برقی ترسیل کے ٹاورز کی ہوا کے مقابلے کی صلاحیت کو کیسے بہتر بنایا جا سکتا ہے؟

ہوا کے بوجھ کے مکینزم جو ٹرانسمیشن ٹاورز پر عمل کرتے ہیں

ہوا کے بوجھ کے مکینزم بجلی کے ٹرانسمیشن ٹاورز پر انتہائی اہم تناؤ پیدا کرتے ہیں، جس کی موثر ہوا کے مقابلے کی تعمیر کے لیے درست سمجھ کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایروڈائنامک تعاملات پیچیدہ قوت کے نمونوں کو پیدا کرتے ہیں—خاص طور پر کھلے فریم لیٹس ساختوں میں—جہاں ٹربولنٹ فلو، وارٹیکس شیڈنگ، اور دینامک تقویت دونوں کا اجتماع ہو کر طوفانی ہوا کے دوران ساختی یکجہتی کو چیلنج کرتا ہے۔

لیٹس ٹاور کی سطحوں کے اردگرد ٹربولنٹ فلو کا الگ ہونا اور دباؤ کا عدم توازن

جب ہوا جالی نما بُرجوں کے قریب سے گزرتی ہے، تو وہ بُرج کی سطح پر تُربُلنس کے علاقوں اور غیر یکسان دباؤ کے تقسیم کو پیدا کرتی ہے۔ یہ دباؤ کے فرق ساختی جوڑوں اور ڈھانچے کے پتلے حصوں پر اضافی تناؤ کے باعث قابلِ محسوس کشیدگی (ڈریگ فورسز) پیدا کرتے ہیں، خاص طور پر جب ہوا کا بہاؤ بُرج کے اندرونی ڈھانچے میں پھنس جاتا ہے۔ شدید جھونکوں کے دوران، ہم اکثر بُرج کے مخالف سائیڈز کے درمیان دباؤ کے فرق کو 30% سے زیادہ دیکھتے ہیں، جو ان اہم رابطہ نقاط پر پہنچنے والے استعمال اور پہننے کے عمل کو تیز کر دیتا ہے۔ ہوا کے ٹنل کے تجربات سے حاصل شدہ تحقیق اس بات کی تصدیق کرتی ہے کہ ایسے دباؤ کے عدم توازن دراصل جالی نما ٹرانسمیشن ساختوں میں بار بار واقع ہونے والے تناؤ کے چکروں کی ایک اہم وجہ ہیں، جیسا کہ 2017ء میں 'جوئرنل آف ونڈ انجینئرنگ' میں شائع ہونے والے نتائج میں بیان کیا گیا تھا۔ اس مسئلے کے مقابلے کے لیے، انجینئرز پہلے کراس آرمز کے درمیان فاصلے کو ایڈجسٹ کرنا شروع کرتے ہیں۔ یہ ڈیزائن کا ایک چھوٹا سا ترمیمی اقدام منظم ہوا کے بہاؤ کے نمونوں کو توڑ دیتا ہے اور اس سے پہلے کہ وہ پورے بُرج کے ڈھانچے میں پھیل جائیں، دباؤ کے فرق کو کم کر دیتا ہے۔

