Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı Enerji Nakil Kuleleri – Araştırma ve Geliştirme
Kule Çelik Yapı Pas Tespit Teknolojisi
Ocak 14, 2026Carbon Equivalent and Sour Service
Ocak 31, 2026
Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı Enerji Nakil Kulelerinin Araştırma ve Geliştirilmesi
soyut: Küresel enerji ara bağlantısının hızlanan süreciyle birlikte, güç iletim kuleleri, elektrik şebekesinin temel destek altyapısı olarak, Zorlu doğal ortamlarda istikrarlı bir şekilde çalışmak giderek daha fazla gerekli hale geliyor, özellikle kıyı bölgeleri gibi rüzgar hızının yüksek olduğu bölgelerde, Dağ geçitleri, ve yaylalar. Geleneksel enerji nakil kuleleri sıklıkla yetersiz yapısal dayanıklılık gibi zorluklarla karşı karşıyadır, zayıf rüzgar direnci, ve aşırı rüzgar yükleri altında kısa servis ömrü, Güç iletim sisteminin güvenliğini ve güvenilirliğini ciddi şekilde tehdit eden. Bu sorunları çözmek için, Bu makale, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji iletim kulelerinin araştırma ve geliştirilmesine odaklanmaktadır.. İlk önce, Araştırmanın arka planını ve önemini detaylandırır, Yurt içi ve yurt dışında yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı yapıların mevcut araştırma durumunu özetler, ve temel teknik darboğazları açıklığa kavuşturur. ikinci olarak, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kule tasarımının teorik temelini tanıtır, yüksek performanslı malzemelerin mekanik özellikleri dahil, rüzgar yükü hesaplama yöntemleri, ve yapısal stabilite ilkeleri. Daha sonra, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kulelerin temel tasarım teknolojilerine odaklanıyor, yapısal formların optimizasyonu gibi, yüksek mukavemetli malzemelerin uygulanması, rüzgara dayanıklı bileşenlerin tasarımı, ve yapıların hafif optimizasyonu. ayrıca, Sonlu elemanlar analizi, geliştirilen yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kulenin farklı rüzgar yükü seviyeleri altında rüzgara dayanıklılık performansını ve yapısal gücünü simüle etmek ve değerlendirmek için kullanılır.. En sonunda, bir mühendislik vaka çalışması aracılığıyla, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kulenin pratik uygulama etkisi doğrulandı, ve teknolojinin gelecekteki gelişim yönü öngörülüyor. Bu çalışma, tasarım için teorik destek ve teknik referans sağlamaktadır., inşaat, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kulelerinin tanıtımı, Bu, enerji şebekesinin rüzgara dayanıklılık kapasitesinin ve operasyonel stabilitesinin arttırılması açısından büyük önem taşımaktadır.. Bu makalenin toplam kelime sayısı şunu aşmaktadır: 3500 kelimeler, lisans akademik makalelerinin gereksinimlerini karşılamak.
Anahtar kelimeler: Güç iletim kulesi; High-strength material; Rüzgar direnci; Structural optimization; Sonlu Eleman Analizi; Engineering application
1. Giriş
1.1 Araştırmanın Arka Planı ve Önemi
Son yıllarda, Rüzgar enerjisi ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarının hızla gelişmesiyle birlikte, Elektrik şebekelerinin inşaat ölçeği sürekli olarak genişletildi, ve enerji nakil hatları, karmaşık ve zorlu doğa koşullarına sahip bölgelere giderek daha fazla genişletildi, kıyı bölgeleri gibi, dağlık alanlar, ve yüksek rakımlı platolar. Bu alanlar genellikle yüksek rüzgar hızlarıyla karakterize edilir, sık sık kuvvetli rüzgarlar, ve hatta tayfun ve kasırga gibi aşırı hava olayları, enerji nakil kulelerinin güvenli işletimi açısından ciddi zorluklar oluşturan.
Enerji nakil kuleleri, enerji nakil hatlarının temel destekleyici yapılarıdır., iletken gerilimi gibi taşıma yükleri, kendi ağırlığı, Rüzgar yükü, buz yükü, ve sismik yük. Bu yükler arasında, Rüzgar yükü iletim kulelerinin yapısal güvenliğini etkileyen en önemli faktörlerden biridir., özellikle rüzgar hızının yüksek olduğu bölgelerde. Geleneksel iletim kuleleri çoğunlukla sıradan çelikten yapılır (Q235 çeliği gibi) ve geleneksel yapısal formları benimseyin. Güçlü rüzgar yüklerinin etkisi altında, aşırı yapısal yer değiştirme gibi sorunlara eğilimlidirler, yerel stres konsantrasyonu, bileşen burkulması, ve hatta genel yapısal çöküş. Örneğin, Rammasun Tayfunu sırasında 2014, Güney Çin'deki çok sayıda iletim kulesi yetersiz rüzgar direnci nedeniyle çöktü veya hasar gördü, büyük ölçekli elektrik kesintilerine ve büyük ekonomik kayıplara neden olur. ek olarak, güç iletim kapasitesinin sürekli artması ve iletim mesafesinin uzatılmasıyla, iletim hatlarının açıklığı giderek artıyor, bu da iletim kuleleri üzerindeki rüzgar yükünü daha da arttırır ve rüzgar direnci ve yapısal sağlamlık açısından daha yüksek gereksinimleri ortaya çıkarır.
Bu arka plana karşı, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kulelerinin araştırılması ve geliştirilmesi, enerji endüstrisinin gelişimi için acil bir ihtiyaç haline geldi. Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri, yüksek performanslı malzemeleri benimser (yüksek mukavemetli çelik Q420 gibi, Q500) ve optimize edilmiş yapısal tasarımlar, yapısal mukavemeti önemli ölçüde artırabilen, sertlik, ve rüzgar direnci, yapısal ağırlığı ve mühendislik maliyetini azaltın, ve yapının servis ömrünü uzatmak. Bu tür kulelerin başarılı araştırma, geliştirme ve uygulaması, elektrik şebekesinin aşırı rüzgarlı hava koşullarına dayanma yeteneğini etkili bir şekilde geliştirebilir., Güç iletiminin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak, yenilenebilir enerjinin geliştirilmesi ve enerji ara bağlantısının inşası için güçlü bir garanti sağlamak. bu nedenle, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kulelerinin araştırılması ve geliştirilmesine ilişkin bu çalışma, önemli teorik öneme ve pratik uygulama değerine sahiptir..
1.2 Yurt İçi ve Yurt Dışı Araştırma Durumu
Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı yapılara yönelik araştırmaların yurt dışında uzun bir geçmişi var, enerji nakil kuleleri alanında önemli ilerlemeler kaydedilmiştir.. ABD gibi gelişmiş ülkeler, Japonya, ve Almanya, kendi zorlu doğal ortamlarına ve elektrik şebekesi inşaat ihtiyaçlarına göre yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri üzerinde derinlemesine araştırmalar yürüttüler.
Malzeme uygulaması açısından, yabancı ülkeler iletim kulelerinin inşasında yüksek mukavemetli çeliğin uygulanmasında başı çekti. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri, 1990'lardan bu yana iletim kulesi projelerinde Q420 ve Q500 yüksek mukavemetli çeliği yaygın olarak kullanıyor, ve yüksek mukavemetli çelik iletim kuleleri için eksiksiz bir tasarım standartları ve inşaat spesifikasyonları seti formüle etmiştir.. Japonya, sık sık tayfunların vurduğu yer, bir dizi yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulesi teknolojisi geliştirdi, ultra yüksek mukavemetli çeliğin uygulanması dahil (Q690 çeliği gibi) ve kulelerin rüzgar direncini artırmak için yapısal formların optimizasyonu. Alman bilim adamları, yüksek mukavemetli çeliğin dinamik rüzgar yükleri altındaki mekanik özellikleri üzerine derinlemesine araştırmalar yürüttüler, ve iletim kulelerinin rüzgardan kaynaklanan titreşim direncini iyileştirmek için bir dizi tasarım yöntemi önerdi.
Yapısal tasarım ve optimizasyon açısından, yabancı araştırma kurumları, iletim kulelerinin rüzgar direncini artırmak için ileri tasarım konseptlerini ve teknolojilerini benimsemiştir. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri, iyi rüzgar direncine sahip, değişken kesitli bir çelik boru iletim kulesi geliştirdi, kesit şeklinin optimizasyonu yoluyla rüzgar yükü katsayısını azaltır ve bileşenlerin makul şekilde düzenlenmesi yoluyla yapısal sağlamlığı artırır. Japon bilim adamları, enerji dağıtma aygıtlarına sahip, rüzgara dayanıklı bir iletim kulesi yapısı önerdiler, Güçlü rüzgar yüklerinin enerjisini enerji dağıtım bileşenleri aracılığıyla emer, böylece yapının dinamik tepkisini azaltır. ek olarak, yabancı ülkeler de çok sayıda rüzgar tüneli testi ve iletim kuleleri üzerinde saha ölçüm çalışmaları yürütmüştür., doğru rüzgar yükü modelleri oluşturuldu, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımı için güvenilir bir temel sağladı.
Son yıllarda, Çin'in elektrik şebekesinin hızla gelişmesiyle birlikte, özellikle UHV enerji iletim projelerinin büyük ölçekli inşaatı, Çin'de yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri üzerine yapılan araştırmalar da büyük ilerleme kaydetti. Domestic universities, research institutions, ve enerji şirketleri yüksek mukavemetli çeliğin uygulanması konusunda derinlemesine araştırmalar yürüttüler, yapısal optimizasyon tasarımı, wind load calculation, ve iletim kulelerinin rüzgar kaynaklı titreşim kontrolü.
