaz prujinalari: Gorizontal siljish ortgani sari tez oʻsadigan nochiziqli qaytaruvchi kuch hosil qiladi.
• Spiral prujinalar: Vertikal bikrlikni kamaytirib, tizimning vertikal tabiiy tebranish davrini uzaytiradi.
• Havo soʻndirgichlari: Porshen harakati vaqtida yuzaga keladigan gaz siqilishi va oqim qarshiligi orqali vertikal tebranish energiyasini yutadi.

Tizimda, shuningdek, vertikal harakatning xavfsiz chegaralardan oshishiga yoʻl qoʻymaydigan siljish cheklagichlari, sirpanish relslari, biriktirish plitalari va himoya tashqi korpusi mavjud. 1-rasmda gorizontal va vertikal quyi tizimlar bitta tayanchda, ammo turli mexanik vazifalar bilan birlashtirilgani koʻrsatilgan. Gorizontal tizim markazida qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch, uning atrofida esa simmetrik gaz prujinalari joylashgan boʻlsa, vertikal tizim spiral prujinalar, havo soʻndirgichlari va cheklovchi elementlardan tashkil topgan.

Gorizontal harakat qanday nazorat qilinadi?

Gorizontal yoʻnalishda qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch va gaz prujinalari parallel ishlaydi hamda bir xil gorizontal siljishga uchraydi. Tayanch bir tomonga harakatlanganida gaz prujinalaridan biri siqiladi, qarama-qarshi tomdagisi esa uzayadi. Harakat yoʻnalishi teskariga oʻzgarganda bu vazifalar almashadi. Ikki gaz prujinasidagi bosim oʻzgarishi birgalikda qaytaruvchi kuch hosil qiladi.

Qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanchning gorizontal qaytaruvchi kuchi Bouc–Wen gisterezis modeli bilan ifodalangan:

\[ F_L = \alpha K_0 x + (1-\alpha)F_y z \]

Bu yerda F_L qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanchning gorizontal kuchini, K₀ oquvchanlikdan oldingi bikrlikni, α oquvchanlikdan keyingi bikrlik nisbatini, x gorizontal siljishni, F_y oquvchanlik kuchini va z gisteretik ichki oʻzgaruvchini bildiradi. Birinchi had rezina qatlamlarning elastik hissasini, ikkinchi had esa qoʻrgʻoshin yadrosining oquvchanligi natijasida yuzaga keladigan siklik energiya yutilishini ifodalaydi.

Gisteretik oʻzgaruvchining rivojlanishi quyidagi Bouc–Wen munosabati bilan tavsiflangan:

\[ \dot{z} = \frac{1}{x_y}\left[A\dot{x}-\beta|\dot{x}|\,|z|^{n-1}z-\gamma\dot{x}|z|^n\right] \]

x_y oquvchanlik siljishini; A, β, γ va n esa gisterezis siklining shakli, oʻtish keskinligi hamda yuklash–boʻshatish xatti-harakatini belgilovchi model parametrlarini ifodalaydi. Tenglama kuch faqat ayni paytdagi siljishga emas, balki avvalgi yuklash tarixiga ham bogʻliq ekanini koʻrsatadi.

Nega gaz prujinalari nochiziqli kuch hosil qiladi?

Gaz prujinalari ichidagi gaz siqilganda hajm kamayadi va bosim ortadi. Kichik boshlangʻich harakatda hajm oʻzgarishining taʼsiri cheklangan boʻlsa, porshen yurishining oxiriga yaqinlashgan sari xuddi shu miqdordagi qoʻshimcha harakat qolgan gaz hajmining kattaroq qismiga taʼsir qiladi. Shu sababli kuch siljish bilan chiziqli emas, balki tobora tezlashuvchi egri chiziq boʻylab ortadi.

Simmetrik gaz prujinalari guruhining qaytaruvchi kuchi politropik gaz jarayoni farazi ostida quyidagicha modellashtirilgan:

\[ F_g = P_{g0}A_gV_0^{n_g}\frac{(V_0+A_gx)^{n_g}-(V_0-A_gx)^{n_g}}{(V_0^2-A_g^2x^2)^{n_g}} \]

Ushbu tenglamada P_g0 boshlangʻich gaz bosimi, A_g samarali porshen yuzasi, V₀ boshlangʻich gaz hajmi va n_g politropik daraja qiymatidir. Boshlangʻich bosim yoki porshen yuzasini oshirish qaytaruvchi kuchni koʻpaytiradi, boshlangʻich gaz hajmini kattalashtirish esa ayni siljishdagi nisbiy hajm oʻzgarishini va shu tariqa kuchning ortishini kamaytiradi.

