बिजुली प्रेषण टावरहरूको हावाको प्रतिरोध कसरी बढाउने?

प्रेषण टावरहरूमा कार्य गर्ने वायु भार यान्त्रिकी

वायु भार यान्त्रिकीले बिजुली प्रेषण टावरहरूमा महत्वपूर्ण तनावहरू उत्पन्न गर्दछ, जसले प्रभावकारी वायु प्रतिरोध डिजाइनका लागि सटीक बुझाइको आवश्यकता पर्दछ। एरोडायनामिक अन्तरक्रियाहरूले जटिल बल पैटर्नहरू सिर्जना गर्दछ—विशेष गरी खुला-फ्रेम जाली ढाँचामा—जहाँ टर्बुलेन्ट प्रवाह, भर्टेक्स शेडिङ, र गतिशील प्रवर्धन एकत्रित हुँदा उच्च-वायु घटनाका समयमा संरचनात्मक अखण्डतालाई चुनौती दिन्छ।

जाली टावरका सतहहरूको चारैतिर टर्बुलेन्ट प्रवाह विभाजन र दबाव असन्तुलन

जब हावा जाली टावरहरूको पार गतिमान हुन्छ, यसले सतहमा टर्बुलेन्सका क्षेत्रहरू र असमान दबाव वितरण सिर्जना गर्छ। यी दबाव फरकहरूले ठूलो ड्र्याग बलहरू उत्पन्न गर्छन् जसले संरचनात्मक जोडहरू र फ्रेमवर्कका पातला भागहरूमा अतिरिक्त तनाव लगाउँछ, विशेष गरी जब हावाको प्रवाह टावरको आन्तरिक संरचनाभित्र फँस्छ। तीव्र झोलाहरूको समयमा, टावरका विपरीत छेउहरू बीच दबाव फरकहरू ३०% भन्दा बढी पुग्ने गर्छ, जसले ती महत्त्वपूर्ण जोड बिन्दुहरूमा घिस्ने प्रक्रिया तीव्र बनाउँछ। २०१७ मा 'जर्नल अफ विन्ड इन्जिनियरिङ' मा प्रकाशित खोजहरूले यसलाई प्रमाणित गरेको छ कि यस्ता दबाव असन्तुलनहरू जाली ट्रान्समिशन संरचनाहरूमा दोहोरिएका तनाव चक्रहरूको प्रमुख कारणहरू मध्ये एक हो। यस समस्याको समाधान गर्न, इन्जिनियरहरू पहिले क्रस आर्महरूको बीचको दूरी कसरी समायोजित गर्ने भन्ने कुरामा काम गर्छन्। यो डिजाइन समायोजनले संगठित हावाको प्रवाह पैटर्नहरूलाई बिगार्छ र दबाव फरकहरूलाई पूरै टावर फ्रेमवर्कमा फैलिनुभन्दा अघि घटाउँछ।