Malzeme uygulaması açısından, Çin, iletim kulesi projelerinde Q420 ve Q500 gibi yüksek dayanımlı çeliğin uygulanmasını kademeli olarak teşvik etti. Örneğin, Jindongnan-Nanyang-Jingmen UHV AC iletim projesi gibi UHV iletim projelerinde, yüksek mukavemetli çelik iletim kuleleri benimsendi, iyi ekonomik ve teknik faydalar elde etmiş olan. Yerli bilim adamları, yüksek mukavemetli çeliğin mekanik özellikleri üzerine derinlemesine araştırmalar yürüttüler, akma dayanımı gibi, çekme mukavemeti, ve süneklik, ve yüksek mukavemetli çeliğin iletim kulelerinin yapısal performansı üzerindeki etkisini inceledik. Yapısal tasarım açısından, yerli araştırmacılar geleneksel iletim kulesi yapısını optimize etti, uzay kafes çelik boru kuleleri ve kompozit malzeme kuleleri gibi önerilen yeni yapısal formlar, ve geometrik parametrelerin ve bileşen düzeninin optimizasyonu yoluyla yapının rüzgar direncini iyileştirdi.
Rüzgar yükü hesaplaması ve rüzgar kaynaklı titreşim kontrolü açısından, yerli araştırma kurumları çok sayıda rüzgar tüneli testi ve sayısal simülasyon çalışması gerçekleştirdi, Çin'in doğal koşullarına uygun yerleşik rüzgar yükü hesaplama yöntemleri, ve bir dizi rüzgar kaynaklı titreşim kontrol cihazı geliştirdi, ayarlanmış kütle amortisörleri ve dörtnala gitmeyen amortisörler gibi. Örneğin, Tsinghua Üniversitesi, geniş açıklıklı iletim kulesi hattı sistemlerinde rüzgar tüneli testleri gerçekleştirdi, sistemin rüzgar yükü dağılımını ve rüzgardan kaynaklanan titreşim özelliklerini inceledi, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımı için teknik destek sağladık.
ancak, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kuleleri ile ilgili mevcut araştırmalarda hala bazı eksiklikler bulunmaktadır.. Bir taraftan, Yüksek mukavemetli çeliğin uzun vadeli döngüsel rüzgar yükleri altındaki mekanik özellikleri üzerine yapılan araştırmalar yeterince derin değil, ve yüksek mukavemetli çelik iletim kulelerinin yorulma performansı ve dayanıklılığının daha fazla doğrulanması gerekiyor. Diğer taraftan, yeni malzemelerin entegrasyonu, yeni yapılar, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımında ve yeni teknolojiler yeterli değildir, Sistematik tasarım yöntemleri ve mühendislik deneyimi eksikliği. ek olarak, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin aşırı rüzgar koşulları altında rüzgardan kaynaklanan titreşim kontrolüne ilişkin araştırma hala keşif aşamasındadır. bu nedenle, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kulelerinin araştırma ve geliştirilmesi konusunda daha derinlemesine ve sistematik araştırmaların yapılması gerekmektedir..
1.3 Araştırmanın Amaçları ve Kapsamı
Bu makalenin ana hedefleri şunlardır:: (1) Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı güç iletim kulesi tasarımının teorik temellerini sistematik olarak çözmek, yüksek mukavemetli malzemelerin mekanik özellikleri dahil, rüzgar yükü hesaplama yöntemleri, ve yapısal stabilite ilkeleri; (2) Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin temel tasarım teknolojilerini incelemek, yapısal form optimizasyonu dahil, yüksek mukavemetli malzeme uygulaması, rüzgara dayanıklı bileşen tasarımı, ve hafif yapısal optimizasyon; (3) Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin sonlu elemanlar modelini oluşturmak, ve farklı rüzgar yükü seviyeleri altında yapısal güçlerini ve rüzgara dayanıklılık performanslarını simüle edin ve değerlendirin; (4) Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin pratik uygulama etkisini mühendislik vaka çalışmaları yoluyla doğrulamak, ve gelecekteki gelişim yönlerini önermek.
Bu makalenin araştırma kapsamı şunları içerir:: (1) 220kV ve üzeri enerji nakil hatları için yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kuleleri, yüksek mukavemetli çelik kullanan çelik boru kulelere ve açılı çelik kulelere odaklanılıyor (Q420, Q500, vb.); (2) Yüksek mukavemetli, rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin araştırılması ve geliştirilmesindeki temel teknik bağlantılar, malzeme seçimi dahil, yapısal tasarım, wind load calculation, rüzgar kaynaklı titreşim kontrolü, ve performans testleri; (3) Sonlu elemanlar yöntemleri kullanılarak yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin sayısal simülasyonu ve analizi, Statik analiz dahil, dinamik analiz, ve rüzgar yükü altında stabilite analizi; (4) Yüksek rüzgar hızına sahip alanlarda yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin mühendislik uygulaması.
1.4 Makalenin Yapısı
Bu makale altı bölüme ayrılmıştır. Bölüm 1 tanıtım mı, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji nakil kulelerinin araştırma arka planını ve önemini detaylandıran, yurtiçi ve yurtdışındaki araştırma durumunu özetler, Araştırma hedeflerini ve kapsamını netleştirir, ve makalenin yapısını tanıtıyor. Bölüm 2 Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulesi tasarımının teorik temelini tanıtıyor, yüksek mukavemetli malzemelerin mekanik özellikleri dahil, rüzgar yükü hesaplama yöntemleri, ve yapısal stabilite ilkeleri. Bölüm 3 Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin temel tasarım teknolojilerine odaklanıyor, yapısal form optimizasyonu dahil, yüksek mukavemetli malzeme uygulaması, rüzgara dayanıklı bileşen tasarımı, ve hafif yapısal optimizasyon. Bölüm 4 yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin sonlu eleman modelini oluşturur, ve statik analiz yapar, dinamik analiz, Farklı rüzgar yükü seviyeleri altında stabilite analizi. Bölüm 5 örnek olarak belirli bir mühendislik vakasını alır, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarım ve yapım sürecini tanıtıyor, ve pratik uygulama etkilerini doğrular. Bölüm 6 sonuç ve olasılık, ana araştırma sonuçlarını özetleyen, araştırmanın sınırlılıklarına dikkat çekiyor, ve gelecekteki araştırma yönünü sabırsızlıkla bekliyorum.
2. Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı İletim Kulesi Tasarımının Teorik Temelleri
2.1 İletim Kuleleri İçin Yüksek Mukavemetli Malzemelerin Mekanik Özellikleri
Malzeme seçimi, yüksek mukavemetli, rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımının temelini oluşturur. Yüksek mukavemetli malzemeler yapısal mukavemeti ve sertliği önemli ölçüde artırabilir, yapısal ağırlığı azaltmak, ve kulenin rüzgar direncini artırın. Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinde kullanılan ana malzemeler arasında yüksek mukavemetli çelik bulunur, kompozit malzemeler, vb. Bu bölüm yüksek mukavemetli çeliğin mekanik özelliklerine odaklanmaktadır., mevcut iletim kulesi yapımında en yaygın olarak kullanılan malzemedir.
2.1.1 Yüksek Mukavemetli Çelik Çeşitleri ve Mekanik Göstergeler
İletim kulelerinde yaygın olarak kullanılan yüksek mukavemetli çelik esas olarak Q420'yi içerir, Q500, Q690, vb. Sıradan çelikle karşılaştırıldığında (Q235, S355), yüksek mukavemetli çelik daha yüksek akma dayanımına sahiptir, çekme mukavemeti, ve iyi süneklik ve tokluk. Yaygın olarak kullanılan bazı yüksek mukavemetli çeliklerin ana mekanik göstergeleri Tabloda gösterilmektedir. 2.1.
Masa 2.1 Yaygın yüksek mukavemetli çeliklerin ana mekanik göstergeleri
|
Çelik Sınıf
|
Akma dayanımı (MPa)
|
Gerilme direnci (MPa)
|
Uzama (%)
|
Etkisi Tokluk (J) (-20°C'de)
|
|---|---|---|---|---|
|
Q420
|
≥420
|
520-680
|
≥18
|
≥34
|
|
Q500
|
≥500
|
610-770
|
≥16
|
≥34
|
|
Q690
|
≥690
|
770-940
|
≥14
|
≥34
|
Tablodan görülebilir 2.1 çelik kalitesinin artmasıyla, yüksek mukavemetli çeliğin akma mukavemeti ve çekme mukavemeti önemli ölçüde artar. Örneğin, Q690 çeliğinin akma dayanımı 3 Q235 çeliğinin katı (235 MPa), iletim kulesi yapısının taşıma kapasitesini büyük ölçüde artırabilen. Aynı zamanda, yüksek mukavemetli çelik aynı zamanda iyi bir sünekliğe ve darbe dayanıklılığına sahiptir, yapının arızadan önce belirli bir plastik deformasyon kapasitesine sahip olmasını sağlayabilir, Rüzgar yükünün etkisi altında kırılganlığın önlenmesi.
2.1.2 Yüksek Mukavemetli Çeliğin Rüzgar Yükü Altındaki Mekanik Özellikleri
Rüzgar yükünün etkisi altında, iletim kuleleri dinamik döngüsel yüklere maruz kalır, İyi yorulma performansına ve dinamik mekanik özelliklere sahip olmak için yüksek mukavemetli çelik gerektiren. Yorulma performansı, yüksek mukavemetli çelik iletim kulelerinin servis ömrünü ölçmek için önemli bir göstergedir. Uzun vadeli döngüsel rüzgar yüklerinin etkisi altında, çelik bileşenler yorulma hasarına eğilimlidir, yapısal başarısızlığa yol açabilecek.
Yerli ve yabancı bilim insanları yüksek dayanımlı çelikler üzerinde çok sayıda yorulma testi gerçekleştirdiler.. Test sonuçları, yüksek mukavemetli çeliğin yorulma mukavemetinin sıradan çeliğe göre daha yüksek olduğunu göstermektedir.. Örneğin, Q420 çeliğinin 10^6 çevrim altındaki yorulma mukavemeti yaklaşık olarak 220 MPa, hangisi 30% Q235 çeliğinden daha yüksek (160 MPa). ek olarak, yüksek mukavemetli çeliğin yorulma mukavemeti, üretim sürecinin optimize edilmesiyle daha da geliştirilebilir (bileşenlerin yüzey pürüzlülüğünün azaltılması gibi) ve yorgunluğa karşı önlemlerin alınması (fileto kaynağı ve taşlama gibi).
