Электр энергиясын өткөрүү чыбыктарынын желге каршы туруу күчүн кандай жогорулатууга болот?

Өткөрүү чыбыгынын башталышына таасир этүүчү шамалдын жүктөмүнүн механизмдери

Шамалдын жүктөмүнүн механизмдери электр өткөрүү чыбыгынын башталышына критикалык кернеши тудурат, ошондуктан шамалга каршы конструкциялык долбоорлоо үчүн так түшүнүү талап кылынат. Аэродинамикалык өз ара таасирлешүүлөр татаал күчтөрдүн өрнөгүн түзөт— айрыкча ачык-чыбыктык тордуу конструкцияларда— бул жерде турбуленттүү агым, вортекстин чыгарылышы жана динамикалык күчөтүү шамалдын күчтүү болгон учурларында конструкциялык бүтүндүүлүктүн сакталышын кыйындатат.

Тордуу башталыштын бетине таасир этүүчү турбуленттүү агымдын бөлүнүшү жана басымдын тейлөөсү

Жел тор тармактарынан өткөндө, анын бетинде турбуленттүүлүк жана басымдын бирдей эмес таралышы пайда болот. Бул басымдагы айырмачылыктар көпчүлүк учурда конструкциялык түйүндөргө жана каркастагы жука бөлүктөргө кошумча күч түзүп, айрыкча акыркы тармактын ичинде агым токтоп калганда байкалат. Күчтүү шамалда тармактын каршы жактарындагы басымдын айырмасы 30% ден ашып кетет, бул маанилүү бириктирүү чекиттеринде износун тездетет. 2017-жылы «Жел инженериясы журналында» жарыяланган ветроканалдагы сыноолордун изилдөөлөрү бул тезиске колдоо берет: басымдын балансыз болушу тор тармактагы электр өткөрүү структураларында кайталанган чыдамдуулук циклдеринин негизги себептеринин бири болуп саналат. Бул маселени чечүү үчүн инженерлер кесилишүүчү ишектердин ортосундагы аралыкты өзгөртүүдөн баштайт. Бул конструкциялык өзгөртүү агымдын уюшулган шаблондорун бузуп, басымдын айырмачылыктары тармактын бардык каркасына тараганга чейин аларды кемитет.

Вортекс-шеддинг, аэродинамикалык көлөкөлөнүү жана динамикалык күчөтүү таасири

Жел башка куралдардын элементтеринен өткөндө, ал структурага артка-алга жылдыруучу жана тартуучу күчтөрдү тудурган вортекс чыгаруу деп аталган нерсе тудурат. Бул күчтөр кээде структуранын табигый титрөөсү менен үйлэшет, ошондуктан көйгөйлөр пайда болот. Желдин өтүшүнөн мурун жайгашкан башка куралдар же топографиялык объекттер инженерлер «аэродинамикалык көлөкө» деп атаган нерселерди түзөт. Бул көлөкөлөр нормалдуу жел шаблондорун бузат жана белгилүү бир жерлерде турбулентносту тагы да күчөтөт. Бардык бул факторлордун биригүүсү структуралык реакцияны чыныгы түрдө күчөтөт. Талаа сыноолору бул учурда материалдарга таасир этүүчү күчтөр ASCE Колдонмо 74 (2010-жыл) боюнча изилдөөлөрдө көрсөтүлгөндөй, дээрлик 40% га чейин көтөрүлөтүн көрсөттү. Жел бурчтун ичинде келгенде бул көлөкөлөрдүн таасири дагы да белек болот. Ошондуктан инженерлер таякчалардын айланасына спиралдык страйктарды орнотушу керек же бийик имараттарда көрүнүп турган түзөлгөн массалык сымпыттоочу системаларды колдонушу керек. Бул системалар вортекс шаблондорун алар чыңалып, бул тизме реакциялык таасир аркылуу зыян келтирбей турганда жок кылат.

