EN
Барлығыңызға сәлемет! Менің каналыма қош келдіңіздер! Бүгін біз өзімізге жақын, бірақ тереңірек түсінілмейтін «үлкен адам» туралы — бір құбырлы мұнара туралы сөйлесеміз. Бұл қала ішіндегі 5G базалық станциясы болуы мүмкін, автожолдардың қасындағы электр берілетін құрылыстар немесе алыс аймақтардағы жаңа энергия электр станциялары болуы мүмкін; біз әрқашан оның биік және түзу пішінін көреміз. Көптеген достар қызығушылық танытуы мүмкін: неге осындай, сияқты қарапайым «темір құбыр» жоғары кернеуді беру кезіндегі үлкен жүктемені шыдай алады? және күшті жел, күшті жаңбыр және тіпті жер сілкінісі сияқты қатал орталарда да орнынан қозғалмай тұра ала ма? Бүгін біз бұл мәселені қадамдап талдаймыз және біртүтас құбырлы мұнаралардың құрылымы, материалдары мен жобалауы сияқты көптеген бағыттардан қысымға төзімді болуының сырларын ашамыз. Түсіну оңай, сондықтан инженерлік студент емесіңіз де оны жеңіл түсіне аласыз～
Біріншіден, біз бір ұғымды түсіндіруіміз керек: жалғыз құбырлы башняның көтере алатын «жоғары қысым» дегеніміз — жоғары кернеумен электр берілетін желілердің туғызатын электрлік жүктемесі ғана емес, сонымен қатар жоғары кернеумен электр берілу кезінде пайда болатын механикалық жүктеме — мысалы, сымдардың салмағы, жел жүктемесі, мұз бен қар жүктемесі, сонымен қатар жоғары кернеулі токтың туғызатын электрлік динамикалық әсері. Көптеген адамдар жалғыз құбырлы башня тек «электрлік қысымды» көтереді деп қате түсінеді, ал шындығында ол бірнеше күштің қосындысына қарсы тұруға тиіс. Оның «көтере алуының» себебі — «ғылыми дизайн + жоғары сапалы материалдар + дәл құрылыс» үштігімен қамтамасыз етілуінде, олар өзара ауыстырылмас.
Ең негізгі материалдардан бастап, біртұтас құбырлы башня тек «берік дене» болған жағдайда ғана жоғары қысымға төзеді. Оның әдеттегі болат құбыр екенін ойламаңыз. Шындығында, оның негізгі материалдары — Q355 және Q420 сияқты қатаң таңдалған жоғары беріктіктегі болаттар. Бұл болаттардың созылу беріктігі, сығылу беріктігі және циклдық төзімділігі әдеттегі болаттарға қарағанда әлдеқайда жоғары, сондықтан олар жоғары кернеумен электр энергиясын беру кезінде пайда болатын әртүрлі механикалық кернеулерге жеңіл қарсылық көрсете алады. Мысалы, Q355 болатының аққыштық шегі 355 МПа-дан асады, бұл шамамен 1 см² ауданға 3,5 тонна қысымды көтеруге тең. Бұл не дегенді білдіреді? Бұл саусақ қалыңдығындай болат стерженьге 35 үлкен адам тұра алатынын білдіреді. Тек осындай беріктік ғана жоғары қысымды көтеруге сенімді негіз қалайды.
Бұдан да маңыздырақ, бұл болаттар ылғалдылыққа қарсы арнайы өңдеуден өтеді, мысалы, ыстық батырма цинктеу процесі. Көптеген жоғары кернеулерді беру сценарийлері ашық аспан астында жүзеге асады. Жеке түтікті мұнаралар ұзақ уақыт бойы желге, күнге және жаңбырға ұшырайды, ерекше шарттарда — теңіз жағалауында және ылғалды таулы аймақтарда. Болат оңай қорғасынданады және коррозияға ұшырайды. Коррозияға ұшырағаннан кейін оның беріктігі тез төмендейді және ол жоғары кернеулерді көтере алмайды. Ыстық батырма цинктеу өңдеуі болаттың бетіне тығыз цинк қабатын түзеді, будақтай «қорғаныс киімі» ретінде әсер етіп, ауа мен ылғалдың әсерінен болатты қорғап, коррозияның дамуын тоқтатады және жеке түтікті мұнараның қызмет көрсету мерзімін 30 жылдан асады. Тіпті қиын шарттарда да ол тұрақты беріктікті сақтайды және коррозияға байланысты құрылымдық зақымдануды болдырмауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, Хайнань Вэньчан ұшыру орны мен Антарктида зерттеу станциясы сияқты кейбір арнайы жағдайларда көміртекті талшықпен күшейтілген эпоксидті смола негізіндегі материалдардан жасалған жеке түтікті мұнаралар да қолданылады; олардың салмағы дәстүрлі болат құрылымдардың 1/3-ін ғана құрайды, ал олардың циклдық төзімділігі 10^7 жүктеме циклынан кейін де зақымданбауын қамтамасыз етеді, яғни олар әлдеқайда қатаң жоғары қысым мен қоршаған орта шарттарына төзуге қабілетті.