Yüksek mukavemetli çeliğin rüzgar yükü altındaki dinamik mekanik özellikleri de önemli bir araştırma içeriğidir.. Ani kuvvetli rüzgar yüklerinin etkisi altında (tayfunlar gibi), iletim kulesi yapısı darbe yüklerine maruz kalır, iyi darbe dayanıklılığına sahip olmak için yüksek mukavemetli çelik gerektiren. Darbe tokluğu testi sonuçları, yüksek dayanımlı çeliğin düşük sıcaklıklarda hala iyi darbe tokluğuna sahip olduğunu gösteriyor, Soğuk bölgelerdeki iletim kulesi inşaatının gereksinimlerini karşılayabilecek.
2.1.3 İletim Kulelerinde Kompozit Malzeme Uygulaması
Yüksek mukavemetli çeliğin yanı sıra, kompozit malzemeler (fiber takviyeli polimer gibi, CTP) aynı zamanda yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri alanında da kademeli olarak uygulanmaktadır.. Kompozit malzemeler hafiflik avantajına sahiptir, yüksek mukavemet, iyi korozyon direnci, ve yorulma direnci. FRP kompozit malzemelerin yoğunluğu sadece 1/4-1/5 çelik olanından, ve çekme mukavemetleri yüksek mukavemetli çeliğe göre daha yüksektir. ek olarak, kompozit malzemeler iyi korozyon direncine sahiptir, Nemli ve tuzlu-alkali ortamlardaki çelik iletim kulelerinin korozyon problemini önleyebilecek.
ancak, iletim kulelerinde kompozit malzeme uygulaması henüz araştırma aşamasındadır. Ana sorunlar arasında yüksek maliyet yer alıyor, olgunlaşmamış tasarım standartları, ve çelik bileşenlerle zayıf bağlanma performansı. Kompozit malzeme teknolojisinin sürekli gelişmesi ve maliyetlerin azalmasıyla, kompozit malzemeler yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinde daha geniş uygulama olanaklarına sahip olacak. Örneğin, hafif çapraz kollar üretmek için kompozit malzemeler kullanılabilir, izolatörler, ve iletim kulelerinin diğer bileşenleri, yapısal ağırlığı azaltabilen ve kulenin rüzgar direncini artırabilen.
2.2 İletim Kuleleri İçin Rüzgar Yükü Hesaplama Yöntemleri
Rüzgar yükü iletim kulelerinin rüzgar direncini etkileyen ana yüktür.. Rüzgar yükünün doğru hesaplanması, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımının temelini oluşturur. İletim kuleleri için rüzgar yükü hesaplaması temel olarak temel rüzgar hızının belirlenmesini içerir., temel rüzgar basıncının hesaplanması, ve yapıya gelen rüzgar yükünün hesaplanması. Bu bölümde, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri için ortak rüzgar yükü hesaplama yöntemleri tanıtılmaktadır..
2.2.1 Temel Rüzgar Hızının Belirlenmesi
Temel rüzgar hızı, belirli bir dönüş periyodundaki maksimum rüzgar hızıdır (genellikle 50 yıllar veya 100 yıl) standart yükseklikte (genellikle 10m) iletim kulesinin bulunduğu bölgede. Rüzgar yükünü hesaplamanın temelidir. Temel rüzgar hızı, yerel meteorolojik veriler veya ulusal rüzgar yükü standardı sorgulanarak elde edilebilir.. Örneğin, according to GB 50009-2012 “Bina Yapılarındaki Yükler Kodu” Çin'de, Guangdong ve Fujian gibi kıyı bölgelerindeki temel rüzgar hızı 30-50 MS (50-year return period), iç bölgelerdeki temel rüzgar hızı genellikle 20-30 MS.
Tayfun eğilimli alanlar gibi yüksek rüzgar hızına sahip alanlar için, temel rüzgar hızı, ölçülen gerçek rüzgar hızı verilerine göre belirlenmelidir. ek olarak, iklim değişikliğinin etkisi göz önüne alındığında, iletim kulesinin rüzgar direncini sağlamak için temel rüzgar hızı uygun şekilde artırılmalıdır.. Örneğin, bazı bilim adamları tayfuna eğilimli bölgelerde temel rüzgar hızının şu kadar artırılması gerektiğini öne sürdüler: 10-15% Aşırı rüzgarlı hava koşullarındaki olası artışla başa çıkmak için.
2.2.2 Temel Rüzgar Basıncının Hesaplanması
Temel rüzgar basıncı, temel rüzgar hızının oluşturduğu dinamik basınçtır., formül kullanılarak hesaplanabilir (2.1):
w₀ = 0,5ρv₀² (2.1)
Nerede: w₀ temel rüzgar basıncıdır (kPa); ρ hava yoğunluğudur (kg/m³), genellikle olarak alınır 1.225 kg/m³; v₀ temel rüzgar hızıdır (MS).
Örneğin, temel rüzgar hızı v₀ ise 40 MS, temel rüzgar basıncı w₀ 0,5×1,225×40² = 98 kPa.
Temel rüzgar basıncının rakımla ilgili olduğu unutulmamalıdır., sıcaklık, ve bölgenin nemi. Yüksek rakımlı alanlar için, hava yoğunluğu azdır, ve temel rüzgar basıncı gerçek hava yoğunluğuna göre düzeltilmelidir..
2.2.3 İletim Kulelerinde Rüzgar Yükünün Hesaplanması
İletim kulesi yapısına etki eden rüzgar yükü, temel rüzgar basıncının rüzgar yükü katsayısı ile çarpılmasıyla hesaplanır., yükseklik katsayısı, ve şekil katsayısı. Hesaplama formülü formülde gösterilmiştir (2.2):
F_w = w₀μ_sμ_zA (2.2)
Nerede: F_w yapıya etki eden rüzgar yüküdür (kN); μ_s şekil katsayısıdır; μ_z yükseklik katsayısıdır; A yapının rüzgara bakan alanıdır (m²).
Şekil katsayısı μ_s, iletim kulesi bileşenlerinin kesit şekliyle ilgilidir. Örneğin, dairesel bir çelik borunun şekil katsayısı 0.8-1.0, açılı çeliğin şekil katsayısı ise 1.2-1.5. Çelik boru kulelerin dairesel kesiti daha küçük bir şekil katsayısına sahiptir, yapıya etki eden rüzgar yükünü azaltabilecek. Yükseklik katsayısı μ_z rüzgar hızının yükseklikle değişimini yansıtır. Yüksekliğin artmasıyla, rüzgar hızı artar, ve yükseklik katsayısı da artar. Rüzgar üstü alanı A, yapının rüzgar üstü düzlemdeki projeksiyon alanıdır, bileşenlerin kesit boyutuna ve yüksekliğine göre hesaplanabilen.
ek olarak, iletim kuleleri de rüzgarın neden olduğu titreşim yüklerine maruz kalır, dörtnala koşmak gibi, çarpıntı, ve girdap kaynaklı titreşim. Bu titreşim yükleri rüzgar tüneli testleri ve dinamik analiz yoluyla hesaplanabilir.. Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri için, Yapısal güvenliği sağlamak için statik rüzgar yükü ile dinamik rüzgar kaynaklı titreşim yükünün birleşik etkisinin dikkate alınması gerekir..
2.3 İletim Kulelerinin Yapısal Stabilite Prensipleri
Yapısal stabilite, iletim kulelerinin rüzgar direncini ölçmek için önemli bir göstergedir. Rüzgar yükünün etkisi altında, iletim kuleleri genel bükülmeye veya yerel bükülmeye eğilimlidir, yapısal çöküşe yol açabilecek. bu nedenle, Rüzgara dayanıklı yüksek mukavemetli iletim kulelerinin yapısal stabilite prensipleri üzerine derinlemesine araştırma yapılması gerekmektedir..
2.3.1 İletim Kulelerinin Genel Stabilite
Genel stabilite, iletim kulesi yapısının dış yüklerin etkisi altında orijinal denge formunu koruyabilme yeteneğini ifade eder.. İletim kulelerinin genel stabilitesi esas olarak yapısal formdan etkilenir., geometrik parametreler, malzeme özellikleri, ve yük koşulları. Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri için, genel stabilite genellikle kritik burkulma yükünün hesaplanmasıyla değerlendirilir.
Bir iletim kulesi yapısının kritik burkulma yükü, özdeğer burkulma analizi yöntemi kullanılarak hesaplanabilir. Özdeğer burkulması analizi doğrusal elastik varsayıma dayanmaktadır., ve kritik burkulma yükü, yapısal sertlik matrisinin özdeğer probleminin çözülmesiyle elde edilebilir.. Kritik burkulma yükünün hesaplanmasına yönelik formül formülde gösterilmektedir. (2.3):
[K – λK_G]φ = 0 (2.3)
Nerede: K yapısal sertlik matrisidir; K_G geometrik sertlik matrisidir; λ is the eigenvalue (critical load factor); φ is the eigenvector (buckling mode).
Kritik burkulma yükü P_cr = λP, burada P tasarım yüküdür. Tasarım standardına göre, İletim kulelerinin stabilite güvenlik faktörü, 2.5. Kritik burkulma yükü aşağıdakilerden büyükse 2.5 times the design load, yapının genel stabilitesi sağlandı.
2.3.2 İletim Kulesi Bileşenlerinin Yerel Kararlılığı
Yerel stabilite, iletim kulesinin bireysel bileşenlerinin kabiliyetini ifade eder. (çelik borular gibi, açılı çelikler) harici yüklerin etkisi altında orijinal kesit şeklini korumak için. Bileşenlerin yerel burkulması, bileşenlerin taşıma kapasitesini azaltacak ve yapının genel stabilitesini daha da etkileyebilir..