Жогорку желдүү шарттарда критикалык ашыгуу режимдери жана конструкциялык тескериликтер

Биргэлешкен бүкүлүү жана элементтин тургансыздануусу: Тайфун Мангхут (2018) учурларынан сыяктуу сабактар

Тайфун «Мангхут» таасир эткенде 200 км/саг жылдамдыктагы шамалдар торчалуу мачталардын биригүүсүндөгү оор кемчиликтерди ачып койгон, натыйжада Гуаньдундагы электр тармагында кыйла көп санда мачталардын түшүшүнө алып келген. Болт менен бириктирилген түйүндөрдө шамалдын ортосунан чыкпаган таасири бурчтук конструкциялык компоненттердин постепалдуу ийлишина алып келген, башкача айтканда, ийилүү жана басым күчтөрү биригүүнүн бекемдигин ашып кеткен кесилиште (крест таянычтардын жергилкики) бул көбүрөөк байкалат. Тайфун «Мангхут» учурунда мачталардын бүткүл кыйрылууларынын үчтөн эки бөлүгү дээрлик бул түйүндөрдүн кемчиликтери менен байланышкан, бул жөнүндө Чэнь жана коллегалары 2022-жылы жарыялаган изилдөөдө 1,2 миллиард доллардан ашык залал түзгөнү айтылат. Бул адатта компоненттин кыйрылуусунан айырмаланган негизги жагы — биригүүдөгү кемчиликтер торчалуу структуранын бүткүл системасына тез тараган. Ошондуктан 2019-жылы кабыл алынган ИЭК 61400-24 сыяктуу жаңы отраслевой стандарттар тайфундар жыш болгон аймактар үчүн түйүндөрдү проектилеөнүн алдында инженерлердин түйүндөрдүн динамикасын талдоо үчүн сызыктуу эмес динамикалык анализдерди жүргүзүшүн талап кылат.

Чыдамдылыктын төмөндөшүнө байланыштуу деградация vs. Статикалык кулку: Неге заманбап кууларды баалоо өзгөрүшү керек

Көпчүлүк традициялык ыкмалар статикалык кулку чектерине негизделген, ал эми желге тез-тез учурануу натыйжасында пайда болгон постепендуу чыдамдылыктын төмөндөшүнө көңүл бурбай калат. Жаңы изилдөөлөрдүн маалыматына ылайык, EPRI 2023-жылдык Төзүмдүүлүк Докладында айтылган кабарларга карабастан, желге байланыштуу катастрофалардын 60 проценти чыдамдылыктын концентрацияланган жерлеринде пайда болгон кичинекей трещиналардын кеңейиши менен байланыштуу, ошондой эле андай катастрофалар түзөнгөн жүктөмдүн салттык өсүшүнөн пайда болбойт. Бул проблема жээктеги аймактарда тагыда жогорулаат, анткени туздуу суу коррозиясы да түзөнгөн чыдамдылык циклдары менен бирге иштеп, материалдардын бул күчтөрдү чыдамдылууга төзүмдүүлүгүн жакында жарымга кыскартат. Бул түшүнүктүн негизинде көптөгөн ири коммуналдык компаниялар күчтүн текшерүүсүнө гана таянып калбастан, зыянга төзүмдүү баалоо ыкмаларын колдонууга башташты. Алар жалпы текшерүү ыкмаларын алдын ала жашырын дефекттерди (трещиналар чоңойуп кетпей турганда) беттин астында табууга мүмкүндүк берген жетилген фазалык массивдүү ультраүнүк текшерүү ыкмалары менен алмаштырууда.

Кууланган курулуштун шамалга каршы туруу сапатын жакшыртуу үчүн далилденген долбоорлоо стратегиялары

Аэродинамикалык жакшыртуулар: Кесилген колдун геометриясын оптималдаштыруу жана аянтты кичирейтүү ыкмалары

