পাওয়ার ট্রান্সমিশন টাওয়ারগুলির বাতাস প্রতিরোধ ক্ষমতা কীভাবে বৃদ্ধি করা যায়?

ট্রান্সমিশন টাওয়ারগুলির উপর ক্রিয়াশীল বাতাসের চাপ যান্ত্রিক পদ্ধতি

বাতাসের চাপ যান্ত্রিক পদ্ধতিগুলি পাওয়ার ট্রান্সমিশন টাওয়ারগুলির উপর গুরুত্বপূর্ণ প্রতিবলকে চালিত করে, যা কার্যকর বাতাস-প্রতিরোধী ডিজাইনের জন্য সঠিক বোঝাপড়ার প্রয়োজন হয়। এরোডাইনামিক মিথস্ক্রিয়াগুলি জটিল বল প্যাটার্ন সৃষ্টি করে—বিশেষ করে খোলা-ফ্রেম ল্যাটিস কাঠামোগুলিতে—যেখানে টার্বুলেন্ট প্রবাহ, ভর্টেক্স শেডিং এবং গতিশীল প্রবলতা উচ্চ-বাতাসের ঘটনার সময় কাঠামোগত অখণ্ডতাকে চ্যালেঞ্জ করে।

ল্যাটিস টাওয়ারের পৃষ্ঠের চারপাশে টার্বুলেন্ট প্রবাহ বিচ্ছেদ এবং চাপের অসাম্য

যখন বাতাস ল্যাটিস টাওয়ারগুলির পাশ দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন এটি টাওয়ারের পৃষ্ঠে টার্বুলেন্সের অঞ্চল এবং চাপ বণ্টনের অসমতা সৃষ্টি করে। এই চাপের পার্থক্যগুলি উল্লেখযোগ্য ড্র্যাগ বল সৃষ্টি করে, যা কাঠামোগত জয়েন্ট এবং ফ্রেমওয়ার্কের পাতলা অংশগুলির উপর অতিরিক্ত চাপ আরোপ করে—বিশেষ করে যখন বাতাসের প্রবাহ টাওয়ারের অভ্যন্তরীণ কাঠামোর মধ্যে আটকে যায়, তখন এটি আরও স্পষ্টভাবে পরিলক্ষিত হয়। তীব্র ঝোড়ো হাওয়ার সময়, টাওয়ারের বিপরীত পাশের মধ্যে চাপের পার্থক্য প্রায়শই ৩০% এর বেশি হয়, যা সেই গুরুত্বপূর্ণ সংযোগ বিন্দুগুলির ক্ষয়-ক্ষতি ত্বরান্বিত করে। ২০১৭ সালে 'জার্নাল অফ উইন্ড ইঞ্জিনিয়ারিং' পত্রিকায় প্রকাশিত গবেষণা ফলাফল এই বিষয়টিকে সমর্থন করে, যা দেখায় যে এই ধরনের চাপের অসাম্য ল্যাটিস ট্রান্সমিশন কাঠামোতে পুনরাবৃত্ত পীড়ন চক্রের প্রধান কারণগুলির মধ্যে একটি। এই সমস্যা মোকাবেলার জন্য প্রকৌশলীরা প্রথমে ক্রস-আর্মগুলির মধ্যে দূরত্ব সামঞ্জস্য করা শুরু করেন। এই নকশা-সংশোধনটি সংগঠিত বাতাসের প্রবাহ প্যাটার্নকে বিচ্ছিন্ন করতে সাহায্য করে এবং চাপের পার্থক্যগুলিকে সমগ্র টাওয়ার ফ্রেমওয়ার্কে ছড়িয়ে পড়ার আগেই কমিয়ে আনে।