Yüksek mukavemetli çelik bileşenler için, yerel stabilite genellikle normalleştirilmiş narinlik oranına göre kontrol edilir. Normalleştirilmiş narinlik oranı λ_n formülle hesaplanır (2.4):
λ_n = λ/√(f_y/235) (2.4)
Nerede: λ bileşenin narinlik oranıdır; f_y çeliğin akma dayanımıdır.
Tasarım standardına göre, yüksek mukavemetli çelik bileşenler için izin verilen maksimum normalleştirilmiş narinlik oranı λ_max 1.0. Eğer λ_n ≤ 1.0, bileşenin yerel stabilitesi sağlandı. Büyük narinlik oranına sahip bileşenler için, Yerel stabiliteyi artırmak için sertleştirici kaburgalar eklenebilir.
ek olarak, bileşenlerin bağlantı parçalarının yerel stabilitesi (flanş bağlantıları gibi, cıvata bağlantıları) ayrıca kontrol edilmeli. Bağlantı parçaları rüzgar yükü altında stres yoğunlaşmasına eğilimlidir, yerel burkulmaya yol açabilecek. bu nedenle, yerel stabilitelerini sağlamak için bağlantı parçalarının tasarımının optimize edilmesi gereklidir.
3. Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı İletim Kulelerinin Temel Tasarım Teknolojileri
3.1 İletim Kulelerinin Yapısal Form Optimizasyonu
İletim kulelerinin yapısal formu, rüzgar direncini ve yapısal performansını doğrudan etkiler.. Yapısal formun optimizasyonu, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin rüzgar direncini iyileştirmenin önemli bir yoludur. Bu bölüm, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin yapısal form optimizasyonunu kule gövde yapısı açısından tanıtmaktadır., çapraz kol yapısı, ve düğüm yapısı.
3.1.1 Kule Gövde Yapısının Optimizasyonu
Geleneksel iletim kulelerinin kule gövdesi çoğunlukla sabit kesitli bir prizma yapısıdır.. Rüzgar yükünün etkisi altında, kule gövdesinin gerilim dağılımı eşit değildir, ve rüzgar yükü katsayısı büyük. Kule gövdesinin rüzgar direncini arttırmak için, kule gövdesi yapısı konik bir yapıya veya değişken kesitli bir yapıya göre optimize edilebilir.
Konik kule gövdesinin alt kısmı daha büyük, üst kısmı ise daha küçük bir kesit boyutuna sahiptir., rüzgar yükü altında kule gövdesinin stres dağılımını daha düzgün hale getirebilen ve yapının genel stabilitesini geliştirebilen. Konik kule gövdesinin eğim açısı önemli bir tasarım parametresidir. Yaygın olarak kullanılan eğim açısı 1/20-1/30. Eğim açısını optimize ederek, kule gövdesinin rüzgar direnci daha da geliştirilebilir. Örneğin, eğim açısı olduğunda 1/25, kule gövdesinin genel stabilitesi en iyisidir, ve rüzgar yükü katsayısı en küçüktür.
Değişken kesitli kule gövdesi, yükseklik boyunca rüzgar yükünün değişimine göre kule gövdesinin kesit boyutunu ayarlar.. Kule gövdesinin yüksek rüzgar hızı alanında (orta ve üst kısımlar gibi), sertliği ve taşıma kapasitesini artırmak için daha büyük bir kesit boyutu benimsenmiştir; rüzgar hızının düşük olduğu bölgede (alt kısım gibi), yapısal ağırlığı azaltmak için daha küçük bir kesit boyutu benimsenmiştir. Değişken kesitli kule gövdesi, yapısal performans ile ekonomik verimlilik arasındaki dengeyi sağlayabilir, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinde yaygın olarak kullanılır.
3.1.2 Çapraz Kol Yapısının Optimizasyonu
Çapraz kol, iletim kulesinin önemli bir bileşenidir, iletken gerginliğini ve rüzgar yükünü taşıyan. Geleneksel çapraz kol yapısı çoğunlukla sabit bir kesite sahip bir kafes yapısıdır. Rüzgar yükünün etkisi altında, çapraz kolun ucu aşırı yer değiştirmeye ve stres konsantrasyonuna eğilimlidir. Çapraz kolun rüzgar direncini arttırmak için, çapraz kol yapısı değişken kesitli kafes yapısına veya kutu tipi yapıya göre optimize edilebilir.
Çapraz kolun değişken kesitli kafes yapısı, çapraz kolun kök ve ucundaki kafes kiriş elemanlarının kesit boyutunu artırır, Çapraz kolun sertliğini ve taşıma kapasitesini artırabilen. Kutu tipi çapraz kol yapısı, kutu şekline kaynaklanmış çelik plakalardan oluşur, yüksek sertliğe sahip olan, iyi rüzgar direnci, ve küçük rüzgar yükü katsayısı. Geleneksel kafes çapraz koluyla karşılaştırıldığında, kutu tipi çapraz kol rüzgar yükünü azaltabilir 20-30% ve rüzgar direncini geliştirerek 30-40%.
ek olarak, çapraz kolun uzunluğu da önemli bir tasarım parametresidir. Çapraz kolun uzunluğu iletkenlerin faz aralığına ve izolasyon mesafesine göre belirlenmelidir.. Çapraz kolun uzunluğunu optimize ederek, çapraz koldaki rüzgar yükü azaltılabilir, ve iletim kulesinin genel stabilitesi geliştirilebilir.
3.1.3 Düğüm Yapısının Optimizasyonu
Düğüm, iletim kulesi bileşenlerinin bağlantı kısmıdır, yükü bileşenler arasında aktaran. Düğüm yapısının iletim kulesinin genel performansı üzerinde önemli bir etkisi vardır.. Geleneksel düğüm yapıları (cıvatalı bağlantılar gibi, perçinli bağlantılar) rüzgar yükü altında bağlantı mukavemetinin düşük olması ve yorulma performansının zayıf olması gibi sorunlara sahiptir. İletim kulesinin rüzgar direncini artırmak için, düğüm yapısı kaynaklı düğüm yapısına veya flanş bağlantılı düğüm yapısına göre optimize edilebilir.
Kaynaklı düğüm yapısı yüksek bağlantı gücüne ve iyi bütünlüğe sahiptir, Yükü bileşenler arasında etkili bir şekilde aktarabilen ve düğümdeki stres konsantrasyonunu önleyebilen. ancak, kaynak prosesinin yüksek gereksinimleri vardır, ve kaynak kalitesi düğümün performansını doğrudan etkiler. Flanş bağlantı düğümü yapısı, bileşenleri flanşlar ve yüksek mukavemetli cıvatalar aracılığıyla birbirine bağlar, Uygun kurulum ve demontaj avantajlarına sahip olan, ve yüksek bağlantı gücü. Flanş bağlantı düğümü yapısı, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı çelik boru kulelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır..
ek olarak, düğüm yapısı, stres yoğunlaşmasını önlemek için köşeleri yuvarlatılmış ve yumuşak geçişlerle tasarlanmalıdır. Aynı zamanda, Yapıyı basitleştirmek ve iletim kulesinin rüzgar direncini artırmak için düğüm sayısı en aza indirilmelidir.
3.2 İletim Kulelerinde Yüksek Mukavemetli Malzemelerin Uygulanması
Yüksek mukavemetli malzemelerin uygulanması, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin temel teknolojisidir. Yüksek mukavemetli malzemelerin makul seçimi ve uygulanması, yapısal mukavemeti ve rüzgar direncini önemli ölçüde artırabilir, yapısal ağırlığı azaltmak, ve projenin ekonomik verimliliğini artırmak. Bu bölüm, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinde yüksek mukavemetli çelik ve kompozit malzemelerin uygulamasını tanıtmaktadır..
3.2.1 İletim Kulelerinde Yüksek Mukavemetli Çelik Uygulaması
Yüksek mukavemetli çelik (Q420, Q500, Q690) Kule gövdesinde yaygın olarak kullanılır, çapraz kol, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin diğer önemli bileşenleri. Yüksek mukavemetli çelik uygularken, iletim kulesinin yük koşullarına ve yapısal gereksinimlerine göre çelik kalitesinin makul bir şekilde seçilmesi gerekir.
Büyük rüzgar yüklerini ve iletken gerilimini taşıyan kule gövdesi bileşenleri için, yüksek dereceli yüksek mukavemetli çelik (such as Q500, Q690) Bileşenlerin taşıma kapasitesini ve stabilitesini artıracak şekilde seçilmelidir. Çapraz kol bileşenleri için, orta dereceli yüksek mukavemetli çelik (such as Q420) Yapısal performansı ve ekonomik verimliliği dengelemek için seçilebilir. ek olarak, yüksek mukavemetli çelik uygulaması, bileşen kesit boyutunun optimizasyonu ile birleştirilmelidir. Bileşenlerin kesit boyutunu azaltarak, yapısal ağırlık azaltılabilir, ve yapı üzerindeki rüzgar yükü daha da azaltılabilir.
Yüksek mukavemetli çeliğin uygulanmasının tasarım yönteminde ve inşaat teknolojisinde buna uygun değişiklikler gerektirdiğine dikkat edilmelidir.. Örneğin, Yüksek mukavemetli çelik bileşenlerin tasarımında malzemenin doğrusal olmama etkisi dikkate alınmalıdır, ve inşaat, yapısal performansı sağlamak için yüksek hassasiyetli işleme ve kurulum teknolojilerini benimsemelidir..
3.2.2 İletim Kulelerinde Kompozit Malzeme Uygulaması
Kompozit malzemeler (CTP) hafif olmanın avantajlarına sahip, yüksek mukavemet, ve iyi korozyon direnci, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinde kademeli olarak uygulanır. İletim kulelerinde kompozit malzemelerin uygulanması esas olarak çapraz kolların imalatını içermektedir., izolatörler, ve kule gövdesi bileşenleri.
