Како повећати отпор ветру куља за пренос енергије?

Механизми ветровог оптерећења који делују на преносне куле

Механизми ветровог оптерећења подстичу критичне напетости на куле за пренос енергије, што захтева прецизно разумевање за ефикасно дизајнирање отпора ветру. Аеродинамичке интеракције стварају сложене обрасце силе - посебно у отвореним решеткама - где се турбулентни проток, проливање вихрова и динамичко појачање конвергирају да би изазвали структурни интегритет током јаких ветрова.

Сепарација турбулентног тока и неуравнотеженост притиска око површина куле решетка

Када се ветар креће поред мрежених кула, он ствара подручја турбуленције и неједнако расподеле притиска на површини. Ове разлике притиска доводе до значајних сила повлачења које стављају додатни напор на конструктивне зглобове и танке делове оквира, посебно приметне када се проток ваздуха заробљава унутар унутрашње структуре куле. Током јаких ветрова, често видимо да разлика притиска достиже преко 30% између супротних страна куле, што убрзава зношење тих виталних точка повезивања. Истраживања из тестова ветрових тунела подржавају ово, показујући да су такве неравнотеже притиска заправо један од главних узрока за понављање циклуса стреса у мрежним преносним структурама према налазима објављеним у часопису Journal of Wind Engineering 2017. године. Да би се борили против овог проблема, инжењери прво прилагођавају размак између прекривљених руку. Ова промена дизајна помаже у разбијању организованих обрасца проток ваздуха и смањује разлике притиска пре него што се прошире широм целог облика куле.

Виртексски проливање, аеродинамичко сенкање и динамички ефекти појачања

Када ветар пролази поред елемената куле, ствара нешто што се зове вихревичасто проливање што резултира тим снагом подизања и повлачења на структуре. Понекад се ове силе уклапају у начин на који структура природно жели да вибрира, узрокујући проблеме. Ствари горе по потоци, као што су друге куле у близини или чак и карактеристике пејзажа, бацају оно што инжењери називају аеродинамичким сенкама. Ове сенке се мешају са нормалним обрасцем ветра и заправо погоршавају турбуленцију на одређеним местима. Комбинација свега овога може заиста повећати структурни одговор. Теренски тестови су показали да када се то деси, напори на материјалима могу порасти за око 40% према студијама на које се односи у рукопису АСЦЕ 74 из 2010. године. Ветр који долази под углом чини ове ефекте сенке још израженијим. Зато инжењери морају да инсталирају системе за дефункцију као што су спирални траци окружени око стубова или оне подешаване масне дефункције које видимо на високим зградама. Ово помаже да се обрасци вихрева разбијају пре него што изађу ван контроле и изазову штету кроз овај ефекат ланчане реакције.

Критични начини неуспеха и структурне рањивости у догађајима јаког ветра

Утврђивање зглобова и нестабилност чланова: лекције из тајфуна Мангхут (2018)

Ветар од 200 км/ч од тајфуна Мангхут открио је озбиљне слабости у вези мреже, изазивајући ланцурну реакцију колапса широм електричне мреже Гуандунга. Силе ветра које делују ван центра на бутаним зглобовима довеле су до постепеног савијања у угловима структурних компоненти, посебно приметних на крстоним зглобовима где су и напетости и притиснице преплавили снагу везе. Када се погледају последице, око три четвртине свих пропасти кула током Мангхута било је због ових заједничких проблема, што је резултирало штетом која је прешла 1,2 милијарде долара према истраживању које су Чен и колеге објавили 2022. године. Оно што је разликује од једноставног неуспјеха компоненте је да се проблеми са повезивањем брзо шире кроз целу структуру мреже. Зато новији индустријски стандарди као што је ИЕЦ 61400-24 из 2019. године сада захтевају да инжењери обављају нелинеарне динамичке анализе када дизајнирају зглобове за подручја која су често погођена тајфунима.

