Trong sự giao thoa sâu sắc giữa di sản công nghiệp và cơ sở hạ tầng năng lượng hiện đại, việc phục hồi và sửa đổi các tháp truyền tải dựa trên các khung đầu hoặc khung cấu trúc khai thác hiện có là một thách thức phức tạp trong tổng hợp địa kỹ thuật và cấu trúc. Khi chúng tôi bắt đầu dự tính việc trang bị thêm đường dây truyền tải 330kV lên kết cấu được thiết kế ban đầu để chịu tải tời thẳng đứng trong môi trường khai thác mỏ, độc thoại nội tâm của chúng ta phải ngay lập tức xoay quanh khái niệm về “Hiệu chỉnh lại đường dẫn tải.” Tháp khai thác mỏ, thường được đặc trưng bởi độ cứng dọc trục cực lớn được thiết kế để xử lý lực căng động của cáp nâng, sở hữu DNA cấu trúc khác biệt cơ bản so với tháp lưới truyền, được tối ưu hóa cho lực cắt gió ngang và lực căng dây dẫn dọc. Lớp đầu tiên của cuộc điều tra khoa học của chúng tôi liên quan đến Tương tác kết cấu mặt đất (GSI) trong môi trường khai thác bị sụt giảm; chúng tôi không đặt những tòa tháp này trên vùng đất hoang, nhưng trên một “cuộc sống” cảnh quan nơi con dê—khoảng trống còn lại sau khi khai thác than—tạo ra một biến số định cư ngẫu nhiên. Để phân tích điều này, chúng ta phải sử dụng Phương pháp tích phân xác suất dự đoán biến dạng bề mặt, và sau đó dịch những độ nghiêng và độ cong này thành “Những khiếm khuyết ban đầu” trong Mô hình phần tử hữu hạn của chúng tôi (FEM), về cơ bản là hỏi làm thế nào độ lún chênh lệch 10 mm ở chân tháp lại chuyển thành mômen ký sinh bậc hai ở đỉnh tháp.
Khi suy nghĩ của chúng ta chảy từ tầng hầm địa kỹ thuật đến bộ xương kết cấu, chúng ta phải giải quyết “Tu sửa năng động” của lưới thép. Khung khai thác thường được thiết kế quá mức theo phương thẳng đứng nhưng có thể thiếu độ cứng xoắn cần thiết để chịu được “Dây bị đứt” tình trạng bó 330kV. Khi chúng tôi sửa đổi các cấu trúc này, chúng tôi không chỉ thêm thép; chúng tôi đang tái thiết kế Tỷ lệ mảnh mai ($L/r$) của các thành phần đường chéo để đảm bảo chúng không bị biến dạng dưới các cấu hình tải bất đối xứng mới. Chúng tôi xem xét việc sử dụng Thép cường độ cao Q420 để gia cố cho chân chính, không chỉ vì sức mạnh năng suất của nó, nhưng vì tác động của nó lên tần số tự nhiên của cấu trúc. Nếu tần số cơ bản của tháp được sửa đổi trùng với tần số đổ xoáy Karman của dây dẫn, chúng ta có nguy cơ xảy ra thảm họa cộng hưởng. Điều này đòi hỏi một “Phân tích phương thức” chiếm khối lượng tổng hợp của khung khai thác cũ và các nhánh truyền động mới, coi toàn bộ tổ hợp như một dầm đúc hẫng không đồng nhất. Chúng ta cũng phải suy ngẫm về khả năng tương thích luyện kim; hàn thép cường độ cao mới vào cũ, thép khai thác có khả năng mệt mỏi đòi hỏi một sự tinh vi “Đánh giá độ hàn” và có lẽ việc sử dụng các tấm chuyển tiếp để giảm thiểu nguy cơ nứt do hydro gây ra ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt (HAZ).
