Электр берілетін тораптардың желге төзімділігін қалай арттыруға болады?

Электр берілетін тораптарға әсер ететін желдің жүктемесінің механизмдері

Желдің жүктемесінің механизмдері электр берілетін тораптарға маңызды кернеулер туғызады, сондықтан желге төзімділік пен конструкциялық орнықтылықты қамтамасыз ету үшін оның әсерін дәл түсіну қажет. Аэродинамикалық әсерлер күрделі күштердің пайда болуына әкеледі — атап айтқанда, ашық рамалы торлы құрылымдарда турбулентті ағыс, вихрьдің бөлінуі және динамикалық күшейту әсерлері бірігіп, күшті желдің әсері кезінде құрылымдық тұрақтылықтың сақталуын қиындатады.

Торлы тораптардың бетінде турбулентті ағыстың бөлінуі мен қысымның тепе-теңдігінің бұзылуы

Жел торлы башқыштардың айналасынан өткенде, ол бетіндегі турбулентті аймақтар мен қысымның теңсіз таралуын туғызады. Бұл қысым айырымы қосымша кернеулерді туғызатын үлкен кедергі күштеріне әкеледі, сондықтан конструкциялық қосылыстар мен раманың жұқа бөліктеріне артық күш түседі; бұл құбылыс әсіресе ауа ағысы башқыштың ішкі құрылымына тұтылып қалғанда айқын байқалады. Күшті жел тұмсықтары кезінде башқыштың қарама-қарсы жақтары арасындағы қысым айырымы 30%-дан асады, бұл маңызды қосылыс нүктелеріндегі тозу процесін жеделдетеді. 2017 жылы «Жел инженериясы журналында» жарияланған зерттеулердің нәтижелері бұған қолдау көрсетеді: жел тунелінде жүргізілген сынақтар көрсеткендей, мұндай қысым тепе-теңсіздігі торлы электр беру құрылымдарында қайталанатын циклдық кернеулердің негізгі себептерінің бірі болып табылады. Бұл мәселені шешу үшін инженерлер алдымен көлденең қолтықтардың арақашықтығын реттеуден бастайды. Бұл конструкциялық өзгеріс ауа ағысының ұйымдасқан үлгілерін бұзады және қысым айырымын барлық башқыш рамасына таралғанға дейін азайтады.

Вортекс-шеддинг, аэродинамикалық көлеңке түзу және динамикалық күшейту әсерлері

Жел башқа элементтерден өткенде, құрылысқа кері-алға бағытталған көтеруші және тартушы күштер туғызатын вихрлардың ағысы деп аталатын құбылыс пайда болады. Кейде бұл күштер құрылыстың табиғи тербеліс жиілігімен сәйкес келеді, ол әдетте проблемаларға әкеледі. Алдыңғы жағындағы объектілер — мысалы, жақын жердегі басқа башқа немесе тіпті ландшафт ерекшеліктері — инженерлер «аэродинамикалық көлеңке» деп атайтын аймақтар құрады. Бұл көлеңкелер қалыпты жел үлгілерін бұзады және белгілі бір аймақтарда турбуленттілікті тіпті күшейтеді. Барлық бұл факторлардың әсері құрылымдық реакцияны қатты күшейтеді. 2010 жылғы ASCE 74-ші қолжетімділік кітабында сілтеме берілген зерттеулерге сәйкес, өрістегі сынақтар көрсеткендей, бұл жағдайда материалдарға түсетін кернеу шамамен 40% артуы мүмкін. Желдің бұрышпен соғуы бұл көлеңке әсерлерін тағы да күшейтеді. Сондықтан инженерлер бағаналардың айналасына спираль тәрізді стрейктерді орнату немесе биік ғимараттарда кездесетін резонансты массалы сақтандырғыштар сияқты сақтандырғыш жүйелерін орнатуға мәжбүр болады. Бұл жүйелер вихрлардың өзара әсерлесуінен туындайтын тізбекті реакция нәтижесінде зақымданудың алдын алу үшін вихрлардың пайда болуын бұзады.