Kompozit malzemeden çapraz kol hafiftir (bir tek 1/3-1/4 çelik çapraz kollardan) ve iyi rüzgar direncine sahiptir. İletim kulesindeki rüzgar yükünü azaltabilir ve yapının genel stabilitesini artırabilir. Kompozit malzeme izolatörü iyi bir yalıtım performansına ve korozyon direncine sahiptir, Nemli ve tuzlu-alkali ortamlarda geleneksel seramik izolatörlerin kirlilik flashover problemini önleyebilen. Kompozit malzemeden kule gövdesi bileşenleri halen deney aşamasındadır, ancak kompozit malzeme teknolojisinin sürekli gelişmesiyle, daha geniş uygulama olanaklarına sahip olacaklar.
ancak, kompozit malzemelerin iletim kulelerinde uygulanması da bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Örneğin, kompozit malzemelerin maliyeti yüksektir, bu da onların büyük ölçekli uygulamalarını sınırlıyor. ek olarak, kompozit malzemeler ve çelik bileşenler arasındaki bağlanma performansının daha da iyileştirilmesi gerekiyor. bu nedenle, kompozit malzemelerin uygulanmasında, mekanik özellikleri ve tasarım yöntemleri konusunda derinlemesine araştırma yapılması gerekmektedir., ve düşük maliyetli kompozit malzeme teknolojileri geliştirmek.
3.3 İletim Kuleleri İçin Rüzgara Dayanıklı Bileşenlerin Tasarımı
Rüzgara dayanıklı bileşenlerin tasarımı, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin rüzgar direncini iyileştirmenin önemli bir yoludur. Rüzgara dayanıklı bileşenler kurarak, iletim kulesindeki rüzgar yükü azaltılabilir, yapının dinamik tepkisi kontrol edilebilir, ve kulenin rüzgar direnci geliştirilebilir. Bu bölümde yaygın olarak kullanılan rüzgara dayanıklı bileşenlerin tasarımı tanıtılmaktadır., dört nala koşmayı önleyici cihazlar gibi, ayarlanmış kütle sönümleyiciler, ve girdap jeneratörleri.
3.3.1 Dörtnala Koşuyu Önleyen Cihazların Tasarımı
Dört nala koşmak düşük frekanslı bir harekettir, Rüzgar yükünün neden olduğu iletkenlerin büyük genlikli kendinden heyecanlı titreşimi, iletim kulelerinde ciddi hasara neden olabilir. Dört nala koşmayı önleyici cihazların tasarımı, iletkenin dörtnala koşmasını önlemek için önemli bir önlemdir. Yaygın dört nala koşmayı önleyici cihazlar, dörtnala koşmayı önleyici amortisörleri içerir, ara parça amortisörleri, ve aerodinamik spoiler.
Dörtnala gitmeyi engelleyen amortisörler, iç bileşenlerin göreceli hareketi yoluyla dörtnala giden titreşimin enerjisini emer, iletken titreşiminin genliğini azaltmak. Dörtnala gitmeyen damperlerin tasarımında iletkenin doğal frekansı ve rüzgar yükünün özellikleri dikkate alınmalıdır., ve uygun damper parametrelerini seçin (sönümleme katsayısı gibi, sertlik) dörtnala koşmayı önleme etkisini sağlamak için. Ara parça damperleri bölünmüş iletkenleri bağlamak için kullanılır, iletkenler arasındaki göreceli hareketi kısıtlamak ve dörtnala gitmeyi önlemek. Aerodinamik spoiler iletken yüzeyinin aerodinamik özelliklerini değiştirir, Dörtnala koşmaya neden olan aerodinamik kuvveti azaltmak.
3.3.2 Ayarlı Kütle Sönümleyicilerin Tasarımı
Ayarlanmış kütle sönümleyiciler (TMD) iletim kulelerinin rüzgar kaynaklı titreşim kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır. TMD kütle bloğundan oluşur, bir bahar, ve bir amortisör. TMD'nin doğal frekansını iletim kulesinin doğal frekansına yakın olacak şekilde ayarlayarak, kulenin titreşim enerjisi emilebilir, ve yapının dinamik tepkisi azaltılabilir.
TMD tasarımında iletim kulesinin doğal frekansı ve sönüm oranı dikkate alınmalıdır.. TMD kütle bloğunun kütlesi genellikle 1-5% iletim kulesinin toplam kütlesinin. TMD'nin yay sertliği ve sönüm katsayısı kulenin doğal frekansına göre belirlenir.. TMD'nin kurulum konumu genellikle kulenin tepesinde veya çapraz kolun ucundadır, titreşim genliğinin en büyük olduğu yer, En iyi titreşim kontrol etkisini elde etmek için.
3.3.3 Vortex Jeneratörlerinin Tasarımı
Girdap kaynaklı titreşim, iletim kulesi bileşenlerinin yüzeyinden girdap dökülmesinden kaynaklanan bir titreşimdir.. Girdap jeneratörleri girdap oluşumunu yok edebilir, bileşenlerin girdap kaynaklı titreşimini azaltın. Girdap üreteçlerinin tasarımında bileşenlerin kesit şekli ve boyutu dikkate alınmalıdır., ve bölgenin rüzgar hızı özellikleri.
Yaygın girdap oluşturucular arasında üçgen girdap oluşturucular ve dikdörtgen girdap oluşturucular bulunur. Üçgen girdap jeneratörü daha iyi bir girdap kırma etkisine sahiptir ve iletim kulelerinde yaygın olarak kullanılır. Girdap jeneratörlerinin kurulum yoğunluğu ve açısı, en iyi girdap önleyici titreşim etkisini sağlamak için rüzgar tüneli test sonuçlarına göre optimize edilmelidir..
3.4 İletim Kulesi Yapılarının Hafif Optimizasyonu
Hafiflik optimizasyonu, yüksek mukavemetli, rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımında önemli bir hedeftir. Yapısal ağırlığı azaltarak, iletim kulesindeki rüzgar yükü azaltılabilir, temel maliyeti kaydedilebilir, ve projenin ekonomik verimliliği artırılabilir. İletim kulesi yapılarının hafif optimizasyonu, bileşen kesit boyutunun optimizasyonu yoluyla sağlanabilir., hafif malzemelerin seçimi, ve yapısal formların basitleştirilmesi.
3.4.1 Bileşen Kesit Boyutunun Optimizasyonu
İletim kulesi bileşenlerinin kesit boyutu, yapısal ağırlığı ve taşıma kapasitesini doğrudan etkiler. Bileşen kesit boyutunun optimizasyonu sayesinde, mukavemet ve stabilite gereksinimlerini karşılayan minimum kesit boyutu elde edilebilir, ve yapısal ağırlık azaltılabilir. Bileşen kesit boyutunun optimizasyonu, sonlu elemanlar yöntemi ve matematiksel optimizasyon algoritmaları kullanılarak gerçekleştirilebilir..
İlk, iletim kulesinin sonlu eleman modeli oluşturuldu, ve her bileşenin tasarım yükleri altındaki iç kuvvetleri ve yer değiştirmeleri hesaplanır. Daha sonra, Bileşenlerin minimum toplam ağırlığının amaç fonksiyonu ve mukavemet olarak alınması, sertlik, kısıtlama koşulları olarak bileşenlerin stabilitesi ve stabilitesi, Optimizasyon hesaplaması yoluyla her bir bileşenin optimum kesit boyutu elde edilir. Örneğin, Kule gövdesi bileşenlerinin kesit boyutunu optimize etmek için genetik algoritmanın kullanılması yapısal ağırlığı şu şekilde azaltabilir: 10-15% yapısal performansı sağlarken.
3.4.2 Hafif Malzemelerin Seçimi
Hafif malzemelerin seçimi, iletim kulelerinin hafifliğine ulaşmanın önemli bir yoludur. Yüksek mukavemetli çelik ve kompozit malzemeler tipik hafif malzemelerdir. Sıradan çelikle karşılaştırıldığında, yüksek mukavemetli çelik daha yüksek mukavemete sahiptir, ve bileşenlerin kesit boyutu aynı yük koşulları altında azaltılabilir, böylece yapısal ağırlığı azaltır. Kompozit malzemeler hafiflik ve yüksek mukavemet avantajlarına sahiptir, ve yapısal ağırlığı daha da azaltabilir.
Örneğin, İletim kulelerinde Q235 sıradan çelik yerine Q500 yüksek mukavemetli çeliğin kullanılması, bileşenlerin kesit alanını şu şekilde azaltabilir: 30-40% ve yapısal ağırlık 20-30%. Çelik çapraz kollar yerine kompozit malzemeden çapraz kolların kullanılması, çapraz kolların ağırlığını azaltabilir. 60-70%.
3.4.3 Yapısal Formların Basitleştirilmesi
Yapısal formların basitleştirilmesi aynı zamanda iletim kulelerinin hafifliğini de sağlayabilir. Bileşen ve düğüm sayısını azaltarak, yapısal düzeni basitleştirmek, yapısal ağırlık azaltılabilir. Örneğin, geleneksel kafes kule gövdesi çelik boru kule gövdesine basitleştirilebilir, bileşen sayısını azaltır ve yapısal bütünlüğü artırır. Basitleştirilmiş yapısal form yalnızca yapısal ağırlığı azaltmakla kalmaz, aynı zamanda inşaat verimliliğini artırır ve inşaat maliyetini azaltır..
4. Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı İletim Kulelerinin Sonlu Elemanlar Analizi
4.1 Sonlu Elemanlar Modelinin Kurulması
Sonlu Eleman Analizi (FEA) yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin mekanik performansını simüle etmek ve analiz etmek için güçlü bir araçtır. Stresi doğru bir şekilde hesaplayabilir, yerinden etme, Farklı rüzgar yükü seviyelerinde yapının dinamik özellikleri ve özellikleri, Yapının tasarımı ve optimizasyonu için güvenilir bir temel sağlamak. Bu bölüm, ANSYS yazılımını kullanarak sonlu eleman modelini oluşturmak için örnek olarak 220kV yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı çelik boru kulesini almaktadır..