Деградација изазвана умором или статички колапс: Зашто се модерна проценка кула мора развијати

Већина традиционалних метода фокусира се на границе статичког колапса, а не на постепено оштећење од умора узроковано понављањем ветра. Према недавним студијама, око 60 одсто неуспјеха везаних за ветар заправо потиче од малих пукотина које се шире на местима концентрације стреса, а не од изненадних преоптерећења, као што је наведено у ЕПРИ 2023 Годишњем извештају о отпорности. Проблем се погоршава дуж обала јер корозија соловане воде ради заједно са константним циклусима стреса, смањујући колико дуго материјали могу издржати ове силе за скоро половину. Због овог разумевања, многе водеће комуналне компаније почеле су да користе приступе за процену толеранције на оштећење уместо да само проверавају снагу. Заменили су старе технике инспекције напредним фазираним ултразвучним тестовима који налазе скривене мане испод површина пре него што се пукотине превели да би се игнорисале.

Доказану стратегију пројектовања за побољшање отпорности ветра на кулу

Аеродинамичка преработка: оптимализација геометрије и технике смањења површине

Када инжењери прилагоде облик прекривљених руку, могу смањити количину ветра који удари у предњу површину и спречити да се формирају те досадни вихри. Бројеви то такође потврђују: елиптични облици заправо смањују вибрације узроковане вртењем ваздуха за око 15 до 20 посто у поређењу са традиционалним кутијским дизајнима према истраживању NREL-а 2023. године. Још један трик је смањење укупне површине изложене ветру. То укључује уклањање неких структурних чланова где је то могуће и бушење рупа у деловима који не морају да носе тежину. Ове промене смањују отпорност за око 10 до 14 посто, док све остаје исто тако чврсто и стабилно. Компјутерски модели који се називају CFD симулације проверавају да све ове побољшања раде исправно чак и када ветар долази под различитим угловима од 0 степени директно до 180 степени на главу. За веома високе куле високе више од 50 метара у подручјима подложним тајфунима, уверење да однос чврстог материјала остане испод 0,3 тако што ће се структурне компоненте распоредити даље је велика разлика. То помаже да се смањи нежељено тресање, посебно током хаотичних временских услова када ветар одједном диже из више правца.

Структурно јачање: унапређење брасира, затезање зглобова и интеграција загашања

Када ојачају конструкције против пропадања, инжењери се фокусирају на проблемна подручја користећи троугаонске системе за опоравак који помажу у ширењу снага ветра са страна. Поношење дијагоналног брекета може повећати бочну крутост око 25 до 30 посто. К-брасинг поставка посебно добро функционише за спречавање слагања чланова од нагињања када се суочавају са стварно јаким ударима, према стандардима као што је ИЕЦ 61400-24 из 2019. године. Заоштрење зглобова подразумева додавање плоча за гусете, затезање оних јаких болтова пре инсталирања и појачање основних плоча. Овај приступ смањује проблеме ротације и смањује шансе за почетак пукотина због умора за око 40 посто. За додатну заштиту од тресања узрокованих ветром, у игру долазе додатне методе за гушење. То укључује ствари као што су подешавани масовни гушачи или уређаји испуњени вискозним течностима који усађују отприлике између петнаест и двадесет и пет одсто кинетичке енергије током тих досадних вибрација изазваних ветром. Све у свему, ови различити приступи гурају тачку где се структуре могу срушити пре брзине ветра од педесет пет метара у секунди. Пробања у пуном обиму потврдила су да је ова техника ефикасна и у условима симулисаних тајфуна, што инжењерима даје поверење у њихове пројекте.

Често постављене питања

Шта је то вихрило?

Виртекс се појављује када ветар пролази преко структуре, што резултира измењеним зонама ниског притиска које стварају кретање напред-назад, што доводи до сила подизања и повлачења на структуру.

Како аеродинамичка сенка може утицати на преносни кула?

Аеродинамичка сенка нарушава нормалне обрасце ветра, интензивирајући турбуленцију и повећавајући оптерећење структура кула, посебно у подручјима иза препрека као што су друге куле или пејзажни елементи.

Које су неке стратегије пројектовања за побољшање отпора ветра у преносним кулицама?

Стратегије дизајна укључују оптимизацију геометрије преткрснаних руку, технике смањења површине, додавање надоградњи за подстицање, затезање зглобова и интеграцију за умирање како би се прошириле снаге ветра и спречила структурна рањивост.