ভর্টেক্স শেডিং, এয়ারোডাইনামিক শ্যাডোয়িং এবং ডাইনামিক অ্যামপ্লিফিকেশন প্রভাব

যখন বাতাস টাওয়ারের উপাদানগুলির পাশ দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন এটি ভর্টেক্স শেডিং নামক কিছু তৈরি করে, যার ফলে কাঠামোর উপর সামনে-পিছনে লিফট ও ড্র্যাগ বল ক্রিয়া করে। কখনও কখনও এই বলগুলি কাঠামোর স্বাভাবিক কম্পন প্রবণতার সাথে সমান্তরাল হয়ে যায়, যার ফলে সমস্যা দেখা দেয়। উচ্চ-প্রবাহ অঞ্চলে অবস্থিত অন্যান্য টাওয়ার বা ভূদৃশ্যের বৈশিষ্ট্যগুলি ইঞ্জিনিয়াররা যাকে 'অ্যারোডাইনামিক শ্যাডো' বলেন, তা নিক্ষেপ করে। এই ছায়াগুলি স্বাভাবিক বাতাসের প্যাটার্নকে বিঘ্নিত করে এবং নির্দিষ্ট স্থানে টার্বুলেন্সকে আরও তীব্র করে তোলে। এই সমস্ত কিছুর সমন্বয়ে কাঠামোগত প্রতিক্রিয়া উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেতে পারে। ক্ষেত্র পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, এই ঘটনা ঘটলে উপকরণের উপর প্রযুক্ত পীড়ন প্রায় ৪০% পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়—এটি ASCE ম্যানুয়াল ৭৪ (২০১০) এ উল্লিখিত গবেষণার উল্লেখ অনুযায়ী। বাতাস যখন কোণে আঘাত করে, তখন এই ছায়া প্রভাবগুলি আরও স্পষ্ট হয়ে ওঠে। তাই ইঞ্জিনিয়াররা হেলিক্যাল স্ট্রেকস—যা খুঁটিগুলির চারপাশে জড়ানো থাকে—বা উঁচু ভবনগুলিতে দেখা যায় এমন টিউনড মাস ড্যাম্পার সহ ড্যাম্পিং সিস্টেম স্থাপন করতে হয়। এই সিস্টেমগুলি ভর্টেক্স প্যাটার্নগুলিকে অনিয়ন্ত্রিত হওয়ার আগেই ভেঙে দেয় এবং এই শৃঙ্খল প্রতিক্রিয়া প্রভাবের মাধ্যমে ক্ষতি রোধ করে।

উচ্চ বাতাসের ঘটনায় গুরুতর ব্যর্থতা মোড এবং কাঠামোগত দুর্বলতা

যৌথ বাকলিং এবং সদস্য অস্থিতিশীলতা: টাইফুন ম্যাঙ্খুট (২০১৮) থেকে শিক্ষা

টাইফুন ম্যাংখুটের ২০০ কিমি/ঘণ্টা বেগের বাতাস ল্যাটিস টাওয়ারগুলির সংযোগ পদ্ধতিতে গুরুতর দুর্বলতা উনমোচিত করেছিল, যার ফলে গুয়াংডং-এর বিদ্যুৎ জালে ধারাবাহিক ধসের শৃঙ্খল সৃষ্টি হয়েছিল। বোল্টেড জয়েন্টগুলিতে কেন্দ্রচ্যুত বাতাসের বল কোণযুক্ত গঠনমূলক উপাদানগুলিতে ক্রমাগত বাঁকন (বাকলিং) ঘটায়, বিশেষ করে ক্রস আর্ম যোগস্থলগুলিতে যেখানে বেঁকে যাওয়ার চাপ এবং চাপ প্রয়োগের বল উভয়েই সংযোগের শক্তিকে অতিক্রম করে। পরবর্তী পর্যালোচনায় দেখা গেছে যে, ম্যাংখুটের সময় সমস্ত টাওয়ার ব্যর্থতার প্রায় তিন-চতুর্থাংশই এই জয়েন্ট-সংক্রান্ত সমস্যার কারণে হয়েছিল, যার ফলে ক্ষতির পরিমাণ ১.২ বিলিয়ন ডলারের বেশি হয়েছিল—এটি চেন ও তাঁর সহযোগীদের দ্বারা ২০২২ সালে প্রকাশিত গবেষণায় উল্লেখ করা হয়েছে। এটি সাধারণ উপাদান ব্যর্থতা থেকে ভিন্ন হওয়ার কারণ হলো যে, সংযোগ সংক্রান্ত সমস্যাগুলি সমগ্র ল্যাটিস গঠনের মধ্যে দ্রুত ছড়িয়ে পড়ে। তাই টাইফুন-প্রবণ অঞ্চলগুলিতে জয়েন্ট নকশা করার সময় প্রকৌশলীদের অবশ্যই অরৈখিক গতিশীল বিশ্লেষণ করতে হবে—এই বিষয়ে আইইসি ৬১৪০০-২৪ (২০১৯) সহ নতুন শিল্প মানদণ্ডগুলি এখন অবশ্যই এই বিধান করছে।

ক্লান্তি-চালিত ক্ষয়ক্ষতি বনাম স্থিতিশীল ধস: কেন আধুনিক টাওয়ার মূল্যায়ন অবশ্যই উন্নত হতে হবে