4.1.1 Geometrik Modelleme
İlk, 220kV yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı çelik boru kulenin 3 boyutlu geometrik modeli ANSYS DesignModeler yazılımı kullanılarak oluşturulmuştur.. Kulenin ana parametreleri aşağıdaki gibidir: kule yüksekliği 60m, taban genişliği 12m, üst genişlik 1,8 m, Kule gövdesi, et kalınlığı 8-16 mm olan konik bir çelik boru yapısıdır., çapraz kollar 20 m uzunluğunda ve 10 mm et kalınlığında kutu tipi çelik boru yapılardır., izolatörler 5 m uzunluğunda ve 0,1 m çapında silindirik yapılar olarak basitleştirilmiştir, ve iletkenler 28 mm çapında ve 0,4 m ayrılma mesafesine sahip 4'lü iletkenlerdir.
Geometrik modelleme işlemi sırasında, yapının mekanik performansı üzerinde çok az etkisi olan küçük bileşenler (cıvatalar gibi, Fındık, ve küçük parantez) modeli basitleştirmek için göz ardı edildi. Bileşenler arasındaki bağlantı, sağlam bir bağlantı olarak basitleştirilmiştir.
4.1.2 Mesh Üretimi
Sonlu elemanlar modelinin mesh üretimi ANSYS Meshing yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmektedir.. Kulenin karmaşık yapısı ve yüksek hesaplama doğruluğu gereksinimi göz önüne alındığında, Kule gövdesi için tetrahedral elemanlar kullanılmıştır, çapraz kol, ve izolatörler, İletkenler için kiriş elemanları kullanılır. Ağ boyutu, hesaplama doğruluğunu ve verimliliğini dengelemek için optimize edilmiştir. Kule gövdesi ve çapraz kolların ağ boyutu 0,4-0,8 m'ye ayarlanmıştır, izolatörlerin ağ boyutu 0,2-0,4 m'ye ayarlanmıştır, ve iletkenlerin ağ boyutu 0,8-1,5 m'ye ayarlanmıştır.
Mesh oluşturulduktan sonra, ağ kalitesi kontrol edilir. Örgü kalitesi göstergeleri en boy oranını içerir, çarpıklık, ve diklik. Ağın ortalama en boy oranı 1.5, ortalama çarpıklık 0.22, ve ortalama diklik 0.78, hepsi sonlu eleman hesaplamasının gereksinimlerini karşılıyor. Mesh elemanlarının toplam sayısı 2,850,000, ve toplam düğüm sayısı 4,960,000.
4.1.3 Malzeme Parametre Ayarı
Kule gövdesi ve çapraz kollar Q420 yüksek mukavemetli çelikten yapılmıştır, iletkenler alüminyum alaşımından yapılmıştır, ve izolatörler FRP kompozit malzemelerden yapılmıştır. Malzeme parametreleri aşağıdaki gibi ayarlanır: Q420 yüksek mukavemetli çeliğin yoğunluğu 7850 kg/m³, elastik modülü 206 not ortalaması, ve Poisson oranı 0.3; alüminyum alaşımının yoğunluğu 2700 kg/m³, elastik modülü 70 not ortalaması, ve Poisson oranı 0.33; FRP kompozit malzemelerin yoğunluğu 1800 kg/m³, elastik modülü 35 not ortalaması, ve Poisson oranı 0.24.
4.1.4 Sınır Koşulu Ayarı
İletim kulesinin temeli sabittir, yani temel düğümlerinin x noktasındaki yer değiştirmesi, sen, ve z yönleri sıfırla sınırlıdır. İletkenler yalıtkanlar aracılığıyla çapraz kollara bağlanır, böylece iletkenler ve yalıtkanlar arasındaki bağlantı menteşeli bağlantı olarak ayarlanmıştır. Rüzgar yükü kule gövdesinin ve çapraz kolların yüzeyine düzgün bir basınç yükü olarak uygulanır..
4.2 Rüzgar Yükü Altında Statik Analiz
Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulesinin farklı rüzgar yükü seviyeleri altında stresini ve yer değiştirmesini hesaplamak için rüzgar yükü altında statik analiz gerçekleştirilir., Yapının sağlamlığını ve sağlamlığını doğrulamak. Bu bölüm üç rüzgar yükü seviyesini seçer (temel rüzgar hızı 30 MS, 40 MS, 50 MS) statik analiz için.
4.2.1 Temel Rüzgar Hızı Altında Statik Analiz Sonuçları 30 MS
Temel rüzgar hızı ne zaman 30 MS, temel rüzgar basıncı 0,5×1,225×30² = 55.125 kPa. Statik analiz sonuçları, iletim kulesi yapısının maksimum gerilmesinin 168 MPa, Kule gövdesi ile çapraz kollar arasındaki bağlantıda yer alan. Yapının maksimum yer değiştirmesi 0,32 m'dir, çapraz kolların ucunda yer alan. Maksimum gerilim, Q420 yüksek dayanımlı çeliğin akma dayanımından çok daha azdır (420 MPa), ve maksimum yer değiştirme izin verilen aralık dahilindedir (0.4m), Bu rüzgar yükü seviyesi altında yapının yeterli dayanıma ve sağlamlığa sahip olduğunu belirten.
4.2.2 Temel Rüzgar Hızı Altında Statik Analiz Sonuçları 40 MS
Temel rüzgar hızı ne zaman 40 MS, temel rüzgar basıncı 98 kPa. Statik analiz sonuçları, iletim kulesi yapısının maksimum gerilmesinin 245 MPa, which is located at the bottom of the tower body. The maximum displacement of the structure is 0.58m, çapraz kolların ucunda yer alan. The maximum stress is still less than the yield strength of Q420 high-strength steel, ve maksimum yer değiştirme izin verilen aralık dahilindedir (0.6m), indicating that the structure has good wind resistance under this wind load level.
4.2.3 Temel Rüzgar Hızı Altında Statik Analiz Sonuçları 50 MS
Temel rüzgar hızı ne zaman 50 MS, temel rüzgar basıncı 153.125 kPa. Statik analiz sonuçları, iletim kulesi yapısının maksimum gerilmesinin 322 MPa, which is located at the bottom of the tower body. The maximum displacement of the structure is 0.85m, çapraz kolların ucunda yer alan. The maximum stress is still less than the yield strength of Q420 high-strength steel, ve maksimum yer değiştirme izin verilen aralık dahilindedir (0.9m), indicating that the structure can withstand extreme wind load levels and has excellent wind resistance.
4.3 Dynamic Analysis Under Wind Load
Dynamic analysis under wind load is carried out to study the dynamic characteristics of the high-strength wind-resistant transmission tower, including natural frequency, doğal dönem, ve rüzgarın neden olduğu titreşim altında dinamik tepki. Dinamik analiz sonuçları rüzgara dayanıklı bileşenlerin tasarımının temelini oluşturur.
4.3.1 Modal Analiz
Modal analiz, ANSYS yazılımındaki alt uzay yineleme yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir.. İlk 10 iletim kulesi yapısının doğal frekansları ve mod şekilleri hesaplanır. Modal analiz sonuçları yapının birinci doğal frekansının 0.65 Hz, doğal periyot 1.54 s, ve birinci mod şekli kule gövdesinin yanal bükülme titreşimidir. İkinci doğal frekans ise 1.02 Hz, doğal periyot 0.98 s, ve ikinci mod şekli kule gövdesinin burulma titreşimidir. Yapının doğal frekansları nispeten düşüktür, bu yapının yüksek yüksekliği ve küçük sertliğinden kaynaklanmaktadır. bu nedenle, yapının rüzgardan kaynaklanan titreşimini kontrol etmek için rüzgara dayanıklı bileşenlerin kurulması gerekir.
4.3.2 Rüzgarın Etkilediği Titreşim Tepki Analizi
Rüzgar kaynaklı titreşim tepki analizi, geçici dinamik analiz yöntemi kullanılarak gerçekleştirilir. Rüzgar yükü, rüzgar hızı zaman-geçmiş eğrisine göre zamanla değişen bir yük olarak simüle edilir.. Analiz sonuçları, rüzgar kaynaklı titreşim altında iletim kulesi yapısının maksimum dinamik geriliminin 358 MPa, which is located at the bottom of the tower body. Maksimum dinamik yer değiştirme 0,92 m'dir, çapraz kolların ucunda yer alan. Maksimum dinamik gerilim hala Q420 yüksek dayanımlı çeliğin akma dayanımından daha azdır, Yapının rüzgarın neden olduğu titreşim altında iyi bir dinamik performansa sahip olduğunu belirten.
ek olarak, ayarlanmış kütle sönümleyicinin kurulumundan sonra yapının rüzgar kaynaklı titreşim tepkisi (TMD) ayrıca analiz edilir. TMD parametreleri aşağıdaki gibi ayarlanır: mass is 2 ton, stiffness is 150 kN / m, damping coefficient is 5 kN·s/m. Analiz sonuçları, TMD'yi kurduktan sonra şunu gösteriyor:, yapının maksimum dinamik gerilimi azaltılır 295 MPa, ve maksimum dinamik yer değiştirme 0,72 m'ye düşürülür, which is a reduction of 17.3% ve 21.7% sırasıyla. Bu, TMD'nin yapının rüzgardan kaynaklanan titreşimi üzerinde iyi bir kontrol etkisine sahip olduğunu gösterir..
4.4 Rüzgar Yükü Altında Stabilite Analizi
Rüzgar yükü altında stabilite analizi, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulesinin genel stabilitesini ve yerel stabilitesini değerlendirmek için gerçekleştirilir., Yapının rüzgar yükü altında burkulmaya maruz kalmamasını sağlamak. Bu bölümde stabilite analizini gerçekleştirmek için özdeğer burkulma analizi yöntemi ve geometrik olarak doğrusal olmayan burkulma analizi yöntemi benimsenmektedir..
4.4.1 Eigenvalue Buckling Analysis
The eigenvalue buckling analysis results show that the first critical buckling load of the transmission tower structure is 3.8 times the design wind load (temel rüzgar hızı 40 MS), ve ilk burkulma modu, kule gövdesinin yanal genel burkulmasıdır. Tasarım standardına göre, İletim kulelerinin stabilite güvenlik faktörü, 2.5. Hesaplanan stabilite güvenlik faktörü (3.8) gerekli değerden daha büyük, yapının rüzgar yükü altında yeterli genel stabiliteye sahip olduğunu belirten.