Qoʻrgʻoshin yadroli tayanch va gaz prujinalari parallel boʻlgani sababli umumiy gorizontal kuch ikki hissaning yigʻindisidir:

\[ F_h = F_g + \alpha K_0x + (1-\alpha)F_yz \]

Bu munosabat NSC-3DIB tizimining asosiy xatti-harakatini umumlashtiradi. Qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch siklik energiyani yutar ekan, gaz prujinalari, ayniqsa, katta siljishlarda ortib boruvchi qaytaruvchi kuchni taʼminlaydi. Kuch–siljish egri chiziqlaridagi keng gisterezis sohasi energiya yutilishini, egri chiziqning uchlariga tomon yuqoriga qayrilishi esa gaz prujinalarining qattiqlashuvchi xatti-harakatini koʻrsatadi.

Vertikal izolyatsiya qanday taʼminlanadi?

Vertikal tizimda spiral prujinalar va havo soʻndirgichlari parallel ishlaydi. Spiral prujinalarning qaytaruvchi kuchi chiziqli tarzda modellashtirilgan:

\[ F_s = k_sy \]

Bu yerda k_s spiral prujinalarning umumiy vertikal bikrligi, y esa vertikal siljishdir. Bikrlikning kamaytirilishi vertikal tabiiy tebranish davrini uzaytiradi. Shu tariqa, zamindagi tez vertikal tezlanish oʻzgarishlarining tom va osma jihozlarga bevosita uzatilishini kamaytirishga harakat qilinadi.

Havo soʻndirgichlari oʻzgartirilgan Maxwell modeli bilan ifodalangan. Tadqiqotda qoʻllanilgan ekvivalent bikrlik va soʻnish koeffitsiyenti munosabatlari quyidagicha:

\[ k_a = 1{,}102\frac{\gamma p_0 A_p}{h_p} \]

\[ c = 1{,}135\frac{\alpha_0 A_p^2}{1+3\varepsilon^2/2} \]

γ havoning solishtirma issiqlik sigʻimlari nisbatini, p₀ atmosfera bosimini, A_p porshen yuzasini, h_p havo kamerasi balandligini, α₀ soʻnish parametrini va ε ekssentriklik nisbatini bildiradi. Havo soʻndirgichining ekvivalent bikrligi spiral prujina bikrligiga nisbatan kichik deb qabul qilingani uchun vertikal bikrlikni loyihalashda eʼtiborga olinmagan va asosan soʻndiruvchi element sifatida ishlatilgan.

Ushbu faraz asosida vertikal tayanch kuchi quyidagi prujina–soʻndirgich munosabatiga keltirilgan:

\[ F_z = k_sy + c\dot{y} \]

Birinchi had vertikal holatga bogʻliq elastik kuchni, ikkinchi had esa vertikal tezlikka bogʻliq soʻndirish kuchini ifodalaydi. Shu tariqa tizim vertikal harakatni faqat prujinalar bilan koʻtarish oʻrniga, harakat vaqtida energiyaning bir qismini havo oqimi qarshiligi orqali yutadi.

Konstruksiya maqsadlari alohida tayanchlarga qanday oʻtkazilgan?

Tadqiqotning muhim hissalaridan biri butun klapan zali uchun belgilangan izolyatsiya maqsadlarini har bir ustun ostidagi tayanch komponentlarining fizik parametrlariga aylantiruvchi bosqichma-bosqich loyihalash usulidir. 3-rasmda berilgan ish jarayoni uch bosqichdan iborat: konstruksiya va loyihalash maqsadlarini belgilash, parametrlarni ustun javoblariga koʻra alohida tayanchlarga taqsimlash hamda qoʻrgʻoshin yadroli tayanch, gaz prujinasi, spiral prujina va havo soʻndirgichining geometrik oʻlchamlarini hisoblash.

Izolyatsiya qatlami ustidagi konstruksiyaning umumiy massasi M, maqsadli boshlangʻich gorizontal davr T_h,0, maqsadli vertikal davr T_v va maqsadli vertikal soʻnish nisbati ξ_v maʼlum boʻlganda, umumiy tizim parametrlari quyidagi munosabatlar orqali hisoblanadi:

\[ K_{h,0}=\frac{4\pi^2M}{T_{h,0}^2} \]

\[ K_v=\frac{4\pi^2M}{T_v^2} \]

\[ \omega_v=\frac{2\pi}{T_v} \]

\[ C_v=2\xi_vM\omega_v \]

K_h,0 umumiy boshlangʻich gorizontal bikrlikni, K_v umumiy vertikal bikrlikni, ω_v vertikal burchak chastotasini va C_v umumiy vertikal soʻnish koeffitsiyentini bildiradi.

Ustun yuklari teng boʻlmagani uchun barcha tayanchlarga bir xil bikrlik va soʻnish qiymatini berish maqsadga muvofiq deb topilmagan. Har bir tayanch uchun ustun poyasidagi vertikal javobga bogʻliq taqsimlash koeffitsiyentidan foydalanilgan:

\[ \lambda_i=\frac{N_i}{\sum_{i=1}^{N}N_i} \]

\[ k_{h,0,i}=\lambda_iK_{h,0},\qquad k_{v,i}=\lambda_iK_v,\qquad c_i=\lambda_iC_v \]

N_i tegishli ustun ostida koʻtariladigan vertikal yukni; λ_i esa ushbu tayanchning umumiy tizimdagi ulushini bildiradi. Ushbu yondashuv tufayli kattaroq vertikal yuk koʻtaradigan ustunlar ostidagi tayanchlarga yuqoriroq bikrlik va soʻnish qobiliyati berilgan.