অধিকাংশ ঐতিহ্যবাহী পদ্ধতি স্থিতিশীল ধসের সীমা নিয়ে ফোকাস করে, কিন্তু বারবার বাতাসের প্রভাবে ধীরে ধীরে ঘটা ক্লান্তি-জনিত ক্ষতির দিকে লক্ষ্য রাখে না। সাম্প্রতিক গবেষণা অনুযায়ী, বাতাসের কারণে ঘটা ব্যর্থতার প্রায় ৬০ শতাংশই চাপ কেন্দ্রীভূত স্থানগুলিতে সূক্ষ্ম ফাটলের বিস্তারের ফলে ঘটে, যা EPRI ২০২৩ সালের বার্ষিক স্থিতিস্থাপকতা প্রতিবেদনে উল্লিখিত হঠাৎ অতিরিক্ত ভারের ঘটনার চেয়ে ভিন্ন। সমুদ্র তীরবর্তী এলাকায় এই সমস্যা আরও বাড়ে, কারণ লবণাক্ত জলের ক্ষয় এবং ধ্রুব চাপ চক্রগুলি একসাথে কাজ করে, যার ফলে উপকরণগুলি এই বলগুলির প্রতিরোধ করার সময়কাল প্রায় অর্ধেক হয়ে যায়। এই বোধগম্যতার ভিত্তিতে, অনেক শীর্ষস্থানীয় ইউটিলিটি কোম্পানি শুধুমাত্র শক্তি পরীক্ষা করার পরিবর্তে ক্ষতি-সহনশীল মূল্যায়ন পদ্ধতি ব্যবহার শুরু করেছে। তারা পুরনো পরিদর্শন পদ্ধতিগুলির পরিবর্তে উন্নত ফেজড অ্যারে অলট্রাসনিক পরীক্ষা ব্যবহার করছে, যা সেইসব ফাটল বাড়ার আগেই পৃষ্ঠের নীচে লুকিয়ে থাকা ত্রুটিগুলি শনাক্ত করে।

টাওয়ারের বাতাস প্রতিরোধ উন্নত করার জন্য প্রমাণিত ডিজাইন কৌশল

এরোডাইনামিক উন্নয়ন: ক্রস-আর্ম জ্যামিতি অপ্টিমাইজেশন এবং ক্ষেত্রফল হ্রাসকরণ পদ্ধতি

যখন প্রকৌশলীরা ক্রস আর্মগুলির আকৃতি সামান্য পরিবর্তন করেন, তখন তারা সামনের পৃষ্ঠের সংস্পর্শে আসা বাতাসের পরিমাণ কমিয়ে দিতে পারেন এবং সেই বিরক্তিকর ভর্টিসগুলির গঠন রোধ করতে পারেন। গবেষণালব্ধ তথ্যও এটিকে সমর্থন করে: জাতীয় নবায়নযোগ্য শক্তি ল্যাবরেটরি (NREL) এর ২০২৩ সালের গবেষণা অনুসারে, পারম্পরিক বাক্স-আকৃতির ডিজাইনের তুলনায় উপবৃত্তাকার আকৃতি ঘূর্ণায়মান বাতাসের কারণে সৃষ্ট কম্পনকে প্রায় ১৫ থেকে ২০ শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। আরেকটি কৌশল হলো বাতাসের সংস্পর্শে থাকা মোট ক্ষেত্রফল হ্রাস করা। এটি সম্ভব হয় যেখানে সম্ভব, কিছু গাঠনিক উপাদান সরিয়ে ফেলে এবং যেসব অংশে ওজন বহনের প্রয়োজন হয় না, সেগুলিতে ছিদ্র করে। এই পরিবর্তনগুলি ড্র্যাগকে প্রায় ১০ থেকে ১৪ শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়, যদিও সমস্তকিছু একইভাবে শক্তিশালী ও স্থিতিশীল থাকে। কম্পিউটার মডেল—যাদের CFD সিমুলেশন বলা হয়—এই সমস্ত উন্নতি যাচাই করে যে তারা বিভিন্ন কোণে বাতাসের সংস্পর্শে এলেও সঠিকভাবে কাজ করছে কিনা, যেমন ০ ডিগ্রি (সরাসরি সামনে থেকে) থেকে শুরু করে ১৮০ ডিগ্রি (সরাসরি পিছন থেকে) পর্যন্ত। বিশেষ করে ঝড়প্রবণ অঞ্চলে ৫০ মিটারের বেশি উচ্চতার টাওয়ারগুলির ক্ষেত্রে, গাঠনিক উপাদানগুলিকে আরও বেশি দূরে স্থাপন করে কঠিন উপাদানের অনুপাত ০.৩-এর নিচে রাখা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এটি অবাঞ্ছিত কম্পন কমাতে সাহায্য করে, বিশেষ করে তখন, যখন আবহাওয়া অস্থিতিশীল হয় এবং বাতাস একসাথে একাধিক দিক থেকে প্রবাহিত হয়।

