در تلاقی عمیق میراث صنعتی و زیرساخت های انرژی مدرن, بازسازی و اصلاح برج های انتقال بر اساس چارچوب های معدنی موجود یا چارچوب های سازه ای، چالشی پیچیده در سنتز ژئوتکنیکی و سازه ای است.. هنگامی که ما شروع به تعمق در مورد مقاوم سازی یک خط انتقال 330 کیلوولت بر روی سازه ای می کنیم که در ابتدا برای بارهای بالابر عمودی در محیط معدن طراحی شده بود., مونولوگ درونی ما باید فوراً به سمت مفهوم حرکت کند “کالیبراسیون مجدد مسیر بار.” یک برج معدن, به طور معمول با سختی محوری بسیار مشخص می شود که برای کنترل کشش دینامیکی کابل های بالابر طراحی شده است., دارای DNA ساختاری اساسا متفاوتی نسبت به یک برج شبکه انتقال است, که برای برش باد جانبی و کشش هادی طولی بهینه شده است. اولین لایه از تحقیقات علمی ما شامل تعامل زمین و سازه (GSI) در یک محیط استخراج معدن; ما این برج ها را روی خاک بکر قرار نمی دهیم, اما در یک “زندگی کردن” منظره ای که گوف - فضای خالی باقی مانده پس از استخراج زغال سنگ - یک متغیر تصادفی نشست را معرفی می کند.. برای تحلیل این, ما باید به کار بگیریم روش انتگرال احتمال برای پیش بینی تغییر شکل سطح, و سپس این کج ها و انحناها را به صورت ترجمه کنید “عیوب اولیه” در مدل المان محدود ما (FEM), اساساً می پرسد چگونه نشست دیفرانسیل 10 میلی متری در پایه به یک لحظه انگلی درجه دوم در اوج برج تبدیل می شود.
همانطور که افکار ما از زیرزمین ژئوتکنیک به اسکلت سازه جریان دارد, ما باید به آن بپردازیم “بازسازی پویا” از شبکه فولادی. یک قاب ماینینگ اغلب برای عمودی بودن بیش از حد مهندسی شده است، اما ممکن است فاقد استحکام پیچشی لازم برای مقاومت در برابر “سیم شکسته” وضعیت یک بسته 330 کیلوولتی. وقتی این ساختارها را اصلاح می کنیم, ما فقط فولاد اضافه نمی کنیم; ما در حال مهندسی مجدد هستیم نسبت لاغری ($L/r$) از اعضای مورب تا اطمینان حاصل شود که تحت پروفیل های بارگذاری نامتقارن جدید کمانش نمی کنند. ما استفاده از فولاد با مقاومت بالا Q420 برای تقویت پاهای اصلی, نه تنها به دلیل قدرت تسلیم آن, اما برای تأثیر آن بر فرکانس طبیعی سازه. اگر فرکانس اصلی برج اصلاح شده با فرکانس ریزش گرداب کارمان هادی ها همپوشانی داشته باشد., ما در خطر یک فاجعه رزونانس هستیم. این امر مستلزم الف “تحلیل مودال” که جرم ترکیبی قاب ماینینگ قدیمی و بازوهای متقابل انتقال جدید را تشکیل می دهد, در نظر گرفتن کل مجموعه به عنوان یک تیر کنسول غیر همگن. ما باید سازگاری متالورژیکی را نیز در نظر بگیریم; جوش فولاد جدید با استحکام بالا به قدیمی تر, فولاد معدنی بالقوه خسته به یک فولاد پیچیده نیاز دارد “ارزیابی جوش پذیری” و شاید استفاده از صفحات انتقال برای کاهش خطر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن در منطقه متاثر از گرما (HAZ).