Gorizontal bikrlik gaz prujinalari va rezina tayanch oʻrtasida qanday taqsimlangan?

Gaz prujinalari guruhining boshlangʻich bikrligining qoʻrgʻoshin yadroli tayanchning oquvchanlikdan keyingi bikrligiga nisbati η_k bilan belgilangan. Shunga koʻra:

\[ k_{l2,i}=\frac{k_{h,0,i}}{1+\eta_k} \]

\[ k_{g0,i}=\eta_k k_{l2,i} \]

k_l2,i qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanchning oquvchanlikdan keyingi bikrligini, k_g0,i esa gaz prujinalari guruhining boshlangʻich bikrligini bildiradi. Loyihaviy siljish x_m darajasida gaz prujinasi kuchining qoʻrgʻoshin yadroli tayanch kuchiga nisbati qoʻshimcha ravishda η_f bilan belgilangan:

\[ F_{g,i}(x_m)=\eta_fF_{L,i}(x_m) \]

Gaz prujinasining boshlangʻich bikrligi esa gaz bosimi va geometriya bilan quyidagicha bogʻlangan:

\[ k_{g0,i}=\frac{2n_gP_{g0,i}A_g^2}{V_0} \]

Ushbu bogʻlanishlar boshlangʻich gaz bosimi, porshen yuzasi va gaz hajmini teskari hisoblash imkonini beradi. Hisoblangan tayanchning loyihaviy siljishdagi ekvivalent gorizontal bikrligi va davri maqsadga mos kelmasa, kuch nisbati yoki gaz prujinasi oʻlchamlari oʻzgartirilib, jarayon takrorlanadi.

Gorizontal quyi tizim tajribada qanday sinalgan?

Tadqiqotchilar qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch, ikki tomondagi simmetrik gaz prujinalari, universal birikmalar, poʻlat plitalar va harakat cheklagichlaridan tashkil topgan gorizontal izolyatsiya namunasini ishlab chiqardilar. Namunaga avval ish holatini ifodalovchi doimiy vertikal bosim berildi, soʻngra siljish bilan boshqariladigan teskari gorizontal sikllar qoʻllandi. Gorizontal kuch va siljish bir vaqtda oʻlchanib, gisterezis egri chiziqlari olindi.

Tajriba qurilmasida gaz prujinalari universal sharnirlar bilan ulangan. Ushbu birikmalarning maqsadi kichik burilishlar va montaj yoʻl qoʻyishlarini qoplash, gaz prujinasi korpuslaridagi nomaqbul egilish momentlarini kamaytirish hamda elementlarning imkon qadar oʻq boʻylab kuch koʻtarishini taʼminlashdir. 4-rasmda sinov mashinasi, namuna komponentlari va siklik yuklash protokoli; 5-rasmda esa oʻngga va chapga harakat paytida bir gaz prujinasi siqilib, qarama-qarshi tomdagisi uzayishi koʻrsatilgan.

Qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch namunasining samarali diametri 250 mm, qoʻrgʻoshin yadro diametri 42 mm va umumiy balandligi 190 mm. Tayanchda 17 ta 3,5 mm rezina qatlam va 16 ta 2,5 mm poʻlat plastina ishlatilgan. Oquvchanlikdan oldingi bikrlik 3125 kN/m, oquvchanlikdan keyingi bikrlik 312,5 kN/m va oquvchanlik siljishi 4 mm deb berilgan. Gaz prujinalari uchun 63, 80 va 100 mm silindr diametrlari sinab koʻrilgan; boshlangʻich bosim va ish uzunligi oʻzgartirilgan.

Gaz bosimi va silindr diametri kuchni qanday oʻzgartirdi?

6-rasmdagi gisterezis egri chiziqlarining asosiy xulosasi shuki, boshlangʻich gaz bosimi oshgani sari egri chiziqlar tashqariga kengayadi va katta siljishlardagi yuqoriga qayrilish yaqqolroq boʻladi. Boshlangʻich bosim 0,1 MPa dan 0,5 MPa gacha oshirilganda 63 mm silindrli qurilmaning choʻqqi qaytaruvchi kuchi 32,55 kN dan 45,41 kN gacha koʻtarilgan. Bu oʻzgarish %39,5 oʻsishga toʻgʻri keladi.