গাঠনিক শক্তিকরণ: ব্রেসিং আপগ্রেড, জয়েন্ট দৃঢ়ীকরণ এবং ড্যাম্পিং একীভূতকরণ

গঠনের ব্যর্থতা থেকে রক্ষা করার জন্য প্রকৌশলীরা ত্রিভুজাকার ব্রেসিং সিস্টেম ব্যবহার করে সমস্যাযুক্ত অঞ্চলগুলিকে শক্তিশালী করেন, যা পাশ থেকে বাতাসের বলগুলিকে ছড়িয়ে দিতে সাহায্য করে। কর্ণ ব্রেসগুলি আপগ্রেড করলে পার্শ্বীয় দৃঢ়তা প্রায় ২৫ থেকে ৩০ শতাংশ পর্যন্ত বৃদ্ধি পেতে পারে। IEC 61400-24 (২০১৯) মানের মতে, K-ব্রেসিং সেটআপটি খুব শক্তিশালী ঝাঁঝরি বাতাসের সম্মুখীন হওয়ার সময় সংকোচন সদস্যগুলিকে বাঁকানো থেকে রোধ করতে বিশেষভাবে কার্যকর। যোগাযোগস্থলগুলি শক্তিশালী করার মধ্যে গাসেট প্লেট যোগ করা, ইনস্টলেশনের আগে উচ্চ-শক্তির বোল্টগুলি টাইট করা এবং বেস প্লেটগুলি শক্তিশালী করা অন্তর্ভুক্ত। এই পদ্ধতিটি ঘূর্ণন সংক্রান্ত সমস্যাগুলি কমায় এবং ক্লান্তি জনিত ফাটল সৃষ্টির সম্ভাবনা প্রায় চল্লিশ শতাংশ হ্রাস করে। বাতাসজনিত কম্পনের বিরুদ্ধে অতিরিক্ত সুরক্ষা প্রদানের জন্য সহায়ক ড্যাম্পিং পদ্ধতিগুলি প্রয়োগ করা হয়। এর মধ্যে রয়েছে টিউনড মাস ড্যাম্পার বা ভিসকাস তরল দিয়ে পূর্ণ ডিভাইসগুলি, যা বিরক্তিকর বাতাসজনিত কম্পনের সময় গতিশক্তির প্রায় পনেরো থেকে পঁচিশ শতাংশ শোষণ করে। সামগ্রিকভাবে, এই বিভিন্ন পদ্ধতিগুলি গঠনের ধসের সীমা পঞ্চাশ-পাঁচ মিটার প্রতি সেকেন্ডের বাতাসের গতির উপরে ঠেলে দেয়। সম্পূর্ণ স্কেলের পরীক্ষাগুলি অনুকরণ করা টাইফুনের অবস্থায় এই কার্যকারিতা নিশ্চিত করেছে, যা প্রকৌশলীদের তাদের ডিজাইনে আত্মবিশ্বাস প্রদান করে।

FAQ

ভর্টেক্স শেডিং কী?

যখন বাতাস কোনো গঠনের উপর দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন ভর্টেক্স শেডিং ঘটে, যার ফলে পর্যায়ক্রমে নিম্ন-চাপের অঞ্চল সৃষ্টি হয় এবং গঠনটিতে এগিয়ে-পিছিয়ে গতি সৃষ্টি করে, যা গঠনটির উপর লিফট ও ড্র্যাগ বলের সৃষ্টি করে।

এরোডাইনামিক শ্যাডোয়িং ট্রান্সমিশন টাওয়ারের উপর কীভাবে প্রভাব ফেলতে পারে?

এরোডাইনামিক শ্যাডোয়িং স্বাভাবিক বাতাসের প্যাটার্নকে বিঘ্নিত করে, টার্বুলেন্সকে তীব্রতর করে এবং টাওয়ারের গঠনের উপর চাপ বৃদ্ধি করে—বিশেষ করে অন্যান্য টাওয়ার বা ভূদৃশ্যের বৈশিষ্ট্যগুলির মতো বাধা পেছনের অঞ্চলগুলিতে।

ট্রান্সমিশন টাওয়ারে বাতাসের বিরুদ্ধে প্রতিরোধ বৃদ্ধির জন্য কিছু ডিজাইন কৌশল কী কী?

ডিজাইন কৌশলগুলির মধ্যে রয়েছে ক্রস-আর্ম জ্যামিতি অপ্টিমাইজেশন, ক্ষেত্রফল হ্রাসকরণ পদ্ধতি, ব্রেসিং আপগ্রেড যোগ করা, জয়েন্ট দৃঢ়ীকরণ এবং ড্যাম্পিং একীভূতকরণ—যাতে বাতাসের বলগুলি ছড়িয়ে দেওয়া যায় এবং গঠনগত দুর্বলতা প্রতিরোধ করা যায়।