| پارامتر ساختاری | سر ماینینگ (اصلی) | برج انتقال (330 کیلو ولت اصلاح شده) | استراتژی اصلاح |
| جهت بار اولیه | عمودی (بالا بردن / فشرده سازی) | جانبی (باد) & طولی (تنش) | تقویت مهاربندی متقاطع |
| درجه مواد | متغیر (اغلب Q235 یا بالاتر) | Q345B / Q420 (استحکام بالا) | صفحات انتقال تست شده با جوش پذیری |
| نوع پایه | بلوک عظیم / شفت عمیق | بنیاد گسترش / ریزشمع ها | درزهای فرونشست - جبران |
| پاسخ پویا | فرکانس پایین, میرایی بالا | فرکانس بالا, میرایی کم | نصب دمپر استوکبریج |
| حفاظت در برابر خوردگی | رنگ صنعتی (اغلب تحقیر می شود) | گالوانیزه گرم (ایزو 1461) | پوشش دوبلکس (اصلی + رنگ کنید) |
سپس مونولوگ درونی به سمت آن حرکت می کند “محیط الکترومغناطیسی” (انجام دهید) در یک منطقه معدنی. مناطق معدنی اغلب محیط های پر گرد و غبار هستند, جایی که ذرات زغال سنگ و ذرات صنعتی می توانند روی رشته های عایق بنشینند, کاهش قابل توجهی ولتاژ فلاش اور آلودگی. وقتی یک برج معدن را برای استفاده 330 کیلوولت اصلاح می کنیم, طراحی عایق نمی تواند از استاندارد پیروی کند “جداول ترخیص” ما باید اعمال کنیم IEC 60815 استاندارد برای “آلودگی شدید,” به طور بالقوه افزایش فاصله خزش با استفاده از RTV (دمای اتاق ولکانیزه) پوشش های لاستیکی سیلیکونی روی عایق های شیشه ای. بعلاوه, سیستم زمین یک معدن هزارتویی از فلز مدفون است; زمین برج اصلاح شده باید با شبکه معدن موجود ادغام شود تا اطمینان حاصل شود “سیستم جهانی زمین” که به حداقل می رساند ولتاژ مرحله و لمس در طول یک گسل فاز به زمین. این فقط یک مسئله ایمنی الکتریکی نیست; موضوع پیشگیری است “خوردگی جریان سرگردان” که در آن اجزای DC از تجهیزات معدن ممکن است تخریب پایه های گالوانیزه جدید برج را تسریع کنند.. ما باید امپدانس موج این شبکه پیچیده را شبیه سازی کنیم, با تشخیص اینکه “افزایش پتانسیل زمین” (GPR) در یک منطقه معدنی به دلیل وجود شفت های فلزی و ریل های رها شده می تواند به طور استثنایی غیر یکنواخت باشد..
در مراحل بعدی این سنتز علمی, ما باید با “تمدید عمر خستگی” ساختار تغییر کاربری داده شده. هر چرخه باد, هر نوسان دما که باعث انبساط و انقباض هادی می شود, الف را اضافه می کند “افزایش خسارت” به فولاد معدنی قدیمی. ما از قانون آسیب خطی Palmgren-Miner برای تخمین عمر مفید باقیمانده, اما با یک هشدار انتقادی: را “تعامل خوردگی-خستگی.” در محیط های اسیدی یا مرطوب معمولی بسیاری از مناطق معدن, سرعت رشد ترک خستگی تسریع می شود. بنابراین برنامه اصلاح ما باید شامل باشد “پایش سلامت ساختاری” (SHM) سیستمهایی - حسگرهای گریتینگ فیبر نوری براگ یا شتابسنجهای بیسیم - که دادههای بیدرنگ را بر روی برج ارائه میکنند. “شاخص سلامت” این به ما اجازه می دهد تا از آن جا حرکت کنیم “تعمیر و نگهداری واکنشی” به “تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده,” که تنها راه برای توجیه استفاده مجدد اقتصادی یک دارایی صنعتی قدیمی است. فکر پایانی تحلیل ما این است که اصلاح برج های استخراج برای انتقال 330 کیلوولت یک عمل است. “همزیستی صنعتی,” جایی که زباله های دوران استخراج به زیرساخت های دوران تجدیدپذیر تبدیل می شود, به شرطی که به قوانین دقیق مکانیک سازه و پایداری الکتروشیمیایی احترام بگذاریم.
| عامل محیطی | تاثیر بر برج اصلاح شده | اقدام فنی کاهش |
| فرونشست زمین | تسویه تفاضلی ($>10mm$) | پایه های خرد قابل تنظیم / مفاصل انعطاف پذیر |
| تجمع گرد و غبار زغال سنگ | کاهش قدرت دی الکتریک | افزایش نسبت خزش به $31mm/kV$ |
| گوگرد اتمسفر ($SO_2$) | خوردگی گالوانیکی شبکه | استفاده از پرایمرهای غنی از اپوکسی روی |
| لرزش (انفجارهای معدن) | شوک ساختاری با فرکانس بالا | جاذب ارتعاش دینامیکی (دو) |
در نهایت, این مقاله استدلال می کند که موفقیت فنی چنین اصلاحی به این بستگی دارد “همگرایی کل نگر” از ژئوتکنیک, ساختاری, و مهندسی برق. ما نمی توانیم با برج به عنوان یک عضو منزوی رفتار کنیم; این یک گره در یک جابجایی است, چشم انداز تنفسی. با اعمال پیشرفته تحلیل کمانش غیرخطی و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای شبیه سازی بارگذاری باد, ما میتوانیم این نگهبانهای معدنی ناهموار را به کانالهایی با فناوری پیشرفته برای شبکه مدرن تبدیل کنیم, دستیابی به کاهش هزینه چرخه عمر تقریباً 30% در مقایسه با ساخت فیلد سبز در حالی که به طور قابل توجهی ردپای کربن پروژه انتقال را کاهش می دهد.