Boshlangʻich bosim 0,5 MPa boʻlgan holatda 80 mm diametrli silindrning choʻqqi kuchi 54,78 kN, 100 mm diametrli silindrning choʻqqi kuchi esa 69,07 kN deb oʻlchangan. Bu qiymatlar 63 mm silindrli qurilmaga nisbatan mos ravishda %20,6 va %52,1 ga yuqori. Natijalar katta siljishdagi qaytaruvchi kuchni nafaqat bosim, balki samarali porshen yuzasi ham belgilashini koʻrsatadi.

Nega gaz prujinasining ish uzunligi muhim?

7-rasmda gaz prujinasining ish uzunligi 60, 70 va 80 mm oraligʻida oʻzgartirilgan. Ish uzunligi ortgani sari boshlangʻich gaz hajmi kattalashgan va ayni gorizontal siljishda yuzaga keladigan nisbiy hajm oʻzgarishi kamaygan. Natijada ham boshlangʻich bikrlik, ham katta siljishdagi qaytaruvchi kuch kamaygan.

Qisqaroq ish uzunligi kichik gaz hajmini hosil qilgani uchun porshenning bir xil miqdordagi harakati gazni mutanosib ravishda koʻproq siqadi. Bu holat kuchliroq qattiqlashish xatti-harakatini yuzaga keltiradi. Biroq yuqori kuch har doim ham yaxshiroq izolyatsiyani anglatmasligini unutmaslik kerak; haddan tashqari bikrlik izolyatsiya davrini qisqartirishi va ustki konstruksiyaga uzatiladigan tezlanishni oshirishi mumkin.

Nazariy model tajribalar bilan qay darajada mos kelgan?

Modelni tekshirish nochiziqli taʼsir eng yaqqol boʻlgan 60 mm ish uzunligi va 0,5 MPa boshlangʻich bosim sharoitida uch xil silindr diametri uchun amalga oshirilgan. 8-rasmda nazariy va tajribaviy gisterezis egri chiziqlari umumiy shakl, sikl sohasi va katta siljishdagi kuch ortishi jihatidan bir-biriga yaqin koʻrinadi.

Choʻqqi qaytaruvchi kuchdagi xatolar barcha silindr diametrlarida %10 dan past boʻlib, eng katta xato %9,7 deb bildirilgan. Ushbu tekshiruv gorizontal gaz prujinasi–qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch modelidan chekli elementlar tahlilida foydalanishni qoʻllab-quvvatlaydi. Ammo tekshiruv faqat oʻrganilgan namuna oʻlchamlari, bosimlar, ish uzunliklari va kvazistatik yuklash sharoitlari uchun amal qiladi; tez dinamik yuklash, uzoq muddatli siklik charchash, harorat oʻzgarishi va toʻliq masshtab taʼsirlari alohida sinovdan oʻtkazilmagan.

Klapan zalining chekli elementlar modeli qanday qurilgan?

Oʻrganilgan klapan zali oʻta yuqori kuchlanishli oʻzgarmas tok uzatish loyihasidagi bir qavatli, katta oraliqli sanoat konstruksiyasidir. Konstruksiyaning balandligi 31,4 m, reja oʻlchamlari 94 m × 35,5 m. Tizim poʻlat ramalar va temir-beton devorlarni birlashtiruvchi aralash yuk koʻtaruvchi tuzilishga ega.

Boʻylama yoʻnalishda oltita konvertor klapan guruhi joylashgan. Har bir guruhda toʻrtta tiristor klapani va bitta razryadnik uchun jami beshta osish nuqtasi mavjud. Har bir osish nuqtasi tom fermasining pastki belbogʻiga osma izolyator bilan biriktirilgan va 30 kN jamlangan yukni koʻtaradi. Ushbu egiluvchan osish shakli klapanlarning asosiy konstruksiyaga qaraganda pastroq chastotada tebranishiga imkon beradi.

ABAQUS modelida poʻlat rama toʻsinlari va ustunlari, tom fermasi elementlari hamda temir-beton rama elementlari B31 toʻsin elementlari bilan; diafragma devorlar esa S4R qobiq elementlari bilan modellashtirilgan. Konvertor klapanlari qobiq, osma izolyatorlar esa toʻsin elementlari bilan ifodalangan. Konstruktiv soʻnish uchun Rayleigh soʻnish modelidan foydalanilgan.

Izolyatsiyasiz konstruksiyaning asosiy gorizontal chastotasi 1,51 Hz, vertikal chastotasi esa 2,92 Hz deb hisoblangan. Bular taxminan 0,66 soniyalik gorizontal va 0,34 soniyalik vertikal davrlarga mos keladi. Osma konvertor klapanlarining asosiy chastotasi esa 0,39 Hz. Ushbu past chastota klapanlar asosiy konstruksiyaga nisbatan ancha egiluvchan va uzoq davrli harakat qilishini koʻrsatadi.

Izolyatsiya tizimi konstruksiya modeliga qanday joylashtirilgan?