وورٹیکس شیڈنگ، ایروڈائنامک شیڈوئنگ، اور ڈائنامک ایمپلیفی کیشن اثرات

جب ہوا ٹاور کے اجزاء کے قریب سے گزرتی ہے، تو اس سے ایک ظاہرہ پیدا ہوتا ہے جسے 'وورٹیکس شیڈنگ' (گردابی خارجی ہونا) کہا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں ساختوں پر آگے پیچھے کی طرف لِفٹ اور ڈریگ کے زور وارد ہوتے ہیں۔ کبھی کبھار یہ زور وہی ہوتے ہیں جو ساختیں قدرتی طور پر کمپن کرنا چاہتی ہیں، جس سے مسائل پیدا ہو جاتے ہیں۔ اوپر کی طرف موجود دیگر ٹاورز یا پہاڑیاں اور دیگر منظریاتی خصوصیات انجینئرز کے مطابق 'ہوائی سایہ' (ایرودائنامک شیڈوز) ڈالتی ہیں۔ یہ سایہ عام ہوا کے نمونوں میں خلل ڈال دیتے ہیں اور کچھ مقامات پر ہوا کی غیر یکسانی (ٹربولنس) کو مزید بڑھا دیتے ہیں۔ ان تمام عوامل کا امتزاج ساختی ردعمل کو نمایاں طور پر بڑھا سکتا ہے۔ فیلڈ ٹیسٹوں سے پتہ چلا ہے کہ ایسا ہونے پر مواد پر دباؤ تقریباً 40 فیصد تک بڑھ جاتا ہے، جیسا کہ 2010ء کی ASCE مینوئل 74 میں حوالہ دیے گئے مطالعات میں درج ہے۔ جب ہوا کسی زاویہ پر آتی ہے تو یہ سایہ اثرات مزید واضح ہو جاتے ہیں۔ اسی لیے انجینئرز کو ہیلیکل اسٹریکس (مرکب لپیٹی ہوئی پٹیاں) کو کھمبیوں کے گرد لپیٹنا یا بلند عمارتوں پر دیکھے جانے والے 'ٹیونڈ ماس ڈیمپرز' (منظم جسمی ڈیمپرز) جیسے ڈیمپنگ نظام لگانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ نظام گردابی نمونوں کو اس وقت تک توڑ دیتے ہیں جب تک کہ وہ قابو سے باہر نہ ہو جائیں اور اس سلسلہ وار اثر کے ذریعے نقصان نہ پہنچائیں۔

شدید طوفانی واقعات میں اہم ناکامی کے طریقے اور ساختی کمزوریاں

مشترکہ ٹیلن اور رکن کی غیر مستحکم حالت: طوفان منگکھت (2018) سے سیکھی گئی سبق

ٹائی فون منگکھٹ کی 200 کلومیٹر فی گھنٹہ کی ہوا نے جالی نما ٹاورز کے ربط کے طریقہ کار میں سنگین کمزوریوں کو بے نقاب کر دیا، جس کی وجہ سے گوانگڈونگ کے بجلی کے وقفے میں گرنے کا ایک زنجیری عمل شروع ہو گیا۔ بولٹ شدہ جوڑوں پر مرکز سے ہٹ کر لگنے والی ہوائی قوتیں زاویہ دار ساختی اجزاء میں تدریجی ڈھانچے کے ٹیڑھے ہونے (بکلنگ) کا باعث بنیں، خاص طور پر وہاں جہاں کراس آرم جنکشنز پر بینڈنگ تناؤ اور سکیڑنے والی قوتیں دونوں ہی ربط کی مضبوطی پر غالب آ گئیں۔ واقعے کے بعد جائزہ لینے پر، منگکھٹ کے دوران ہونے والے تمام ٹاور کے ناکام ہونے کے تقریباً تین چوتھائی واقعات ان جوڑوں کی خرابی کی وجہ سے پیش آئے، جس کے نتیجے میں نقصانات 2022ء میں چین اور دیگر محققین کی جانب سے شائع کردہ تحقیق کے مطابق 1.2 بلین ڈالر سے زائد ہوئے۔ اس واقعے کو عام اجزاء کی ناکامی سے الگ کرنے والی بات یہ ہے کہ ربط کے مسائل جلدی سے پوری جالی نما ساخت کے ذریعے پھیل گئے۔ اسی لیے نئے صنعتی معیارات جیسے 2019ء کا آئی ای سی 61400-24 اب انجینئرز سے ہدایت کرتا ہے کہ وہ طوفانوں کے متعدد دورے والے علاقوں کے لیے جوڑوں کی تعمیر کے دوران غیر خطی حرکیاتی تجزیہ (نان لینیئر ڈائنامک اینالیسس) کریں۔

تھکاوٹ کی وجہ سے خرابی بمقابلہ ساکن گراؤں: جدید ٹاور کے جائزے کو کیوں ترقی دینے کی ضرورت ہے