در پیشبرد این گفتمان به سمت مکانیک دانه ای انطباق سازه, ما “تک گویی درونی” اکنون باید با عیوب هندسی غیر خطی زمانی که یک چارچوب استخراج سفت و سخت به اجبار در انعطاف پذیر ادغام می شود، معرفی می شود, سیستم کنترل تنش یک EHV (ولتاژ فوق العاده بالا) خط. ما نمی توانیم به سادگی با هد فریم ماینینگ به عنوان یک تلقی کنیم “جعبه سیاه” پایه و اساس; ما باید حالت استرس موجود آن را تشریح کنیم. اکثر برج های معدن ده ها سال در معرض خستگی چرخه بالا از نوسانات بالابر قرار گرفته اند., به این معنی که فولاد - احتمالاً یک نوع قدیمیتر از فولاد کربنی با چقرمگی پایینتر - ممکن است دارای شکستگیهای ریز بالینی باشد.. هنگامی که ما این ساختار را به یک نقش انتقال 330 کیلوولت انتقال می دهیم, را “طیف بار” از حالت عمودی-دینامیک به جانبی- تصادفی تغییر می کند. این امر مستلزم الف ارزیابی مکانیک شکست (FMA) با استفاده از نمودار ارزیابی شکست (FAD) رویکرد, حصول اطمینان از این که تحت یک رویداد اوج باد 50 ساله, ضریب شدت تنش ترکیبی در انگشتان جوش موجود از چقرمگی شکست ماده تجاوز نمی کند.. ما در اصل در حال اجرا هستیم “جراحی ساختاری,” و ما “چاقوی جراحی” مش المان محدود با وفاداری بالا است, جایی که ما باید رابط های تماس بین پرچ ها یا پیچ های قدیمی و دستگیره اصطکاکی با استحکام بالا جدید را مدل کنیم. (HSFG) پیچ و مهره.
سپس جریان فکر به ناچار به سمت “کوپلینگ آیروالاستیک” از مجموعه اصلاح شده. از آنجا که یک برج معدن به طور معمول بسیار است “سفت تر” و “حجیم تر” از یک شبکه انتقال براق, آن نسبت استحکام ($\فی دلار) به طور قابل توجهی بالاتر است. این بدان معنی است که بار باد که آن را قطع می کند فقط تابعی از ناحیه عضو نیست, اما از عظیم “جلوه های محافظ” و “تداخلات بیدار” با آرایش ساختاری متراکم آن ایجاد شده است. در مدل سازی علمی ما, ما باید درخواست کنیم دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای تجسم میدان های فشار. ممکن است دریابیم که برج اصلاح شده a را ایجاد می کند “اثر ونتوری” بین پاهایش, افزایش سرعت باد و افزایش فشار دینامیکی روی دسته های هادی پایینی. این فقط یک نگرانی ساختاری نیست; برقی است. افزایش تلاطم باد در نمای برج می تواند منجر به ارتعاش بادی در سیم های جامپر, که, اگر توسط استاکبریج یا اسپیسرها میرا نشده باشند, می تواند منجر به خرابی خستگی در شاخه های ترمینال عایق های 330 کیلوولت شود. ما باید فکر کنیم “نسبت میرایی” کل سیستم - میرایی داخلی بالای قاب ماینینگ (به دلیل مفاصل عظیم آن) در مقابل میرایی کم خط انتقال - و راهی برای هماهنگ کردن این دو امضای فیزیکی متفاوت پیدا کنید.