| Thông số kết cấu | Khung đầu khai thác (Nguyên bản) | Tháp truyền tải (330kV sửa đổi) | Chiến lược sửa đổi |
| Hướng tải chính | Thẳng đứng (Nâng/Nén) | bên (Gió) & theo chiều dọc (Căng thẳng) | Gia cố giằng chéo |
| Lớp vật liệu | Biến (thường là Q235 trở lên) | Q345B / Q420 (Cường độ cao) | Tấm chuyển tiếp được kiểm tra khả năng hàn |
| Loại nền tảng | Khối lớn / Trục sâu | Nền tảng lây lan / cọc siêu nhỏ | Khe bù lún |
| Phản hồi động | Tần số thấp, giảm xóc cao | Tần số cao, giảm xóc thấp | Lắp đặt bộ giảm chấn Stockbridge |
| Bảo vệ chống ăn mòn | Sơn công nghiệp (thường xuống cấp) | Mạ kẽm nhúng nóng (ISO 1461) | Lớp phủ kép (Chủ yếu + Sơn) |
Đoạn độc thoại nội tâm sau đó trôi về phía “Môi trường điện từ” (LÀM) trong khu khai thác mỏ. Khu vực khai thác thường là môi trường có nhiều bụi, nơi các hạt than và các hạt công nghiệp có thể lắng đọng trên dây cách điện, làm giảm đáng kể Điện áp flashover ô nhiễm. Khi chúng tôi sửa đổi tháp khai thác để sử dụng 330kV, thiết kế cách nhiệt không thể tuân theo tiêu chuẩn “Bảng giải phóng mặt bằng.” Chúng ta phải áp dụng các IEC 60815 tiêu chuẩn cho “Ô nhiễm nặng,” có khả năng tăng khoảng cách đường dây bằng cách sử dụng RTV (Nhiệt độ phòng lưu hóa) lớp phủ cao su silicone trên chất cách điện thủy tinh. Hơn nữa, hệ thống nối đất của mỏ là một mê cung kim loại bị chôn vùi; nền tảng của tòa tháp đã sửa đổi phải được tích hợp với lưới mỏ hiện có để đảm bảo “Hệ thống nối đất toàn cầu” điều đó giảm thiểu Điện áp bước và chạm khi có sự cố pha-đất. Đây không chỉ là vấn đề an toàn điện; đó là vấn đề ngăn chặn “Ăn mòn dòng điện đi lạc” trong đó các thành phần DC từ thiết bị khai thác mỏ có thể đẩy nhanh quá trình xuống cấp của nền móng mạ kẽm mới của tòa tháp. Chúng ta phải mô phỏng trở kháng đột biến của mạng phức tạp này, nhận ra rằng “Tiềm năng mặt đất tăng lên” (GPR) trong khu vực khai thác mỏ có thể không đồng nhất một cách đặc biệt do sự hiện diện của các trục kim loại và đường ray bị bỏ hoang.
Trong những giai đoạn sau của quá trình tổng hợp khoa học này, chúng ta phải đối đầu với “Kéo dài tuổi thọ mệt mỏi” của cấu trúc được tái sử dụng. Mỗi vòng gió, mọi biến động nhiệt độ làm cho dây dẫn giãn nở và co lại, thêm một “Tăng sát thương” đến thép khai thác cũ. Chúng tôi sử dụng Quy tắc thiệt hại tuyến tính của Palmgren-Miner để ước tính thời gian sử dụng hữu ích còn lại, nhưng với một cảnh báo quan trọng: cái “Tương tác ăn mòn-mỏi.” Trong môi trường axit hoặc ẩm ướt điển hình của nhiều vùng khai thác, tốc độ phát triển vết nứt mỏi được tăng tốc. Do đó, kế hoạch sửa đổi của chúng tôi phải bao gồm “Giám sát sức khỏe kết cấu” (SHM) hệ thống—cảm biến cách tử Bragg sợi quang hoặc gia tốc kế không dây—cung cấp dữ liệu thời gian thực trên tháp “Chỉ số sức khỏe.” Điều này cho phép chúng ta chuyển từ “Bảo trì phản ứng” ĐẾN “Bảo trì dự đoán,” đó là cách duy nhất để biện minh cho việc tái sử dụng tài sản công nghiệp cũ về mặt kinh tế. Ý tưởng cuối cùng trong phân tích của chúng tôi là việc sửa đổi các tháp khai thác để truyền tải 330kV là một hành động “Cộng sinh công nghiệp,” nơi chất thải của kỷ nguyên khai thác trở thành cơ sở hạ tầng của kỷ nguyên tái tạo, miễn là chúng ta tôn trọng các định luật nghiêm ngặt của cơ học kết cấu và độ ổn định điện hóa.
| Yếu tố môi trường | Tác động lên Tháp Sửa đổi | Biện pháp kỹ thuật giảm thiểu |
| Lún mặt đất | Giải quyết chênh lệch ($>10mm$) | Chân trụ có thể điều chỉnh / Khớp linh hoạt |
| Tích tụ bụi than | Giảm độ bền điện môi | Tăng tỷ lệ đường rò lên $31mm/kV$ |
| Lưu huỳnh khí quyển ($SO_2$) | Ăn mòn điện của mạng | Thi công sơn lót giàu epoxy-kẽm |
| Rung (Vụ nổ khai thác) | Cú sốc cấu trúc tần số cao | Bộ giảm rung động (HAI) |
Cuối cùng, bài viết này lập luận rằng sự thành công về mặt kỹ thuật của việc sửa đổi như vậy phụ thuộc vào “Hội tụ toàn diện” địa kỹ thuật, cấu trúc, và kỹ thuật điện. Chúng ta không thể coi tòa tháp như một thành viên biệt lập; nó là một nút trong một sự dịch chuyển, phong cảnh thở. Bằng cách áp dụng nâng cao Phân tích độ vênh phi tuyến Và Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) cho mô phỏng tải trọng gió, chúng ta có thể biến những trạm gác khai thác thô sơ này thành những ống dẫn công nghệ cao cho mạng lưới hiện đại, đạt được mức giảm chi phí vòng đời gần như 30% so với xây dựng trên cánh đồng xanh đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải carbon của dự án truyền tải.