भर्टेक्स शेडिङ, एरोडायनामिक छायांकन, र डायनामिक प्रवर्धन प्रभावहरू

जब हावा टावरका तत्वहरूको पार बहन्छ, यसले भर्टेक्स शेडिङ्ग नामक कुरा सिर्जना गर्छ जसले संरचनामा पछाडि-अगाडि उठाउने र घस्ने बलहरूको उत्पत्ति गर्छ। कहिलेकाहीँ यी बलहरू संरचनाको प्राकृतिक कम्पन गर्ने प्रवृत्तिसँग समायोजित हुन्छन्, जसले समस्या सिर्जना गर्छ। अगाडिका कुनै अन्य टावरहरू वा भू-दृश्यका विशेषताहरू जस्ता कुराहरूले इन्जिनियरहरूले एरोडायनामिक छायाहरू भन्ने कुरा निर्माण गर्छन्। यी छायाहरू सामान्य हावा प्रतिरूपहरूलाई बिगार्छन् र विशेष स्थानहरूमा टर्बुलेन्सलाई वास्तवमै बढाउँछन्। यस सबैको संयोजनले संरचनात्मक प्रतिक्रियालाई धेरै बढाउन सक्छ। क्षेत्र परीक्षणहरूले देखाएको छ कि यस्तो घटना घटेमा, ASCE म्यानुअल ७४ (२०१०) मा सन्दर्भित अध्ययनहरूका अनुसार सामग्रीमा तनाव लगभग ४०% सम्म बढ्न सक्छ। कुनै कोणमा आउने हावाले यी छाया प्रभावहरूलाई अझ बढी प्रतिष्ठित बनाउँछ। यसैले इन्जिनियरहरूले हेलिकल स्ट्रेकहरू जस्ता ड्याम्पिङ प्रणालीहरू स्तम्भहरूको चारैतिर लपेटेर वा उच्च भवनहरूमा हामी देख्ने ट्यून्ड मास ड्याम्परहरू जस्ता प्रणालीहरू स्थापना गर्नुपर्छ। यी प्रणालीहरूले भर्टेक्स प्रतिरूपहरूलाई नियन्त्रणबाहिर हुनुअघि तोड्न मद्दत गर्छन् र यस श्रृंखला प्रतिक्रिया प्रभावको कारण भएको क्षतिलाई रोक्छन्।

उच्च-बातासका घटनाहरूमा महत्वपूर्ण विफलता मोड र संरचनात्मक कमजोरीहरू

संयुक्त बकलिङ्ग र सदस्य अस्थिरता: टाइफून मङ्खुट (२०१८) बाट प्राप्त पाठहरू

टाइफून मङ्खुटबाट आएको २०० किमी/घण्टा को हावा ले जाली टावरहरूको जडान प्रणालीमा गम्भीर कमजोरीहरू उजागर गरेको थियो, जसले गुआङडोङको बिजुली जालमा सम्पूर्ण ढिँड भत्कने श्रृंखला प्रतिक्रिया सिर्जना गर्यो। बोल्ट गरिएका जोडहरूमा केन्द्रबाट बाहिर अप्रभावित हुने हावाको बलले कोणीय संरचनात्मक घटकहरूमा क्रमशः वक्रता (बकलिङ्ग) ल्यायो, विशेष गरी तीर्थ भुजा (क्रस आर्म) को जंक्सनहरूमा, जहाँ वक्रण तनाव र संपीडन बल दुवै जोडको सामर्थ्यलाई अतिक्रमण गर्दै थिए। घटनापछि विश्लेषण गर्दा, मङ्खुटको समयमा भत्किएका सबै टावरहरूमध्ये लगभग तीन-चौथाइ यी जोड समस्याहरूको कारणले भत्किएका थिए, जसले चेन र साथीहरूद्वारा २०२२ मा प्रकाशित अनुसन्धान अनुसार १.२ अर्ब डलरभन्दा बढीको क्षति गर्यो। यो साधारण घटक विफलताभन्दा फरक छ किनभने जोड समस्याहरू जाली संरचनाको सम्पूर्ण विस्तारमा छिटो फैलिन्छन्। यही कारणले २०१९ मा प्रकाशित नयाँ उद्योग मानकहरू जस्तै IEC ६१४००-२४ ले अब इन्जिनियरहरूलाई आँधी प्रभावित क्षेत्रहरूका लागि जोडहरूको डिजाइन गर्दा गैर-रैखिक गतिशील विश्लेषण गर्न आवश्यक पारेको छ।