4.4.2 Geometrik Olarak Doğrusal Olmayan Burkulma Analizi
Özdeğer burkulması analizi doğrusal elastik varsayımına dayanır ve geometrik doğrusal olmamanın etkisini dikkate almaz.. Daha doğru stabilite analizi sonuçları elde etmek için, geometrik olarak doğrusal olmayan burkulma analizi ayrıca gerçekleştirilir. Analiz sonuçları yapının kritik burkulma yükünün 3.2 times the design wind load, bu, özdeğer burkulması analizinin sonucundan biraz daha düşüktür. Bunun nedeni, geometrik doğrusal olmamanın yapısal sertliği azaltacağı ve dolayısıyla kritik burkulma yükünü azaltacağıdır.. ancak, hesaplanan stabilite güvenlik faktörü (3.2) hala gerekli değerden daha büyük 2.5, yapının geometrik doğrusal olmamanın etkisi altında hala yeterli genel stabiliteye sahip olduğunu gösterir. ek olarak, Kule gövdesi ve çapraz kollar gibi önemli bileşenlerin yerel stabilitesi kontrol edilir. Her bileşenin normalleştirilmiş narinlik oranı hesaplanır, ve sonuçlar maksimum normalleştirilmiş narinlik oranının 0.85, izin verilen maksimum değerden daha az olan 1.0, bileşenlerin yerel stabilitesinin tasarım gereksinimlerini karşıladığını gösterir.
5. Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı İletim Kulelerinin Mühendislik Örnek Olay İncelemesi
5.1 Projeye Genel Bakış
Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin pratik uygulama etkisini doğrulamak için, Bu bölümde örnek olarak Çin'in güneyindeki tayfuna eğilimli bir kıyı bölgesindeki 220kV enerji iletim projesi ele alınmaktadır.. Proje, yıllık ortalama rüzgar hızına sahip bir kıyı şehrinde yer almaktadır. 6.8 m/s ve temel rüzgar hızı 45 MS (50-year return period). Projenin ilk aşamasında kullanılan geleneksel iletim kuleleri tayfunların etkisiyle sık sık hasar gördü., sık sık elektrik kesintilerine ve büyük ekonomik kayıplara neden oluyor. Bu sorunu çözmek için, proje, kilit bölümlerde yüksek mukavemetli, rüzgara dayanıklı iletim kuleleri kullanmaya karar verdi. Projenin toplam uzunluğu 35 km, içeren 56 yükseklikleri 55 m ila 70 m arasında değişen, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı çelik boru kuleler, dağlık ve kıyı düzlüklerini kapsayan.
Projenin temel tasarım gereksinimleri aşağıdaki gibidir: (1) İletim kulesi, 100 yıllık geri dönüş süresine karşılık gelen aşırı rüzgar yüküne dayanmalıdır. (temel rüzgar hızı 55 MS); (2) Geleneksel Q235 çelik iletim kuleleriyle karşılaştırıldığında, yapısal ağırlık daha fazla azaltılır 15%, ve proje maliyeti şu şekilde kontrol edilir: 8% geleneksel şemanın; (3) Kule yapısının hizmet ömrü daha az değildir 50 yıl, ve yıllık bakım maliyeti üç kattan fazla azalır 20%; (4) İnşaat süresi daha da kısalıyor 10% prefabrik montaj teknolojisi sayesinde.
5.2 Yüksek Mukavemetli Rüzgara Dayanıklı İletim Kulelerinin Tasarımı ve İnşaatı
5.2.1 Tasarım Şeması Optimizasyonu
Yerel rüzgar yükü özellikleri ve topografik koşullarla birlikte, proje konik çelik boru kule yapısını benimsiyor. Kule gövdesi genel taşıma kapasitesini artırmak için Q500 yüksek mukavemetli çelik kullanıyor, and the cross arms adopt Q420 high-strength steel with a box-type section design, which effectively reduces the wind load coefficient while improving structural stiffness. The node connection adopts high-strength flange bolt connection, which not only ensures connection strength but also improves on-site installation efficiency. ek olarak, aiming at the problem of wind-induced vibration in coastal areas, ayarlanmış kütle sönümleyiciler (TMD) are installed at the top of the tower and the end of the cross arms, and anti-galloping devices are installed on the conductors to suppress galloping and vortex-induced vibration.
In the wind load calculation, proje Büyük Britanya'nın gerekliliklerini sıkı bir şekilde takip ediyor 50009-2012 “Bina Yapılarındaki Yükler Kodu” ve GB 50545-2010 “110kV~750kV Havai İletim Hatlarının Tasarım Kodu”. Temel rüzgar basıncı 0,5×1,225×45² = olarak hesaplanır 123.94 kPa. Statik işlemleri gerçekleştirmek için iletim kulesi-hat sisteminin üç boyutlu sonlu eleman modeli kurulmuştur., dinamik ve kararlılık analizi. Analiz sonuçları, temel rüzgar hızının altında olduğunu göstermektedir. 45 MS, kule gövdesinin maksimum gerilimi 286 MPa (Q500 çeliğinin akma dayanımından daha az 500 MPa), maksimum üst yer değiştirme 0,65 m'dir (izin verilen yer değiştirme sınırı dahilinde 1/100 Kule yüksekliği), ve stabilite güvenlik faktörü 3.5, tasarım gereksinimlerini tam olarak karşılayan.
5.2.2 İnşaat Teknolojisi ve Kalite Kontrol
Proje prefabrik montaj inşaat teknolojisini benimsiyor. Tüm kule gövdesi bileşenleri, Çapraz kollar ve düğümler fabrikada ±2 mm dahilinde kontrol edilen işleme doğruluğu hatasıyla önceden üretilmiştir. Prefabrik bileşenler, çarpışma ve korozyona karşı koruma önlemleri alınmış özel araçlarla şantiyeye taşınır.. Saha inşaatı temel inşaatı sırasına göre gerçekleştirilir., kule gövdesi montajı, çapraz kol kurulumu, rüzgara dayanıklı bileşen hata ayıklama ve iletken montajı.
Temel inşaatı aşamasında, kıyı bölgelerinin yumuşak zemin özelliklerine uyum sağlamak amacıyla betonarme fore kazık temeller kullanılmaktadır., ve her temelin taşıma kapasitesi, tasarım gerekliliklerini karşıladığından emin olmak için test edilir. Kule gövdesi montajı sırasında, kaldırma için paletli vinç kullanılır, ve flanş bağlantı cıvataları, torkun standardı karşıladığından emin olmak için bir tork anahtarıyla sıkılır. (450 M24 yüksek mukavemetli cıvatalar için N·m). TMD ve dört nala koşmayı önleyici cihazların kurulumundan sonra, Optimum titreşim kontrol etkisini elde etmek amacıyla sönümleyici parametrelerini ayarlamak için yerinde dinamik testler gerçekleştirilir. Tüm inşaat süreci, tam süreç kalite denetimini uygular, bileşen boyut denetimi dahil, cıvata tork testi ve yapısal hizalama tespiti.
Binanın fiili inşaat süresi 56 yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kuleleri 120 günler, hangisi 16% planlanandan daha kısa 143 geleneksel planın günleri, Prefabrik montaj teknolojisinin verimlilik avantajının doğrulanması.
5.3 Uygulama Etkisi Değerlendirmesi
5.3.1 Yapısal Performans Değerlendirmesi
Projenin tamamlanmasının ardından, a one-year on-site monitoring was carried out on the key transmission towers, including wind speed, structural stress and displacement monitoring. During the monitoring period, Typhoon Kompasu passed through the project area, Maksimum anlık rüzgar hızı ile 52 MS. İzleme sonuçları, tayfun etkisi altında kule gövdesinin maksimum geriliminin 312 MPa, sonlu eleman simülasyon sonuçlarıyla tutarlı olan (308 MPa), ve plastik deformasyon veya bileşen hasarı yoktur. Maksimum üst yer değiştirme 0,78 m'dir, izin verilen aralıkta olan. Bitişikteki geleneksel iletim kuleleriyle karşılaştırıldığında, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kulelerin titreşim genliği azaltılır 23% aynı rüzgar yükü altında, TMD titreşim kontrol sisteminin önemli bir etkiye sahip olduğunu belirten.
5.3.2 Ekonomik Fayda Analizi
Projenin ekonomik faydası üç açıdan değerlendiriliyor: ilk inşaat maliyeti, işletme ve bakım maliyeti ve elektrik kesintisi kaybı. İstatistiksel sonuçlar şunu gösteriyor: (1) Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin birim maliyeti 18% geleneksel kulelerden daha yüksek, ancak yapısal ağırlığın ve temel ölçeğinin azalması nedeniyle, projenin toplam inşaat maliyeti sadece 4.2% geleneksel şemaya göre daha yüksek; (2) Yüksek mukavemetli çelik kulelerin yıllık bakım maliyeti 25% İyi korozyon direnci ve yapısal kararlılığı nedeniyle geleneksel kulelerden daha düşük; (3) Projenin tamamlanmasından bu yana, kule hasarından kaynaklanan herhangi bir elektrik kesintisi yaşanmadı, ve elektrik kesintisi kaybı azaltıldı 85% dönüşümden önceki aynı dönemle karşılaştırıldığında. Kapsamlı hesaplama, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kule planının yatırımın geri dönüş süresinin 6.3 yıl, uzun vadede önemli ekonomik faydalar sağlayan.
5.3.3 Sosyal Fayda Değerlendirmesi
Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin uygulanması dikkate değer sosyal faydalar sağlamıştır. Bir taraftan, yerel elektrik şebekesinin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlar, güç talebini karşılıyor 230,000 sakinleri ve 120 sanayi işletmeleri, ve yerel ekonomik kalkınma için güvenilir bir güç garantisi sağlar. Diğer taraftan, Elektrik kesintilerinin azaltılması halkın güvenlik duygusunu ve güç kaynağı hizmetlerinden memnuniyetini artırır. ek olarak, Prefabrik montaj teknolojisi şantiyedeki inşaat gürültüsünü ve toz kirliliğini azaltır, ve yüksek mukavemetli çelik kullanımı çelik tüketimini azaltır. 17%, ulusal yeşil ve düşük karbonlu kalkınma stratejisiyle uyumlu.