زیادہ تر روایتی طریقے ساکن گراؤں کی حدود پر توجہ مرکوز کرتے ہیں، جبکہ بار بار ہوا کے عرضی اثرات کی وجہ سے تدریجی تھکاوٹ کے نقصان کو نظرانداز کر دیتے ہیں۔ حالیہ مطالعات کے مطابق، ہوا سے متعلقہ ناکامیوں کا تقریباً 60 فیصد واقعات دراصل تناؤ کے مرکزی مقامات پر چھوٹی چھوٹی دراڑوں کے پھیلنے کی وجہ سے ہوتے ہیں، نہ کہ اچانک اوورلوڈ کے واقعات کی وجہ سے جیسا کہ EPRI 2023 سالانہ مضبوطی رپورٹ میں درج ہے۔ یہ مسئلہ ساحلی علاقوں کے ساتھ مزید سنگین ہو جاتا ہے، کیونکہ نمکین پانی کا کھانے کا عمل مستقل تناؤ کے سائیکلوں کے ساتھ مل کر مادوں کی ان اثرات کو برداشت کرنے کی صلاحیت تقریباً آدھی کر دیتا ہے۔ اس سمجھ کی بنیاد پر، بہت سی اعلیٰ درجے کی بجلی کی کمپنیاں اب صرف مضبوطی کی جانچ کے بجائے نقصان برداشت کرنے والے جائزہ کے طریقوں کو اپنانے لگی ہیں۔ وہ پرانے معائنہ کے طریقوں کو جدید فیزڈ ایرے الٹراساؤنڈ ٹیسٹنگ کے ذریعے تبدیل کر رہی ہیں جو ان دراڑوں کو سطح کے نیچے چھپے ہوئے نقصانات کو تلاش کرتی ہے، قبل ازیں کہ وہ اتنی بڑی ہو جائیں کہ انہیں نظرانداز کرنا ممکن نہ ہو۔

ٹاور کی ہوا کے مقابلے کو بہتر بنانے کے لیے ثابت شدہ ڈیزائن کی حکمت عملیاں

ہوائی جغرافیاتی بہتریاں: کراس-آرم جیومیٹری کی بہتری اور رقبے کو کم کرنے کی تکنیکیں

جب انجینئرز کراس آرمس کی شکل میں ترمیم کرتے ہیں، تو وہ سامنے کی سطح پر ہونے والی ہوا کی مقدار کو کم کر سکتے ہیں اور ان تنگیوں (vortices) کے تشکیل پانے کو روک سکتے ہیں جو پریشان کرنے والی ہوتی ہیں۔ اعداد و شمار بھی اس بات کی تائید کرتے ہیں: الیپٹیکل شکلوں کے استعمال سے گھومتی ہوئی ہوا کی وجہ سے ہونے والے کمپن میں روایتی ڈبے نما (boxy) ڈیزائنز کے مقابلے میں تقریباً 15 سے 20 فیصد کمی آتی ہے، جیسا کہ NREL کی 2023ء کی تحقیق سے ظاہر ہوتا ہے۔ ایک اور حکمت عملی ہوا کے سامنے آنے والے کل رقبے کو چھوٹا کرنا ہے۔ اس میں جہاں ممکن ہو، کچھ ساختی اجزاء کو ختم کرنا اور ان اجزاء میں سوراخ کرنا شامل ہے جو وزن برداشت کرنے کی ضرورت نہیں رکھتے۔ ان تبدیلیوں سے ہوا کے مقابلے (drag) میں تقریباً 10 سے 14 فیصد کمی آتی ہے، جبکہ تمام چیزوں کی مضبوطی اور استحکام بالکل ویسا ہی برقرار رہتا ہے۔ کمپیوٹر ماڈلز، جنہیں CFD سیمولیشنز کہا جاتا ہے، ان تمام بہتریوں کی جانچ کرتے ہیں کہ وہ درست طریقے سے کام کرتی ہیں یا نہیں، چاہے ہوا 0 ڈگری (بالکل سیدھی) سے لے کر 180 ڈگری (بالکل سامنے سے) تک مختلف زاویوں پر آ رہی ہو۔ واقعی بلند ٹاورز جو پچاس میٹر سے زیادہ اونچے ہوں اور جو علاقوں میں طوفانوں کا شکار ہونے کا امکان ہو، وہاں ساختی اجزاء کو مزید دور دور کر کے ٹھوس مواد کے تناسب کو 0.3 سے کم رکھنا بہت اہم فرق پیدا کرتا ہے۔ یہ غیر مرغوبہ کانپن کو کم کرنے میں مدد دیتا ہے، خاص طور پر اس قسم کے بے قاعدہ موسمی حالات میں جب ہوا ایک ساتھ متعدد سمتوں سے چل رہی ہو۔