थकान-प्रेरित क्षरण बनाम स्थिर ढहन: किन आधुनिक टावर मूल्याङ्कनले विकसित हुनुपर्छ

अधिकांश पारम्परिक विधिहरू स्थिर ढहन सीमामा केन्द्रित हुन्छन् जबकि पुनः पुनः हावाको सम्पर्कबाट हुने धीमा थकान क्षतिलाई बेवास्ता गर्छन्। हालैका अध्ययनहरू अनुसार, EPRI २०२३ वार्षिक स्थायित्व प्रतिवेदनमा उल्लेखित अनुसार, हावासँग सम्बन्धित घटनाहरूमा लगभग ६० प्रतिशत विफलताहरू अचानक अतिभार घटनाहरूबाट होइन, तर तनाव सान्द्रण बिन्दुहरूमा फैलिएका साना फाटाहरूबाट आउँछन्। यो समस्या तटीय क्षेत्रहरूमा अझ गम्भीर हुन्छ किनभने नमकीन पानीको क्षरण र निरन्तर तनाव चक्रहरू सँगै काम गर्दा पदार्थहरूले यी बलहरू सहन गर्न सक्ने समय लगभग आधा कम भएर आउँछ। यस बुझाइको आधारमा, धेरै शीर्ष उपयोगिता कम्पनीहरूले केवल शक्ति जाँच गर्ने विधिहरूको सट्टा क्षति-सहनशील मूल्याङ्कन दृष्टिकोण प्रयोग गर्न थालेका छन्। उनीहरूले पुराना निरीक्षण विधिहरूलाई उन्नत चरणीय एरे अल्ट्रासोनिक परीक्षणसँग प्रतिस्थापन गरेका छन् जुन ती फाटाहरूलाई धेरै ठूलो भएसम्म बाहिरबाट देखिने अवस्थामा आउनुभन्दा पहिले नै सतह तलका लुकेका दोषहरू पत्ता लगाउँछ।

टावरको हावा प्रतिरोध सुधार गर्नका लागि प्रमाणित डिजाइन रणनीतिहरू

वायुगतिकीय सुधारहरू: क्रस-आर्म ज्यामिति अनुकूलन र क्षेत्रफल घटाउने तरिकाहरू

जब इन्जिनियरहरू क्रस आर्महरूको आकारमा समायोजन गर्छन्, तिनीहरूले अगाडि सतहमा पर्ने हावाको मात्रा घटाउन सक्छन् र त्यो झ्यालाको निर्माण रोक्न सक्छन्। यसलाई संख्याहरूले पनि प्रमाणित गरेको छ: शोध अनुसार, NREL ले २०२३ मा प्रकाशित गरेको अनुसार, अण्डाकार आकारहरूले परम्परागत बक्स-आकारका डिजाइनहरूको तुलनामा घुम्ने हावाले उत्पन्न गरेका कम्पनहरूलाई लगभग १५ देखि २० प्रतिशतसम्म घटाउँछ। अर्को तरिका भनेको हावामा सम्पर्कमा आउने कुल क्षेत्रफल घटाउनु हो। यसमा सम्भव भएमा केही संरचनात्मक सदस्यहरू हटाउनु र ओजोन बेहोर्ने क्षमता नभएका भागहरूमा छिद्रहरू बनाउनु समावेश छ। यी परिवर्तनहरूले ड्र्यागलाई लगभग १० देखि १४ प्रतिशतसम्म घटाउँछ जबकि सबै कुरा त्यस्तै बलियो र स्थिर रहन्छ। CFD सिमुलेशन भनिने कम्प्युटर मोडलहरूले यी सबै सुधारहरूको परीक्षण गर्छन्, जुन हावा ० डिग्री (सिधा अगाडि) देखि १८० डिग्री (सिधा विपरीत दिशामा) सम्मका विभिन्न कोणहरूबाट आउँदा पनि प्रभावकारी छन् भनेर जाँच गर्छन्। वास्तवमा ५० मिटरभन्दा बढी उचाइका टावरहरूमा, जहाँ चक्रवात प्रवण क्षेत्रहरू छन्, संरचनात्मक घटकहरूलाई थप टाढा राखेर ठोस सामग्रीको अनुपात ०.३ भन्दा कम राख्नु ठूलो फरक ल्याउँछ। यसले अवांछित कम्पनलाई घटाउँछ, विशेष गरी त्यस्तो अराजक मौसमी अवस्थामा जहाँ हावा एकै साथ धेरै दिशाहरूबाट आउँछ।

