Kako povećati otpor vjetra na tornjeve za prenos energije?

Mehanizmi za otpornost vjetra na prenosilice

Mehanizmi otpora vjetra izazivaju kritične napore na tornjeve za prenos energije, što zahtijeva precizno razumijevanje za učinkovit dizajn otpora vjetra. Aerodinamičke interakcije stvaraju složene obrasce sile, posebno u mrežnim strukturama otvorenog okvira, gdje se turbulentni protok, odlaganje vrtloga i dinamičko pojačavanje zbližavaju kako bi izazvali integritet strukture tijekom snažnih vjetrova.

U slučaju da se ne može utvrditi da je to potrebno, potrebno je utvrditi razinu i razinu otpora.

Kada se vjetar kreće pored mrežastih kula, stvara područja turbulencije i nejednake raspodjele pritiska na površini. Te razlike u tlaku dovode do znatnih sila otpora koje dodatno opterećuju konstrukcijske spojeve i tanke dijelove okvira, posebno primjetne kada se protok zraka uhvati unutar unutarnje strukture kula. Tijekom jakih vjetrova, često vidimo razlike pritiska koje dosežu preko 30% između suprotnih strana tornja, što ubrzava habanje na tim vitalnim spojnim točkama. Istraživanja iz testiranja vjetrotunela to potvrđuju, pokazujući da su takve neravnoteže pritiska zapravo jedan od glavnih uzroka ponavljajućih ciklusa stresa u mrežnim transmisijskim strukturama prema nalazima objavljenim u časopisu Journal of Wind Engineering 2017. Kako bi se suprotstavili tom problemu, inženjeri prvo prilagode razmak između križanih ruku. Ova modifikacija pomaže u razbijanju organiziranih obrazaca protoka zraka i smanjuje razlike u pritisku prije nego se prošire po cijelom okviru kule.

Vorkusno raspršivanje, aerodinamičko sjenivanje i efekti dinamičkog pojačanja

Kada vjetar prolazi pored elemenata kula, stvara nešto što se zove vortex odlaganje što rezultira u one naprijed i natrag podizanje i vuču sile na strukture. Ponekad se te sile poklapaju s načinom na koji struktura prirodno želi vibrirati, uzrokujući probleme. Stvari uzvodno poput drugih tornjeva u blizini ili čak i pejzažnih elemenata bacaju ono što inženjeri nazivaju aerodinamičkim sjenkama. Ove sjene se miješaju s normalnim obrascima vjetra i zapravo pogoršavaju turbulenciju na određenim mjestima. Kombinacija svega ovoga može stvarno povećati strukturalni odgovor. U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) Uredbe (EZ) br. 765/2008 i člankom 4. točkom (b) Uredbe (EZ) br. 765/2008 i člankom 4. točkom (c) Uredbe (EZ) br. 765/2008 i člankom 4. točkom (c) Uredbe (EZ) br. 765/2008 i Vjetar koji dolazi pod uglom čini ove efekte sjene još izraženijim. Zato inženjeri moraju instalirati sisteme za umanjkivanje poput spiralnih traka zavijenih oko stubova ili onih prilagođenih masovnih umanjkivača koje vidimo na visokim zgradama. Oni pomažu razbiti vrtlog obrazac prije nego što izađu iz kontrole i uzrokovati štetu kroz ovaj lanac reakcije efekat.

U slučaju da se pojave velike vjetrove, primjenjuje se metoda za utvrđivanje opasnosti od nepovratnih udaraca.

Uprskavanje zglobova i nestabilnost članova: Pouke iz tajfuna Mangkhut (2018)

Vjetrovi brzine 200 km/h iz tajfuna Mangkhut otkrili su ozbiljne slabosti u povezivanju mrežnih kula, uzrokujući lančanu reakciju urušavanja u cijeloj Guangdongovoj električnoj mreži. Vjetrovne sile koje djeluju izvan središta na zakrivljenim spojevima dovele su do postupnog savijanja u uglovitim strukturnim komponentama, posebno primjetnih na križanju križnih ruku gdje su i naponi savijanja i sile komprese preplavljali snagu veze. Kad se pogledaju posljedice, oko tri četvrtine svih kvarova kula tijekom Mangkhuta bilo je zbog tih zajedničkih problema, što je rezultiralo štetovima koji su premašili 1,2 milijarde dolara prema istraživanju koje su objavljeni od strane Chena i njegovih kolega 2022. godine. Ono što je razlikuje od jednostavnog kvaru komponente je da se problemi s povezivanjem brzo šire kroz cijelu mrežnu strukturu. Zato noviji industrijski standardi poput IEC 61400-24 iz 2019. inzistiraju na tome da inženjeri izvode nelinearne dinamičke analize prilikom projektiranja spojeva za područja koja često pogađaju tajfuni.