Инженерлер кросс-амылдардын формасын өзгөрткөндө, алар алдыңкы бетке тийген желдин күчүн азайта алышат жана тоскоолдук тудурган вортекстердин пайда болушун токтотушат. Сандар да бул жөнүндө далилдөө берет: 2023-жылы NREL тарабынан жасалган изилдөөлөрдө эллипстик формалар традициялык куб түрүндөгү конструкцияларга салыштырганда, айланып жүрүүчү абанын тудурган термелүүлөрүн 15–20 процентке азайтат. Башка бир ыкма — желге чыгып турган жалпы аянтты кичирейтүү. Бул ыкма мүмкүн болгондойгөн айрым конструкциялык элементтерди алып салуу жана жүктү ташыбай турган бөлүктөрдөн тескелдерди оймоо менен ишке ашырылат. Бул өзгөртүүлөр кедергүнү 10–14 процентке азайтат, бирок бардык конструкциянын күчү жана туруктуулугу сакталат. Компьютердик CFD-симуляциялар («суюктуктардын динамикасы») бул жакшартуулардын бардыгын 0 градус (туурасынан) жана 180 градус (туурасынан каршы жактан) арасындагы түрлүү бурчтарда келген желде да туура иштешин текшерет. Жел буруулары (тайфундар) көп учурлашкан аймактарда бийиктиги элли метрден ашкан мачталар үчүн конструкциялык компоненттерди бир нече аралыкка чачыратып, бекем заттардын (солид) аянтынын коэффициентин 0,3төн төмөн кармануу чоң мааниге ээ. Бул аймакта жел бир нече багытта бир убакта үфүрүп турганда пайда болгон тоскоолдук термелүүлөрдү азайтат.

Структуралык күчөтүү: аркалык жакшыртуулар, түйүндөрдү катуулатуу жана сейсмостойкундук интеграциясы

Конструкциялардын иштебүрдүгүнө каршы күчөтүүдө инженерлер жактардан келген шамалдын таасири аймактарын үч бурчтуктук күчөтүү системаларын колдонуп, проблемалуу аймактарга көңүл бурат. Диагоналдык күчөтүүлөрдү жакшыртуу тараптык катуулугун жакшылап, 25 пайыздан 30 пайызга чейин көтөрөт. К-күчөтүү түзүлүшү шамалдын күчтүү салыныштарына каршы компрессиялык элементтердин бүкүлүшүн токтотууда айрыкча жакшы иштейт; бул IEC 61400-24 (2019-жыл) стандартында көрсөтүлгөн. Түйүндөрдү катууландыруу гасеттук пластинкаларды кошуу, орнотулганга чейин жогорку берилгичтик болтторун тыгыздаштыруу жана негиздеги пластинкаларды күчөтүүгө таянат. Бул ыкма бурчулуу проблемаларын азайтат жана чабыттан пайда болгон трещиналардын пайда болуу ыктымалдуулугун жакшылап, төрт он пайызга чейин төмөндөтүрөт. Шамалдан улам пайда болгон титирөөгө кошумча коргоо үчүн кошумча демпфердештирүү ыкмалары колдонулат. Аларга түзөлгөн массалык демпферлер же вязкостук суюктуктар менен толтурулган куралдар кирет; алар шамалдан улам пайда болгон титирөөлөрдүн убактысында кинетикалык энергияны жакшылап, он бештен жыйырма беш пайызга чейин соруп алат. Жалпысынан, бул ар кандай ыкмалар конструкциялардын кулап калуу чегин шамалдын 55 метр/секунда ылдамдыгынан жогору таштатат. Тайфун шарттарында моделирленген сыноолор бул таасирдүүлүктүн тастыкташтырып, инженерлерге өз дизайндарына ишенүүгө мүмкүнчүлүк түзөт.

ККБ

Вортекс-шеддинг деген эмне?

Вортекс-шеддинг — бул жел структуранын үстүнөн өткөндө, алтернативдүү төмөн басымдагы аймактарды түзүп, структурага көтөрүү жана тартылуу күчтөрүн тудурган алга-артка кыймылды пайда кылат.

Аэродинамикалык көлөкөлөнүү электр өткөрүү чыбыгынын манарасына кандай таасир этет?

Аэродинамикалык көлөкөлөнүү нормалдуу жел шаблонун бузуп, турбулентносту күчөтүп, башка манаралар же ландшафттык объекттер сыяктуу тоскоолдуктардын артта жаткан аймактарда манара структураларына таасир этүүчү күчтү көбөйтөт.

Электр өткөрүү манараларында желге каршы туруу кабилиятты жакшыртуу үчүн кандай дизайн стратегиялары колдонулат?

Дизайн стратегияларына кесилген колдун геометриясын оптималдаштыруу, аянтты кичирейтүү ыкмалары, кошумча күчтөндүрүү элементтерин (брекеттерди) кошуу, түйүндөрдү катууландыруу жана жел күчтөрүн таратуу жана структуралык оңой таасирленүүчүлүктү болгоо үчүн демпферлерди интеграциялоо кирет.