Để thúc đẩy diễn ngôn này hướng tới cơ chế chi tiết của sự thích ứng về cấu trúc, của chúng tôi “Độc thoại nội tâm” bây giờ phải vật lộn với Sự không hoàn hảo về hình học phi tuyến tính được giới thiệu khi khung khai thác cứng nhắc được tích hợp cưỡng bức vào khung linh hoạt, hệ thống điều chỉnh sức căng của EHV (Điện áp cực cao) đường kẻ. Chúng ta không thể đơn giản coi khung đầu khai thác như một “hộp đen” sự thành lập; chúng ta phải mổ xẻ trạng thái căng thẳng hiện có của nó. Hầu hết các tháp khai thác đã phải chịu đựng sự mệt mỏi ở chu kỳ cao trong nhiều thập kỷ do dao động nâng, có nghĩa là thép — có thể là một biến thể cũ hơn của thép carbon với độ bền thấp hơn — có thể chứa các vết nứt vi mô cận lâm sàng. Khi chúng ta chuyển cấu trúc này sang vai trò truyền tải 330kV, cái “Tải phổ” chuyển từ động dọc sang ngẫu nhiên ngang. Điều này đòi hỏi một Đánh giá cơ học gãy xương (FMA) sử dụng Sơ đồ đánh giá lỗi (HAM MÊ) tiếp cận, đảm bảo rằng dưới sự kiện gió cao điểm kéo dài 50 năm, hệ số cường độ ứng suất tổng hợp tại các chân mối hàn hiện có không vượt quá độ bền đứt gãy của vật liệu. Về cơ bản chúng tôi đang biểu diễn “Phẫu thuật kết cấu,” và của chúng tôi “Dao mổ” là lưới phần tử hữu hạn có độ chính xác cao, trong đó chúng ta phải mô hình hóa các bề mặt tiếp xúc giữa các đinh tán hoặc bu lông cũ và bộ phận bám ma sát cường độ cao mới (HSFG) bu lông.
Dòng suy nghĩ lúc đó chắc chắn sẽ di chuyển đến “Khớp nối đàn hồi” của hội đồng sửa đổi. Bởi vì một tháp khai thác thường có nhiều “cứng hơn” Và “cồng kềnh hơn” hơn một mạng truyền kiểu dáng đẹp, của nó Tỷ lệ độ rắn ($\phi$) cao hơn đáng kể. Điều này có nghĩa là tải trọng gió mà nó chặn không chỉ là chức năng của khu vực thành viên, nhưng lớn “Hiệu ứng che chắn” Và “Đánh thức sự can thiệp” được tạo ra bởi sự sắp xếp cấu trúc dày đặc của nó. Trong mô hình khoa học của chúng tôi, chúng ta phải áp dụng Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) để hình dung các trường áp suất. Chúng ta có thể thấy rằng tòa tháp đã được sửa đổi sẽ tạo ra một “Hiệu ứng Venturi” giữa hai chân của nó, tăng tốc độ gió và tăng áp suất động lên các bó dây dẫn phía dưới. Đây không chỉ là mối quan tâm về cơ cấu; nó là một cái điện. Sự nhiễu loạn gió gia tăng ở mặt tháp có thể dẫn đến Rung động Aeilian trong dây nhảy, cái mà, nếu không bị giảm chấn bởi Stockbridge hoặc miếng đệm, có thể dẫn đến hư hỏng mỏi ở các đầu cực của cách điện 330kV. Chúng ta phải suy ngẫm về “Tỷ lệ giảm xóc” của toàn bộ hệ thống—giảm chấn bên trong cao của khung khai thác (do các khớp lớn của nó) so với độ giảm chấn thấp của đường truyền—và tìm cách hài hòa hai dấu hiệu vật lý khác nhau này.