| متغیر اصلاح | تعیین کننده علمی | تاثیر بر عملکرد 330 کیلو ولت | ابزار تحلیلی |
| استرس پسماند ($\سیگما_{پاسخ}$) | دههها چرخه بالابر معدن | قدرت تسلیم موثر را کاهش می دهد 15-20% | پراش اشعه ایکس / تست اولتراسونیک |
| نسبت استحکام ($\فی دلار) | مهاربندی متراکم قاب های معدن | برش پایه و گشتاور واژگونی را افزایش می دهد | CFD – مدل سازی آشفتگی RANS |
| صلبیت پیچشی ($ GJ $) | هدفریم های استاندارد پایین | خطر از “پیچ و تاب” تحت بار سیم شکسته | 3D آنالیز الاستیک غیر خطی |
| امپدانس زمین ($Z_g$) | تداخل فلزی شفت معدن | پتانسیل برای بالا “ولتاژ مرحله ای” خطرات | CDEGS – شبیه سازی زمین |
| انبساط حرارتی ($\آلفا دلار) | رابط های فلزی غیر مشابه | تنش موضعی در انتقال جوش / پیچ | کوپلینگ ترمو مکانیکی (ANSYS) |
همانطور که ما در مورد سنتز الکتروشیمیایی و گالوانیکی, ما باید به یک قاتل خاموش داراییهای استخراج مجدد بپردازیم: “اسیدی شدن صنعتی” محیط های معدنی اغلب دارای غلظت بالایی از اکسیدهای گوگرد و نیتروژن هستند ($SO_x$, $NO_x$), که, هنگامی که با رطوبت ترکیب می شود, یک فیلم اسیدی رقیق روی سطح فولاد ایجاد کنید. اگر برج اصلاح شده ما از ترکیبی از فولاد رنگ شده قدیمی و فولاد گالوانیزه جدید استفاده می کند, ما ناخواسته در حال ایجاد یک غول هستیم سلول گالوانیکی. را “آندی” روی جدید خود را با سرعتی تند برای محافظت از خود قربانی می کند “کاتدیک” آهن قدیمی, منجر به خرابی زودرس سیستم حفاظت در برابر خوردگی می شود. برای حل این, باید الف را مشخص کنیم سیستم پوشش دوبلکس- یک مانع اپوکسی پلی آمید با کارایی بالا که روی گالوانیزه اعمال می شود - “عایق کردن” پتانسیل های فلزی مختلف. مونولوگ درونی ما باید با وسواس باشد خط پایین سه گانه مهندسی: ایمنی, طول عمر, و گردش منابع. ما فقط برج نمی سازیم; ما در حال بازپس گیری یک میراث هستیم, اطمینان از اینکه انرژی جنبشی که زمانی برای بیرون کشیدن زغال سنگ از زمین استفاده می شد با انرژی پتانسیل الکترون هایی که در شانه های احیا شده آن جریان دارند جایگزین می شود.. این مستلزم این است که ما به آن نگاه کنیم ارزیابی تاثیر چرخه زندگی (LCIA), ثابت می کند که “کربن تجسم یافته” با استفاده مجدد ذخیره می شود 200 تن فولاد معدنی بیش از هزینه کربن کار تقویت پیچیده است.
مرحله پایانی تحقیق علمی ما شامل این است “مدل سازی شکست پیش بینی کننده” از پایه مستعد نشست. از آنجایی که گواف معدن یک محیط غیر خطی است, باید استخدام کنیم شبیه سازی مونت کارلو برای محاسبه عدم قطعیت در سختی خاک. اگر الف “فروچاله” یا “منطقه فروپاشی” نزدیک یک پایه دکل 330 کیلوولت اصلاح شده ما توسعه می یابد, سازه باید توانایی داشته باشد “در حال توزیع مجدد” بار. ما اجرای آن را در نظر می گیریم سیستم های تراز ایزواستاتیک- جک های اساسا هیدرولیک یکپارچه در برج های خرد شده - که می توانند تنظیم شوند “سطح مجدد” 330 کیلوولت بازوهای متقاطع در صورتی که زمین به آن طرف کج شود $5$ درجه. این سطح از “زیرساخت فعال” یک تغییر پارادایم از “پایداری غیرفعال” قرن بیستم. در نتیجه گیری ما, ما ادعا می کنیم که تبدیل استخراج به انتقال صرفاً a نیست “تکه تکه کاری” شغل, اما یک تمرین پیچیده در تکامل ساختاری ارتجاعی, جایی که شبح گذشته صنعتی استحکام اسکلتی را برای آینده انرژی سبز فراهم می کند, به شرطی که به مکانیک بی نهایت کوچک خستگی احترام بگذاریم, خطوط نامرئی میدان الکتریکی, و ماسه های متحرک دنیای زیرزمینی.