Har bir ustun poyasiga bittadan, jami 51 ta NSC-3DIB joylashtirilgan. Avval izolyatsiyasiz modelning statik tahlili oʻtkazilib, har bir ustunning poya javobi hisoblangan, soʻng umumiy bikrlik va soʻnish qiymatlari ushbu javoblarga mutanosib ravishda alohida tayanchlarga taqsimlangan. 10-rasmda tayanchlarning rejadagi joylashuvi va ustun oʻqlari koʻrsatilgan.

Loyihada boshlangʻich gorizontal izolyatsiya davri 2,0 soniya, vertikal izolyatsiya davri 0,6 soniya, gorizontal loyihaviy siljish 100 mm, vertikal loyihaviy siljish 20 mm va maqsadli vertikal soʻnish nisbati 0,15 qilib tanlangan. Boshlangʻich bikrlik nisbati η_k 0,5, loyihaviy siljishdagi gaz prujinasi/qoʻrgʻoshin yadroli tayanch kuchlari nisbati η_f esa 0,7.

Misol tariqasida, A/1 oʻqidagi 209,6 kN vertikal javobni koʻtaruvchi tayanch uchun vertikal bikrlik 3093,1 kN/m, vertikal soʻnish koeffitsiyenti 88,61 kN·s/m deb hisoblangan. Ushbu tayanchdagi qoʻrgʻoshin yadroli rezina elementning tashqi diametri 280 mm, qoʻrgʻoshin yadro diametri 44 mm, oquvchanlik kuchi 14,85 kN va oquvchanlik siljishi 8 mm. Gaz prujinasining boshlangʻich bosimi 0,3 MPa, bitta gaz prujinasi diametri 147 mm va ish uzunligi 141 mm deb berilgan.

ABAQUS ichida gaz prujinasi va qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch gorizontal yoʻnalishda parallel ishlaydigan ikkita alohida CONN3D2 biriktiruvchi elementi bilan belgilangan. Gaz prujinasi uchun nochiziqli elastik, qoʻrgʻoshin yadroli tayanch uchun esa elastik-plastik birikish xatti-harakati qoʻllangan. Vertikal yoʻnalishda spiral prujina bikrligi va havo soʻndirgichining soʻnish xususiyati bitta biriktirish tizimida ifodalangan.

Zilzila harakatlari qanday tanlangan?

Vaqt sohasi tahlillarida PEER NGA-West2 maʼlumotlar bazasidan tanlangan 20 ta zilzila yozuvidan foydalanilgan. Yozuvlarning 10 tasi yaqin maydon, 10 tasi uzoq maydon harakatidir. Moment magnitudalari 6,50 bilan 7,62 oraligʻida, uzilishgacha eng yaqin masofalar esa 0,34 km bilan 76,26 km oraligʻida oʻzgaradi.

Maqsadli loyihalash sharoitlarida xususiy davr 0,4 soniya va loyihaviy yer tezlanishi 0,2 g deb qabul qilingan. Zilzila harakatining uch komponenti modelga X:Y:Z = 1:0,85:0,65 nisbatida qoʻllangan. Boʻylama X yoʻnalishi asosiy kirish yoʻnalishi deb qabul qilingan.

Gorizontal javoblar poʻlat ustun tepasida, diafragma devor tepasida, tom fermasi pastki belbogʻining oʻrta oraligʻida va konvertor klapanining pastki qismida oʻrganilgan. Vertikal javoblar tom fermasining oʻrta oraligʻi va klapanning pastki qismida baholangan. Har bir nuqtada choʻqqi va oʻrtacha kvadratik qiymatlardan foydalanilib, tezlanish hamda siljishlar taqqoslangan.

Gorizontal izolyatsiya natijalari nimani koʻrsatadi?

NSC-3DIB barcha baholash nuqtalarida ham gorizontal tezlanishni, ham gorizontal siljishni kamaytirgan. X va Y yoʻnalishlaridagi natijalar birgalikda baholanganda gorizontal tezlanish izolyatsiyasi nisbatlari %31,8 dan %75,4 gacha, gorizontal siljish izolyatsiyasi nisbatlari esa %20,1 dan %65,1 gacha oʻzgargan.

Tezlanishning kamayishi, odatda, siljishning kamayishidan yuqori boʻlgan. Bu holat izolyatsiya tizimi ustki konstruksiyaga uzatiladigan keskin harakatni samarali filtrlashini, biroq izolyatsiya qatlamining harakatlana olishi uchun muayyan siljishga ruxsat berish zarurligini koʻrsatadi. Boshqacha aytganda, tizim zamindagi harakatni butunlay yoʻq qilmaydi; harakatning bir qismini tayanch darajasida boshqariladigan siljishga aylantiradi.

14-rasm va 15-rasmdagi quti diagrammalar uzoq maydon yozuvlarida izolyatsiya nisbatlari koʻpincha yaqin maydon yozuvlaridagidan yuqoriroq ekanini koʻrsatadi. Tadqiqotchilar bu farqni uzoq maydon harakatlarining silliqroq spektral tarkibi bilan bogʻlaydi. Ayrim yaqin maydon harakatlaridagi tezlik impulslari va kuchli past chastotali tarkib izolyatsiya qatlamida kattaroq siljish hosil qilib, nochiziqli gaz prujinalarini yuqoriroq bikrlik sohasiga olib kirishi mumkin.