Degradacija uzrokovana umorom ili statički kolaps: Zašto se moderni procjeni tornjeva moraju razviti

Većina tradicionalnih metoda usmjerava se na statičke granice kolapsa, a ne na postupno oštećenje od umorstva uzrokovano ponavljajućom izloženosti vjetru. Prema nedavnim studijama, oko 60 posto neuspjeha povezanih s vjetrom zapravo dolazi od sitnih pukotina koje se šire na mjestima koncentracije stresa, a ne iznenadnih prekoračenja, kako je navedeno u EPRI-jevom godišnjem izvješću o otpornosti 2023. Problem se pogoršava uz obalu jer korozija slane vode djeluje zajedno s stalnim ciklusima stresa, smanjujući vrijeme koje materijali mogu izdržati te sile za gotovo polovinu. Zbog tog razumijevanja, mnoge vodeće tvrtke za komunalne usluge počele su koristiti pristupe procjene tolerancije na štetu umjesto samo provjere snage. Zamjenjuju stare tehnike inspekcije naprednim ultrasonim testiranjem koji pronalazi skrivene mane ispod površine prije nego što pukotine postanu prevelike da ih ignoriramo.

Dokazane strategije za poboljšanje otpornosti na vjetar

Aerodinamički prefinjivanja: Optimizacija geometrije i smanjenje površine

Kad inženjeri prilagode oblik križanih ruku, mogu smanjiti količinu vjetra koja udara na prednju površinu i spriječiti stvaranje tih dosadnih vrtloga. Brojke to također potvrđuju: eliptični oblici zapravo smanjuju vibracije uzrokovane vrtlom zraka za oko 15 do 20 posto u usporedbi s tradicionalnim okvirnim dizajnima prema istraživanju NREL-a iz 2023. Još jedan trik je smanjenje ukupne površine izložene vjetru. To uključuje uklanjanje nekih konstrukcijskih članova gdje je to moguće i bušenje rupa u dijelovima koji ne moraju nositi težinu. Ove promjene smanjuju otpornost za oko 10 do 14 posto, a sve ostaju isto tako čvrsto i stabilno. Računarski modeli zvani CFD simulacije provjeravaju da sve ove poboljšanja rade ispravno čak i kada vjetar dolazi pod različitim kutovima od 0 stupnjeva ravno do 180 stupnjeva naprijed. Za zaista visoke kule visine preko 50 metara u područjima sklonim tajfunima, osiguravanje da je omjer čvrstog materijala ispod 0,3 raspoređivanjem strukturnih komponenti dalje jedna od druge čini veliku razliku. To pomaže u smanjenju neželjenih tresa, osobito tijekom haotičnih vremenskih uvjeta kada vjetar puše iz više smjerova odjednom.

Izgradnja: poboljšanje brisača, čvrstenje zglobova i integracija amortizatora

Kad se ojačaju konstrukcije protiv kvarova, inženjeri se usredotočuju na problematična područja koristeći trokutne sustave za podupiranje koji pomažu u širenju sila vjetra s strana. Nadogradnja dijagonalnih proteza može povećati bočnu ukočenost negdje oko 25 do možda čak 30 posto. K-brazing postavka posebno dobro radi na zaustavljanju kompresijskih članova od savijanja kada se suočavaju s stvarno jakim vjetrovima, prema standardima poput IEC 61400-24 iz 2019. Oštrošću spojeva se uključuju stvari poput dodavanja gusset ploča, stezanje tih visokokvalitetnih vijaka prije ugradnje i jačanje osnovnih ploča. Ovaj pristup smanjuje probleme s rotacijom i smanjuje mogućnost otvaranja pukotina zbog umora za oko 40 posto. Za dodatnu zaštitu od tresa zbog vjetra, upotrebljavaju se dodatne metode za umanjkivanje. To uključuje stvari poput prilagođenih masnih amortizatora ili uređaja ispunjenih viskoznim tečnostima koji apsorbuju otprilike između petnaest i dvadeset pet posto kinetičke energije tijekom te dosadne vibracije uzrokovane vjetrom. Zajedno, ovi različiti pristupi guraju točku gdje se strukture mogu srušiti nakon brzine vjetra od pedeset pet metara u sekundi. Potvrđeno je da je to djelotvorno i u simuliranim vremenskim uvjetima, što inženjerima daje povjerenje u njihove projekte.

Česta pitanja

Što je vrtlog prolivanje?

Vrhtovi se raspadaju kada vjetar prođe preko strukture, što rezultira izmjenama zona niskog tlaka koje stvaraju kretanje naprijed-natrag, što dovodi do sila dizanja i vučenja strukture.

Kako aerodinamička senka može utjecati na transmiterski toranj?

Aerodinamičko sjenavanje narušava normalne obrasce vjetra, intenzivira turbulenciju i povećava pritisak na konstrukcije kula, osobito u područjima iza prepreka poput drugih kula ili pejzažnih karakteristika.

Koje su neke strategije za poboljšanje otpora vjetra u tornjevima za prijenos?

Dizajnske strategije uključuju optimizaciju geometrije križnih ruku, tehnike smanjenja površine, dodavanje nadogradnji za podupiranje, učvršćivanje zglobova i integraciju amortizacije kako bi se proširile snage vjetra i spriječile strukturalne ranjivosti.