Жоғары желді оқиғалар кезіндегі аса маңызды ақаулықтар және құрылымдық әлсіздіктер

Түйіндердің иілуі мен элементтердің тұрақсыздығы: «Мангхут» тропиктік циклоны (2018 ж.) сабақтары

Мангхут тропикалық циклонының 200 км/сағ жылдамдықтағы желі таспа торлы опоралардың қосылуындағы ауыр әлсіздіктерді ашты, бұл Гуандун провинциясының электр желісінде тізбекті құлауларға әкелді. Болтталған қосылыстарға орталықтан тыс әсер ететін жел күштері бұрышты конструкциялық элементтерде бірте-бірте иілуге әкелді, бұл әсіресе иілу мен сығылу күштері қосылыс беріктігін асып түскен кезде көрсеткіштік аймақтар — арқалық қосылыстарында айқын байқалды. Соңғы салдарларға қарағанда, Мангхут кезіндегі барлық опора құлауларының шамамен үш төрттен бірі осы қосылыс ақауларына байланысты болды, бұл 2022 жылы Чэнь және қауымдастарының жариялаған зерттеуіне сәйкес 1,2 миллиард доллардан астам залалға әкелді. Бұл қарапайым компоненттің зақымдануынан айырықша ерекшелігі — қосылыс ақауларының таспа торлы құрылым бойынша тез таралуы. Сондықтан 2019 жылғы IEC 61400-24 халықаралық стандарты сияқты жаңа салалық стандарттар тропикалық циклондар жиі соғатын аймақтар үшін қосылыстарды жобалаған кезде инженерлердің сызықты емес динамикалық талдау жүргізуін талап етеді.

Шаршағаннан болатын тозуға қарсы статикалық құлау: Неге заманауи башняларды бағалау әдістері дамуға тиіс

Көптеген дәстүрлі әдістер статикалық құлау шектеріне негізделген, ал желдің қайталанатын әсерінен туындайтын бавыр тозу зақымдарын ескермейді. Жаңа зерттеулерге сәйкес, EPRI 2023 жылғы Жылдық Төзімділік Есебінде келтірілгендей, желге байланысты апаттардың шамамен 60 пайызы нақты кенеттен асырылған жүктеме оқиғалары емес, тауып-тауып қалатын кернеу шоғырлану орындарында өсетін кішкентай трещиналардан туындайды. Бұл проблема су айдыны бойында одан да ауырлайды, себебі теңіз суының коррозиясы тұрақты кернеу циклдарымен қосылып, материалдардың осы күштерге шыдай алу мерзімін шамамен екі есе қысқартады. Осы түсініктен шығып, көптеген ірі электр энергиясын өндіруші компаниялар күштік тексерудің орнына зақымға төзімді бағалау тәсілдерін қолдана бастады. Олар ескі тексеру әдістерін беткейдегі жасырын ақауларды, трещиналар қауіпті деңгейге жетпей тұрып-ақ анықтай алатын инновациялық фазалық массивті ультрадыбыстық сынаумен алмастыруда.

Мұнараның желге төзімділігін арттыру үшін дәлелденген дизайн стратегиялары

Аэродинамикалық жақсартулар: Крестті иірім геометриясын оптималдау және аумақты азайту әдістері