Y yoʻnalishidagi samaradorlik X yoʻnalishidagiga qaraganda biroz pastroq topilgan. Mualliflar bu natijani konstruksiyaning Y yoʻnalishidagi reja asimmetriyasi, notekis massa–bikrlik taqsimoti va mahalliy tebranish farqlari bilan bogʻlaydi. Biroq tadqiqot ushbu izohni alohida buralish tahlili orqali bevosita sinamagan; demak, bu mexanizm mualliflarning sonli natijalarga asoslangan talqinidir.

Vertikal izolyatsiya natijalari nimani koʻrsatadi?

Vertikal nazorat gorizontal nazorat darajasida yuqori boʻlmasa-da, tom tizimi va osma klapanlarda sezilarli javob kamayishlariga erishilgan. Vertikal tezlanish izolyatsiyasi nisbatlari %24,6–%50,1, vertikal siljish izolyatsiyasi nisbatlari esa %15,2–%39,9 oraligʻida.

16-rasmda klapanning pastki qismidagi vertikal javob kamayishi tom fermasining oʻrta oraligʻidagidan umuman olganda yuqoriroq ekani koʻrinadi. Tadqiqotchilarning fikricha, tom fermasining oʻrta oraligʻiga tomning fazoviy xatti-harakati, osma izolyatorlarning ulanishi va mahalliy element tebranishlari birgalikda taʼsir qiladi. Klapanning pastki qismi esa osma tizimning umumiy harakatini bevosita aks ettiradi.

Ushbu natijalar vertikal tizim zilzila harakatini butunlay toʻxtatmasligini, ammo past vertikal bikrlikni havo soʻnishi bilan birlashtirib, tomdan osma jihozga uzatiladigan harakatni kamaytirishini koʻrsatadi. Vertikal izolyatsiyaning samaradorligi spiral prujinalarning yuk koʻtarish qobiliyati va yurish chegarasi kabi havo soʻndirgichlarining geometriyasiga ham bogʻliq.

Nega zilzila shiddati oshganda samaradorlik pasayadi?

El Centro Array #9, Pacoima Dam, Taft Lincoln School va Ferndale City Hall yozuvlari turli choʻqqi yer tezlanishi darajalariga masshtablanib, sezgirlik tahlili oʻtkazilgan. Choʻqqi yer tezlanishi 0,2 g dan 0,4 g gacha oshganda gorizontal izolyatsiya nisbatlari qoʻllangan javob mezoni va zilzila yozuviga qarab 9,2–20,3 foiz punktga kamaygan.

Kuchliroq zilzila harakati izolyatsiya qatlamida kattaroq siljish hosil qiladi. Bu siljish gaz prujinalarini kuch–siljish egri chizigʻining qattiqlashuvchi sohasiga olib kiradi. Ekvivalent gorizontal bikrlik oshganda izolyatsiya davri qisqaradi va davrni uzaytirish taʼminlaydigan tezlanishni kamaytirish afzalligi zaiflashadi. Ushbu xatti-harakat gaz prujinasining xavfsiz qaytaruvchi kuchi bilan past izolyatsiya bikrligi oʻrtasida loyihaviy muvozanat oʻrnatish zarurligini koʻrsatadi.

Qaytaruvchi kuch nisbatini oshirish har doim foydalimi?

Yoʻq. Gaz prujinasi kuchining qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch kuchiga nisbati boʻlgan η_f 0,7 dan 1,1 gacha oshirilganda toʻrtta zilzila yozuvining barchasida gorizontal izolyatsiya nisbatlari kamaygan. Kamayish 3,3–8,0 foiz punkt oraligʻida.

Yuqoriroq η_f katta siljishda kuchliroq qaytaruvchi kuchni taʼminlagani uchun boshlangʻich holatga qaytish moyilligini oshirishi mumkin. Biroq u ayni paytda ekvivalent gorizontal bikrlikni oshiradi va izolyatsiya davrini qisqartiradi. Shu sababli eng yuqori oʻz-oʻzini markazlashtirish kuchi va eng yuqori izolyatsiya samaradorligi ayni bir parametr nuqtasida olinmaydi.

Tadqiqotning asosiy loyihaviy xulosasi shuki, η_f qiymati faqat maksimal kuchga qarab tanlanmasligi kerak. Loyihada gorizontal siljish, maqsadli davr, tayanch yurishi, ustki konstruksiya tezlanishi va zilziladan keyingi qaytish ehtiyoji birgalikda baholanishi lozim.

Havo soʻndirgichi porshen diametri vertikal samaradorlikka qanday taʼsir koʻrsatdi?