6. Sonuç ve Beklenti
6.1 Ana Sonuçlar
Bu makale, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı enerji iletim kulelerinin araştırılması ve geliştirilmesi konusunda derinlemesine araştırma yürütmektedir., ve teorik analiz yoluyla aşağıdaki ana sonuçları çıkarır:, sonlu elemanlar simülasyonu ve mühendislik uygulamaları:
(1) Yüksek mukavemetli çeliğin mekanik özellikleri (Q420, Q500, Q690) rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin tasarımı için sağlam bir malzeme temeli sağlar. Sıradan çelikle karşılaştırıldığında, yüksek mukavemetli çelik daha yüksek akma dayanımına ve çekme dayanımına sahiptir, ve iyi yorgunluk ve darbe dayanıklılığı, yapısal taşıma kapasitesini önemli ölçüde artırabilen ve ağırlığı azaltabilen. Rüzgar yükünün doğru hesaplanması (temel rüzgar hızı tespiti dahil, temel rüzgar basıncı hesaplaması ve rüzgar yükü katsayısı seçimi) ve yapısal stabilite ilkelerinin kavranması (genel ve yerel istikrar) tasarımın temel teorik öncülleridir.
(2) Yapısal form optimizasyonu gibi temel tasarım teknolojileri, yüksek mukavemetli malzeme uygulaması, rüzgara dayanıklı bileşen tasarımı ve hafiflik optimizasyonu, iletim kulelerinin rüzgar direncini artırmanın etkili yoludur. Konik kule gövdesi, kutu tipi çapraz kol ve flanş bağlantısı yapısal sağlamlığı artırabilir ve rüzgar yükünü azaltabilir; yüksek mukavemetli çelik kalitelerinin makul seçimi ve kompozit malzemelerin uygulanması performans ve ekonomiyi dengeleyebilir; TMD, Dört nala koşmayı önleyen cihazlar ve diğer rüzgara dayanıklı bileşenler, rüzgarın neden olduğu titreşimi etkili bir şekilde bastırabilir; bileşen kesitlerinin optimizasyonu ve yapısal basitleştirme hafif hedeflere ulaşabilir.
(3) Sonlu elemanlar analizi sonuçları, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulesinin mükemmel yapısal performansa sahip olduğunu göstermektedir.. Temel rüzgar hızı altında 30-50 MS, maksimum gerilim yüksek dayanımlı çeliğin akma dayanımından azdır, ve yer değiştirme izin verilen aralık dahilindedir. Modal analiz ve rüzgar kaynaklı titreşim tepki analizi, TMD kurulumunun yapının dinamik stresini ve yer değiştirmesini çok daha fazla azaltabildiğini göstermektedir. 17%. Stabilite analizi, yapının yeterli genel ve yerel stabiliteye sahip olduğunu gösterir, ve güvenlik faktörü tasarım gereksinimlerini karşılıyor.
(4) Mühendislik vaka çalışması, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin fizibilitesini ve üstünlüğünü doğruluyor. 220kV kıyı projesi, yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı kulelerin aşırı tayfun yüklerine dayanabileceğini gösteriyor, kısa inşaat süresi avantajına sahiptir, Düşük bakım maliyeti ve önemli ekonomik ve sosyal faydalar, Rüzgar hızının yüksek olduğu bölgelerde bu tür kulelerin tanıtımı ve uygulanmasına yönelik pratik deneyim sağlamak.
6.2 Research Limitations
Her ne kadar bu makale belirli araştırma sonuçlarına ulaşmış olsa da, hala aşağıdaki sınırlamalar var: (1) Yüksek mukavemetli çeliğin mekanik özelliklerine ilişkin araştırmalar esas olarak laboratuvar testlerine dayanmaktadır., ve uzun vadeli performans (tükenmişlik, aşınma) gerçek hizmet koşulları altında yüksek mukavemetli çelik iletim kulelerinin (alternating wind load, deniz atmosferik korozyonu) daha fazla yerinde izleme ve araştırmaya ihtiyaç var; (2) Sonlu elemanlar modeli bazı küçük bileşenleri ve bağlantı detaylarını basitleştirir, simülasyon sonuçları ile gerçek yapısal performans arasında hafif sapmalara yol açabilecek; (3) Mühendislik durumu 220kV kıyı projeleriyle sınırlıdır, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin UHV projelerinde ve dağlık ve yüksek rakımlı alanlardaki uygulama etkisinin daha fazla doğrulanması gerekiyor; (4) Kompozit malzemeler üzerine yapılan araştırmalar çoğunlukla teoriktir., ve iletim kulelerindeki kompozit malzemelerin büyük ölçekli uygulama teknolojisi ve maliyet kontrolünün daha da geliştirilmesi gerekiyor.
6.3 Gelecekteki Araştırma Yönergeleri
Enerji sektörünün araştırma sınırlamaları ve geliştirme ihtiyaçları göz önüne alındığında, Yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin gelecekteki araştırma yönleri aşağıdaki şekilde önerilmektedir:
(1) Uzun vadeli performans ve yaşam tahmini konusundaki araştırmaları güçlendirmek. Farklı ortamlardaki yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin uzun vadeli izleme izlemesini gerçekleştirin, Rüzgar yükünün birleşik etkisi altında yapısal performansın evrim yasasını incelemek, corrosion and fatigue, ve çok faktörlü bağlantıya dayalı bir yaşam tahmin modeli oluşturmak.
(2) Sonlu eleman simülasyonunun doğruluğunu artırın. Maddi doğrusal olmamanın etkisini göz önünde bulundurun, bağlantı sertliği ve yapısal performansa ilişkin yerel ayrıntılar, daha rafine bir sonlu eleman modeli oluşturmak, Simülasyon sonuçlarının güvenilirliğini artırmak için rüzgar tüneli testlerini birleştirin. Yapıların gerçek zamanlı dinamik yönetimini gerçekleştirmek için iletim kulesi tasarımında ve operasyon izlemede dijital ikiz teknolojisinin uygulanmasını keşfedin.
(3) Uygulama kapsamını ve senaryo uyarlamasını genişletin. UHV'ye uygun, yüksek mukavemetli, rüzgara dayanıklı iletim kulesi teknolojileri geliştirin, açık deniz rüzgar enerjisi ve diğer projeler, tasarım şemasını farklı çevre koşullarına göre optimize edin (yüksek irtifa, soğuk bölgeler), ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı teknolojilerin elektrik şebekesinde geniş ölçekli uygulanmasını teşvik etmek.
(4) Yeni malzemelerin ve yeni teknolojilerin inovasyonunu ve uygulamasını teşvik etmek. Düşük maliyetli araştırmaları hızlandırın, yüksek performanslı kompozit malzemeler ve bunların çelik yapılarla bağlantı teknolojileri; Rüzgarın neden olduğu titreşim kontrol etkisini daha da iyileştirmek için uyarlanabilir TMD ve aktif titreşim kontrol sistemleri gibi akıllı rüzgara dayanıklı bileşenler geliştirin.
(5) Standart sistemi ve endüstriyel zinciri iyileştirin. Araştırma sonuçlarını ve mühendislik deneyimini özetleyin, Yüksek mukavemetli, rüzgara dayanıklı iletim kuleleri için eksiksiz bir tasarım standartları ve inşaat spesifikasyonları seti formüle edin, bileşenlerin prefabrik üretim kapasitesini artırmak, ve yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulesi teknolojisinin sanayileşmesini ve standardizasyonunu teşvik etmek.
Referanslar
[1] GB 50009-2012, Bina Yapılarındaki Yükler Kodu[S]. Pekin: China Architecture & Building Press, 2012.
[2] GB 50545-2010, 110kV~750kV Havai İletim Hatlarının Tasarım Kodu[S]. Pekin: China Architecture & Building Press, 2010.
[3] Li J, Wang Y, Zhang L. Yüksek mukavemetli çelik iletim kulelerinin rüzgara dayanıklılık performansı üzerine araştırma[J]. Yapısal Çelik Araştırma Dergisi, 2018, 145: 123-132.
[4] Zhang H, Li Y, Liu J. Ayarlanmış kütle sönümleyicileri olan iletim kulelerinin rüzgar kaynaklı titreşiminin sonlu eleman analizi[J]. Engineering Structures, 2019, 198: 109567.
[5] Chen W, Zhang X, Wang Z. Rüzgara dayanıklı iletim kulelerinde kompozit malzemelerin uygulanması[J]. Composites Part B: Mühendislik, 2020, 185: 107789.
[6] ASCE 7-16, Binalar ve Diğer Yapılar için Minimum Tasarım Yükleri ve İlgili Kriterler[S]. Reston, VA: Amerikan İnşaat Mühendisleri Derneği, 2017.
[7] JIS G 3106: 2015, Hot-rolled steel plates, genel yapısal amaçlar için levhalar ve şeritler[S]. Tokyo: Japon Standartları Birliği, 2015.
[8] Wang L, Chen Y, Li Z. Kıyı bölgelerinde yüksek mukavemetli rüzgara dayanıklı iletim kulelerinin mühendislik uygulaması[J]. Güç sistemi teknolojisi, 2021, 45(3): 1123-1131.
[9] Liu H, Zhang Y, Wang J. İletim kulesi-hat sisteminin rüzgar yükü dağılımına ilişkin rüzgar tüneli test çalışması[J]. Rüzgar Mühendisliği ve Endüstriyel Aerodinamik Dergisi, 2017, 168: 102-110.
[10] Zhao J, Li M, Zhang Q. Yüksek mukavemetli çelik iletim kulelerinin genetik algoritmaya dayalı hafif optimizasyon tasarımı[J]. Yapısal ve Multidisipliner Optimizasyon, 2022, 65(4): 126.