Инженерлер крест тұғырларының пішінін өзгерткенде, алдыңғы бетке соғатын желдің мөлшерін азайта алады және осы қиындық туғызатын айналмалы ағыстардың пайда болуын тоқтата алады. Сандық көрсеткіштер де бұған дәлел болады: 2023 жылы NREL зерттеуіне сәйкес, эллипсті пішіндер дәстүрлі қорап тәрізді конструкцияларға қарағанда айналмалы ауаның туғызатын тербелістерді шамамен 15–20 пайызға азайтады. Тағы бір тәсіл — желге ұшырайтын жалпы ауданды кішірейту. Бұл кейбір конструкциялық элементтерді мүмкіндігінше алып тастауды және салмақты көтеруге қажет емес бөліктерге тесіктер жасауды қамтиды. Бұл өзгерістер ауа кедергісін шамамен 10–14 пайызға азайтады, бірақ барлық нәрсе әлі де осындай берік және тұрақты қалады. Көмпьютерлік модельдер — атап айтқанда, CFD-симуляциялар — бұл жақсартулардың барлығы 0 градустан (тікелей алдыңғы бағытта) 180 градусқа (тікелей қарама-қарсы бағытта) дейінгі әртүрлі бұрыштардан келетін желде де дұрыс жұмыс істейтінін тексереді. Желсіз аймақтарда, әсіресе 50 метрден асатын биік құрылыстар үшін, конструкциялық компоненттерді одан әрі ажыратып, бекітілген материалдың қатынасын 0,3-тен төмен ұстау маңызды әсер етеді. Бұл әсіресе жел бірнеше бағыттан бір уақытта соғатын, хаосты ауа райы кезінде қажетсіз тербелістерді азайтады.

Құрылымдық күшейту: Қосымша көтергіштердің жақсартылуы, түйіндік бекітпелердің қаттылығының артуы және сіңіру элементтерінің интеграциясы

Құрылымдардың зақымдануына қарсы күшейту кезінде инженерлер жел күштерін жақтардан таратуға көмектесетін үшбұрышты крепление жүйелерін қолданып, проблемалы аймақтарға назар аударады. Диагональдік крепленияларды жаңарту бойлық қаттылықты шамамен 25 пайыздан 30 пайызға дейін арттыруы мүмкін. K-крепление орнатуы 2019 жылғы IEC 61400-24 стандартына сәйкес, өте күшті жел тұмсықтары әсерінен сығылу элементтерінің иілуін тоқтатуға ерекше тиімді. Түйіндік бекітпе элементтерін қатайту үшін мыналар істеледі: қосымша қосылғыш пластинкаларды орнату, орнату алдында осы жоғары беріктіктегі болттарды тарту, сонымен қатар тіреу пластинкаларын нығайту. Бұл тәсіл айналу мәселелерін азайтады және циклдық қажылу нәтижесінде трещиналар пайда болу ықтималдығын шамамен қырық пайызға төмендетеді. Желден туындайтын тербелістерге қосымша қорғаныс қамтамасыз ету үшін қосымша сыйымдылық әдістері қолданылады. Оларға резонансты массалық сыйымдылықтар немесе вязозды сұйықтықпен толтырылған құрылғылар жатады; бұл құрылғылар қажетсіз желдің тудырған тербелістері кезінде кинетикалық энергияның шамамен он бес пен жиырма бес пайызын жұтады. Барлық бұл әдістер бірігіп, құрылымдардың құлауы мүмкін болатын жел жылдамдығын елу бес метр секундына дейін асырып тастайды. Толық масштабты сынақтар бұл тиімділікті модельделген тайфун жағдайларында растаған, бұл инженерлерге өздерінің жобаларына сенім береді.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Вортекс құбылысы дегеніміз не?

Вортекс құбылысы жел құрылыс арқылы өткен кезде пайда болады, нәтижесінде кезектес төмен қысымды аймақтар пайда болады, бұл құрылысқа алға-артқа қозғалыс туғызады және оған көтеруші және тежегіш күштер әсер етеді.

Аэродинамикалық көлеңке қалай электр беру торабының мұнарасына әсер етуі мүмкін?

Аэродинамикалық көлеңке желдің қалыпты үлгілерін бұзады, турбуленттілікті күшейтеді және мұнара құрылымдарына түсетін кернеуді арттырады, әсіресе басқа мұнаралар немесе жер бетінің сипаттары сияқты кедергілердің артындағы аймақтарда.

Электр беру мұнараларында желге төзімділікті жақсарту үшін қандай конструкциялық стратегиялар қолданылады?

Конструкциялық стратегияларға арқалық геометриясын оптимизациялау, аумақты азайту әдістері, қосымша бекітпе элементтерін орнату, түйінділерді қатайту және жел күштерін тарату мен құрылымдық әлсіздіктерді болдырмау үшін сазбалық (демпферлік) интеграция кіреді.