Havo soʻndirgichining silindr diametri 200,2 mm da oʻzgarmas saqlangan holda porshen diametri 199,4 mm dan 200,0 mm gacha oshirilgan. Porshen diametri kattalashgani sari porshen bilan silindr orasidagi halqasimon oqim boʻshligʻi kichraygan, gaz oqimi qarshiligi va ekvivalent soʻnish ortgan.

19-rasmdagi egri chiziqlar oʻrganilgan barcha zilzila yozuvlarida porshen diametri ortgani sari vertikal tezlanish va siljish izolyatsiyasi nisbatlari koʻtarilganini koʻrsatadi. Umumiy yaxshilanish 5,6–8,1 foiz punkt oraligʻida.

Biroq juda kichik ish boʻshligʻi ishlab chiqarish yoʻl qoʻyishlarini muhim holga keltirishi, ishqalanish yoki tiqilib qolish xavfini oshirishi va kerakli yurishning amalga oshishiga toʻsqinlik qilishi mumkin. Shu sababli tadqiqotchilar porshen diametrini faqat sonli izolyatsiya nisbatiga koʻra emas, balki ishlab chiqarish imkoniyati, harakat erkinligi, soʻnish kuchi, vertikal loyihaviy siljish va cheklagichning xavfsizlik zaxirasi bilan birgalikda tanlashni tavsiya qiladi.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan xulosalar

• Gaz prujinalarining boshlangʻich bosimi va porshen yuzasi gorizontal qaytaruvchi kuchni sezilarli darajada oʻzgartiradi.
• Gaz prujinasining ish uzunligi oshganda boshlangʻich bikrlik va katta siljishdagi kuch kamayadi.
• Gaz prujinasi–qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch modeli oʻrganilgan kvazistatik tajribalarda tajribaviy egri chiziqlarni koʻpi bilan %9,7 choʻqqi kuch xatosi bilan ifodalagan.
• Chekli elementlar modeli doirasida NSC-3DIB asosiy konstruksiya, tom va osma klapanlarning gorizontal hamda vertikal zilzila javoblarini kamaytirgan.
• Zilzila shiddatining va gaz prujinasi kuchi nisbatining oshishi gorizontal izolyatsiya samaradorligini pasaytirgan.
• Havo soʻndirgichidagi oqim boʻshligʻining kamaytirilishi sonli modelda vertikal izolyatsiya samaradorligini yaxshilagan.

Tadqiqot isbotlamagan xulosalar

• Tadqiqot toʻliq masshtabli NSC-3DIB tayanchi haqiqiy klapan zalida zilzila vaqtida muvaffaqiyatli ishlashini koʻrsatmaydi.
• Zilziladan keyingi qoldiq siljish bevosita hisoblanmagani yoki tajribada oʻlchanmagani sababli oʻz-oʻzini toʻliq markazlashtirish samaradorligi tasdiqlanmagan.
• Vertikal spiral prujina–havo soʻndirgichi quyi tizimi ushbu tadqiqot doirasida jismonan sinalmagan.
• Tayanchlarning uzoq muddatli charchashi, eskirishi, harorat oʻzgarishi, gaz sizishi, texnik xizmat va nosozlik xatti-harakati baholanmagan.
• Grunt–konstruksiya oʻzaro taʼsiri modelga kiritilmagan.
• Bitta klapan zali geometriyasiga asoslangan natijalarni barcha konvertor stansiyalariga bevosita umumlashtirib boʻlmaydi.
• Preprint natijalari taqrizdan oʻtgan ilmiy konsensus yoki qoʻllashga tayyor loyihalash standarti maqomiga ega emas.

Kuchli tomonlar va kelajakdagi ahamiyati

Tadqiqotning kuchli tomoni qurilma gʻoyasini faqat konseptual chizma holida qoldirmaganidir. Tadqiqotchilar mexanik tenglamalarni tuzdilar, konstruksiya maqsadlarini alohida tayanch parametrlariga aylantiruvchi loyihalash jarayonini ishlab chiqdilar, gorizontal quyi tizim namunasini tayyorladilar, modelni tajribaviy egri chiziqlar bilan taqqosladilar va keyin butun klapan zali uchun uch komponentli zilzila tahlillarini oʻtkazdilar.

Taklif etilgan yondashuv, ayniqsa, energiya uzatish infratuzilmasida faqat binoning tik turishiga emas, balki binoga biriktirilgan sezgir elektr jihozlarining ishlashda davom etishiga eʼtibor qaratadi. Elektr uzatish inshootlarida zilziladan keyingi tez tiklanish konstruktiv shikastlanishning oldini olish bilan bir qatorda osma klapanlar, izolyatorlar va biriktiruvchi elementlarni himoya qilishga ham bogʻliq.