| Biến sửa đổi | yếu tố quyết định khoa học | Tác động đến hiệu suất 330kV | Dụng cụ phân tích |
| Căng thẳng dư thừa ($\sigma_{độ phân giải}$) | Chu kỳ vận thăng khai thác hàng thập kỷ | Giảm sức mạnh năng suất hiệu quả bằng cách 15-20% | Nhiễu xạ tia X / Kiểm tra siêu âm |
| Tỷ lệ độ rắn ($\phi$) | Gia cố dày đặc của khung khai thác | Tăng mômen cắt và lật đáy | CFD – Mô hình nhiễu loạn RANS |
| Độ cứng xoắn ($ GJ $) | Khung đầu tiêu chuẩn thấp | Nguy cơ “xoắn” dưới tải dây bị đứt | 3D Phân tích đàn hồi phi tuyến tính |
| Trở kháng mặt đất ($Z_g$) | Sự can thiệp kim loại của trục mỏ | Tiềm năng cao “Bước điện áp” mối nguy hiểm | CDEGS – Mô phỏng nối đất |
| Giãn nở nhiệt ($\alpha$) | Giao diện kim loại khác nhau | Ứng suất cục bộ khi chuyển tiếp mối hàn/bu lông | Khớp nối cơ nhiệt (ANSYS) |
Khi chúng ta đi sâu vào Tổng hợp điện hóa và mạ điện, chúng ta phải giải quyết kẻ giết người thầm lặng của tài sản khai thác được tái sử dụng: “Axit hóa công nghiệp” Môi trường khai thác thường có nồng độ lưu huỳnh và oxit nitơ cao ($SO_x$, $KHÔNG_x$), cái mà, khi kết hợp với độ ẩm, tạo màng axit loãng trên bề mặt thép. Nếu tháp sửa đổi của chúng tôi sử dụng kết hợp thép sơn cũ và thép mạ kẽm mới, chúng ta đang vô tình tạo ra một gã khổng lồ Tế bào điện. các “anốt” kẽm mới sẽ tự hy sinh với tốc độ nhanh hơn để bảo vệ “catôt” sắt cũ, dẫn đến sự hư hỏng sớm của hệ thống bảo vệ chống ăn mòn. Để giải quyết vấn đề này, chúng ta phải chỉ định một Hệ thống phủ kép—một lớp chắn epoxy-polyamit hiệu suất cao được áp dụng trên quá trình mạ điện—để “cách nhiệt” tiềm năng kim loại khác nhau. Lời độc thoại nội tâm của chúng ta phải bị ám ảnh bởi Ba điểm mấu chốt của kỹ thuật: Sự an toàn, Tuổi thọ, và tính tuần hoàn tài nguyên. Chúng tôi không chỉ xây dựng một tòa tháp; chúng tôi đang đòi lại một di sản, đảm bảo rằng động năng từng được sử dụng để kéo than khỏi trái đất được thay thế bằng thế năng của các electron chạy qua vai được hồi sinh của nó. Điều này đòi hỏi chúng ta phải xem xét Đánh giá tác động vòng đời (LCIA), chứng minh rằng “Carbon thể hiện” được lưu bằng cách sử dụng lại 200 tấn thép khai thác lớn hơn chi phí carbon của công việc gia cố phức tạp.
Giai đoạn cuối cùng của cuộc tìm hiểu khoa học của chúng ta liên quan đến “Mô hình dự đoán lỗi” của nền móng dễ bị lún. Vì goaf của tôi là một phương tiện phi tuyến tính, chúng ta phải tuyển dụng Mô phỏng Monte Carlo để giải thích sự không chắc chắn về độ cứng của đất. Nếu một “hố sụt” hoặc “Thu gọn vùng” phát triển gần một chân của tháp 330kV đã được sửa đổi của chúng tôi, kết cấu phải có khả năng “Phân phối lại” tải. Chúng tôi xem xét việc thực hiện Hệ thống san lấp mặt bằng đẳng tĩnh—về cơ bản là các kích thủy lực được tích hợp vào chân tháp—có thể được điều chỉnh để “cấp lại” chéo 330kV nếu mặt đất nghiêng vượt quá $5$ độ. Mức độ này “Cơ sở hạ tầng đang hoạt động” là một sự thay đổi mô hình từ “Ổn định thụ động” của thế kỷ 20. Trong kết luận của chúng tôi, chúng tôi khẳng định rằng việc chuyển đổi từ khai thác sang truyền tải không chỉ đơn thuần là một “chắp vá” công việc, nhưng một bài tập phức tạp trong Sự phát triển cấu trúc kiên cường, nơi bóng ma của quá khứ công nghiệp cung cấp sức mạnh cốt lõi cho tương lai năng lượng xanh, miễn là chúng ta tôn trọng cơ chế vô cùng nhỏ của sự mệt mỏi, các đường vô hình của điện trường, và những bãi cát dịch chuyển của thế giới dưới lòng đất.