ساختگی مضبوطی: سہارا اپ گریڈ، جوائنٹ کو سخت کرنا، اور ڈیمپنگ کا اندراج

جب ساختوں کو ناکامیوں کے خلاف مضبوط بنایا جاتا ہے، تو انجینئرز طرف سے ہوا کے زور کو پھیلانے میں مدد دینے والے مثلثی براسنگ نظاموں کا استعمال کرتے ہوئے مسئلہ کے علاقوں پر توجہ مرکوز کرتے ہیں۔ تشخیصی براسس کو بہتر بنانا سائیڈل سختی کو تقریباً 25 فیصد سے لے کر شاید 30 فیصد تک بڑھا سکتا ہے۔ K-براسنگ کا انتظام، خاص طور پر طاقتور جھونکوں کے مقابلے میں کمپریشن اراکین کو ٹیلنے سے روکنے کے لیے بہت مؤثر ثابت ہوتا ہے، جیسا کہ IEC 61400-24 (2019) جیسے معیارات میں درج ہے۔ جوائنٹس کو سخت کرنے میں گسٹ پلیٹس کا اضافہ کرنا، انسٹالیشن سے پہلے ان اعلیٰ طاقت والے بولٹس کو ٹھیک سے کستا جانا، اور بیس پلیٹس کو مضبوط بنانا شامل ہے۔ اس طریقہ کار سے گھماؤ کے مسائل کم ہوتے ہیں اور تھکاوٹ کی وجہ سے دراڑیں شروع ہونے کا امکان تقریباً چالیس فیصد تک کم ہو جاتا ہے۔ ہوا کی وجہ سے ہلنے کے خلاف اضافی تحفظ کے لیے معاون ڈیمپنگ کے طریقے استعمال میں لائے جاتے ہیں۔ ان میں ٹیونڈ ماس ڈیمپرز یا وسکوس فلوئڈ سے بھرے ہوئے آلے شامل ہیں جو ان تنگذار ہوا سے پیدا ہونے والے وائبریشنز کے دوران تقریباً پندرہ سے پچیس فیصد تک حرکتی توانائی کو جذب کرتے ہیں۔ مجموعی طور پر، یہ مختلف نقطہ نظر ساختوں کے گرنے کے نقطہ کو 55 میٹر فی سیکنڈ سے زیادہ ہوا کی رفتار تک پہنچا دیتے ہیں۔ مکمل سکیل کے ٹیسٹوں نے اس موثریت کی تصدیق طوفان کی نقل کی گئی صورتحال کے تحت کی ہے، جس سے انجینئرز کو اپنی ڈیزائنز پر بھروسہ ہوتا ہے۔

فیک کی بات

وورٹیکس شیڈنگ کیا ہے؟

جب ہوا کوئی ساخت پر سے گزرتی ہے تو وورٹیکس شیڈنگ پیدا ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں متبادل طور پر کم دباؤ کے علاقوں کا وجود پیدا ہوتا ہے جو ساخت پر حرکتِ بُرآمد اور واپسی (ذیلی اور اُوپر کی طرف) پیدا کرتے ہیں، اور اس طرح ساخت پر لِفٹ اور ڈریگ کے زور مرتب ہوتے ہیں۔

ہوائی جغرافیائی سایہ اندازی (ایروڈائنامک شیڈونگ) ٹرانسمیشن ٹاور پر کیسے اثرانداز ہو سکتی ہے؟

ہوائی جغرافیائی سایہ اندازی عام ہوا کے الگ ہونے کے نمونوں کو خراب کرتی ہے، جس سے ٹربولینس (ہلکی ہلچل) میں اضافہ ہوتا ہے اور ٹاور کی ساخت پر دباؤ بڑھ جاتا ہے، خاص طور پر دوسرے ٹاورز یا منظر نامہ کی خصوصیات جیسے رکاوٹوں کے پیچھے کے علاقوں میں۔

ٹرانسمیشن ٹاورز میں ہوا کے مقابلے کو بہتر بنانے کے لیے کچھ ڈیزائن کے اصول کون سے ہیں؟

ڈیزائن کے اصولوں میں کراس آرم کی جیومیٹری کی بہتری، رقبے کو کم کرنے کی تکنیکیں، مضبوطی بخش سہارے (بریسنگ) کا اضافہ، جوائنٹس کو سخت کرنا، اور ہوا کے زوروں کو بانٹنے اور ساختی کمزوریوں کو روکنے کے لیے ڈیمپنگ کا اندراج شامل ہیں۔