संरचनात्मक मजबूतीकरण: ब्रेसिङ अपग्रेड, जोड सख्तीकरण, र ड्याम्पिङ एकीकरण

संरचनाहरूलाई विफलताको विरुद्ध मजबूत बनाउँदा, इन्जिनियरहरूले पक्षहरूबाट आउने बालुवा बलहरूलाई फैलाउन मद्दत गर्ने त्रिकोणाकार ब्रेसिङ प्रणालीहरू प्रयोग गरेर समस्या भएका क्षेत्रहरूमा केन्द्रित हुन्छन्। विकर्ण ब्रेसहरूको अपग्रेड गर्दा पार्श्व कठोरता लगभग २५ देखि ३० प्रतिशतसम्म बढाउन सकिन्छ। K-ब्रेसिङ सेटअपले वास्तवमै शक्तिशाली झोलाहरूको सामना गर्दा संकुचन सदस्यहरूको बकलिङ रोक्न विशेष रूपमा राम्रो काम गर्छ, जस्तो कि २०१९ को IEC ६१४००-२४ मापदण्डहरूमा उल्लेख छ। जोडहरूलाई कठोर बनाउनु भनेको गसेट प्लेटहरू थप्नु, स्थापना गर्नु अघि उच्च-शक्ति बोल्टहरू कस्नु, र आधार प्लेटहरू मजबूत बनाउनु जस्ता कार्यहरू समावेश छन्। यस दृष्टिकोणले घूर्णन सम्बन्धित समस्याहरू घटाउँछ र थकानको कारणले दागहरू सुरु हुने सम्भावना लगभग चालीस प्रतिशतसम्म घटाउँछ। बालुवाको कारणले हुने कम्पनबाट अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान गर्नका लागि पूरक ड्याम्पिङ विधिहरू प्रयोगमा ल्याइन्छन्। यसमा ट्यून्ड मास ड्याम्परहरू वा श्यान तरलले भरिएका उपकरणहरू समावेश छन् जुन बालुवाको कारणले हुने कम्पनहरूको समयमा गतिज ऊर्जाको लगभग पन्ध्रदेखि पच्चीस प्रतिशतसम्म अवशोषित गर्छन्। समग्ररूपमा, यी विभिन्न दृष्टिकोणहरूले संरचनाहरूको ढहने बिन्दुलाई ५५ मिटर प्रति सेकेण्डभन्दा माथि बालुवा गतिमा धकेल्छन्। पूर्ण-मापदण्डका परीक्षणहरूले यस प्रभावकारितालाई कृत्रिम टाइफून अवस्थामा पुष्टि गरेका छन्, जसले इन्जिनियरहरूलाई आफ्ना डिजाइनहरूमा आत्मविश्वास प्रदान गर्छ।

FAQ

भर्टेक्स शेडिङ के हो?

भर्टेक्स शेडिङ तब हुन्छ जब हावा कुनै संरचना माथि बहन्छ, जसले एकान्तर कम दबावका क्षेत्रहरू सिर्जना गर्छ जसले पछाडि-अगाडि गति सिर्जना गर्छ, र संरचनामा उत्थान (लिफ्ट) र घर्षण (ड्र्याग) बलहरू उत्पन्न गर्छ।

वायुगतिकीय छायांकनले प्रसारण टावरमा कसरी प्रभाव पार्न सक्छ?

वायुगतिकीय छायांकनले सामान्य हावा प्रतिरूपहरूलाई बाधित गर्छ, जसले टर्बुलेन्सलाई बढाउँदै टावर संरचनामा तनाव बढाउँछ, विशेष गरी अन्य टावरहरू वा भू-लक्षणहरू जस्ता अवरोधहरू पछाडि रहेका क्षेत्रहरूमा।

प्रसारण टावरहरूमा हावा प्रतिरोध सुधार्नका लागि केही डिजाइन रणनीतिहरू के के हुन्?

डिजाइन रणनीतिहरूमा क्रस-आर्म ज्यामितिक अनुकूलन, क्षेत्र घटाउने तरिकाहरू, ब्रेसिङ अपग्रेडहरू थप्ने, जोइन्टहरूको कठोरता बढाउने, र ड्याम्पिङ समावेश गर्ने समावेश छन् जसले हावा बलहरूलाई फैलाउँदै संरचनागत कमजोरीहरू रोक्छ।