Kelgusidagi tadqiqotlar toʻliq masshtabli uch oʻlchovli tayanch tajribalari, silkitish stoli tekshiruvi, qoldiq siljish oʻlchovlari, siklik chidamlilik, gaz oʻtkazmaslik, harorat taʼsirlari, vertikal-gorizontal oʻzaro taʼsir, buralish xatti-harakati va grunt–konstruksiya oʻzaro taʼsirini qamrab olishi kerak. Ushbu tekshiruvlar yakunlanmasdan turib tizimning dala sharoitidagi samaradorligini qatʼiy tasdiqlangan deb hisoblamaslik lozim.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tadqiqot dizaynining texnik xulosasi

Tajriba namunasining asosiy parametrlari

Klapan zali va tahlil parametrlari

Asosiy tajribaviy va sonli natijalar

Uslubiy farazlar va cheklovlar

• Tayanchning gorizontal va vertikal xatti-harakatlari taxminan bir-biridan mustaqil deb qabul qilingan.
• Gaz prujinalari asosan oʻq boʻylab yuk koʻtarishi, birikma aylanishi va ikkilamchi egilish taʼsirlarini eʼtiborga olmaslik mumkinligi faraz qilingan.
• Qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch xatti-harakati Bouc–Wen modeli bilan ideallashtirilgan.
• Vertikal deformatsiya asosan spiral prujinalarda, energiya yutilishi esa havo soʻndirgichlarida yuzaga kelishi qabul qilingan.
• Havo soʻndirgichining ekvivalent bikrligi vertikal loyihalashda eʼtiborga olinmagan.
• Grunt–konstruksiya oʻzaro taʼsiri hisobga olinmagan.
• Gorizontal quyi tizim kvazistatik usulda sinalgan; toʻliq uch oʻlchovli tayanch va vertikal quyi tizim tajribada tasdiqlanmagan.
• Qoldiq siljish va zilziladan keyingi haqiqiy qayta markazlash miqdori bevosita xabar qilinmagan.
• Natijalar bitta klapan zali modeli va tanlangan zilzila yozuvlari uchun olingan.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning toʻliq asl nomi:Design and Seismic Response Control of a Nonlinear Self-Centering Three-Dimensional Isolation Bearing for Converter Valve Hall Structures

Mualliflar va ularning tartibi: Kunjie Rong, Junrong Gong va Li Tian.

Mualliflarning muassasalari:

• Kunjie Rong: School of Energy Power and Engineering, North China Electric Power University; School of Civil Engineering, Shandong University; Hebei Key Laboratory of Electric Machinery Health Maintenance and Failure Prevention; Yanzhao Electric Power Laboratory.
• Junrong Gong: School of Civil Engineering, Shandong University.
• Li Tian: School of Civil Engineering, Shandong University.

Teng birinchi mualliflik: Matnda teng birinchi mualliflik yoki teng hissa bayonoti mavjud emas.

Masʼul muallif: Li Tian. Tadqiqotda masʼul muallifning elektron pochta manzili tianli@sdu.edu.cn sifatida berilgan.

DOI: 10.2139/ssrn.7196888. DOI maʼlumoti tadqiqot matni boʻlimida koʻrsatilmagan, rasmiy SSRN qaydi orqali tasdiqlangan.

Jurnal: Tadqiqot taqrizdan oʻtgan jurnalda chop etilgani yoki qabul qilingani tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi va asl nashriyotchi: SSRN, Elsevier tarkibidagi preprint platformasi.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: Tajribaviy gorizontal komponent tadqiqoti bilan chekli elementlar simulyatsiyasini birlashtiruvchi preprint tadqiqot ishi.

Taqriz holati: Ushbu tadqiqot taqrizdan oʻtmagan preprintdir; uning natijalari ushbu cheklov hisobga olingan holda oʻqilishi kerak.

Rasmiy manba havolasi: https://ssrn.com/abstract=7196888

Ushbu oʻzbekcha maqola yuklangan tadqiqotning matni, tenglamalari, jadvallari, tajriba tasvirlari, mexanik sxemalari, gisterezis egri chiziqlari, chekli elementlar modeli, zilzila javobi grafiklari va sezgirlik tahlillari oʻrganilib tayyorlangan. Muallif, DOI, platforma va nashr holatidan tashqari ilmiy mazmun yuklangan tadqiqot bilan cheklangan; tashqi manbalardan yangi ilmiy natija qoʻshilmagan.

Tadqiqotning eng muhim uslubiy cheklovi faqat gorizontal gaz prujinasi–qoʻrgʻoshin yadroli rezina tayanch quyi tizimi jismonan sinalganidir. Vertikal quyi tizim, toʻliq uch oʻlchovli tayanch, butun klapan zali va haqiqiy zilziladan keyingi oʻz-oʻzini markazlashtirish xatti-harakati tajribada tasdiqlanmagan. Konstruksiya darajasidagi izolyatsiya nisbatlari chekli elementlar simulyatsiyasiga asoslangan. Ushbu tadqiqot dala sharoitida qoʻllash, uzoq muddatli chidamlilik yoki haqiqiy zilzila samaradorligi isbotini taqdim etmaydi.