Жоғары сапалы материалдармен қатар, ғылыми негізделген конструкциялық дизайн да қажет, ол біртұтас тіреуіштердің жоғары қысымға төзімділігі үшін «негізгі код» болып табылады. Біртұтас тіреуіштің ең басты ерекшелігі — «жалғыз негізгі денесі». Бұл қарапайым көрінеді, бірақ шындығында оның құрылысында көптеген дизайнерлік әдістер жасырылған. Біріншіден, оның жалпы құрылымы «жоғарысы жіңішке, төменгісі қалың» деп аталатын конустық дизайнға негізделген. Бұл дизайн тек эстетикалық мақсатта емес, дәл механикалық есептеулер арқылы қолданылады: жоғары кернеудегі электр берілу кезінде сымдардың салмағы, жел жүктемесі және т.б. өте үлкен иілу моментін туғызады. Тіреуіштің табанына қарай иілу моменті ұлғаяды және күш қосылып орналасады. Конустық дизайн тіреуіштің табанындағы қиманың ауданын ұлғайтып, кернеу аймағын кеңейтеді, сондықтан жоғары қысымнан пайда болатын жүктемені таратады және локальды кернеудің артуынан пайда болатын сынғыштықты болдырмауға мүмкіндік береді; ал жоғарғы қиманың ауданы кішірек болуы неғұрлым жеңіл жалпы салмақты қамтамасыз етеді, сонымен қатар жел кедергісін азайтып, күшті желдің тіреуіш денесіне әсерін төмендетеді — бұл бірден екі мақсатқа қызмет етеді.
Екіншіден, біртұтас түтікті мұнараның негізгі денесі — қуысты болат түтік конструкциясы, ол қатты болат түтікке қарағанда көптеген артықшылықтарға ие. Бір жағынан, қуысты конструкция мұнара денесінің салмағын әлдеқайда азайтып, бірақ беріктігін сақтап, фундаментке түсетін жүктемені төмендетеді. Соңдықтан да, көптеген біртұтас түтікті мұнаралардың биіктігі 20–45 метр аралығында, ал ең жоғарғысы ондаған метрге дейін жетеді. Артық салмақ фундаментке үлкен күш түсіреді және жалпы тұрақтылыққа әсер етеді; екінші жағынан, қуысты болат түтіктің бұралуға және иілуге төзімділігі жоғарырақ. Жоғары кернеуді тарату кезінде сымдар көлденең керілу мен бұралу туғызады. Қуысты конструкция осы күштерді тиімдірек шашыратады және мұнара денесінің иілуі немесе бұралуын болдырмауға көмектеседі. Сонымен қатар, көптеген біртұтас түтікті мұнаралардың негізгі денесі көпбөлікті қосылу дизайнын қолданады. Әрбір бөліктің диаметрі мен қалыңдығы кернеу жағдайына сәйкес дәл реттеледі. Қосылатын бөліктер жоғары беріктіктегі болттармен бекітіледі, олардың беріктігі негізгі дененің беріктігінен төмен болмайды, «әлсіз буындар» пайда болуын болдырады және бүкіл мұнара денесін жоғары кернеу жүктемелерін бірлесіп қабылдайтын тұтас кернеу бірлігіне айналдырады.
Негізгі құрылымға қосымша, жеке түтікті мұнараның негізінің жобасы да маңызды рөл атқарады, ол оның «тамырына» тең. Тамыр ғана берік орналасқан кезде ғана ол жоғары қысымға шыдай алады. Көптеген адамдар жеке түтікті мұнараның жер асты бөлігі жер үсті бөлігіне қарағанда күрделірек екенін байқамайды. Оның негізі жазық және терең негіз деп екіге бөлінеді. Қолданылатын нақты тип геологиялық жағдайларға, мұнара биіктігіне және жоғары кернеу жүктемесіне байланысты. Мысалы, геологиялық жағдайлары жақсы жазық аймақтарда мұнара денесінің беретін қысымын негіздің табанын кеңейту арқылы тарату үшін жазық негіз қолданылады, бұл негіздің отыруын болдырмауға көмектеседі; ал геологиялық жағдайлары күрделі таулы және сортаңды аймақтарда терең негіз, мысалы, тіреулер негізі қолданылады. Арматураланған темірбетон тіреулер жердің ондаған метр тереңдігіне дейін соғылады және тау жынысы қабатына берік бекітіледі. Жер сілкінісі мен күйісу сияқты геологиялық апаттар кезінде де ол тұрақты қалады, сондықтан мұнара денесі құлауын болдырмайды және жоғары кернеуді тасымалдау жүктемесін үзіліссіз ұстап тұрады.
Бұл сізге нақты мысал. State Grid ±1100 кВ ЖОК жобасында біртұтас түтікті башняларды кеңінен қолданады. Бұл біртұтас түтікті башнялардың негіздері 35 м/с-ке дейінгі есептік жел жылдамдығы мен VIII дәрежелі жер сілкінісіне төзуге қатал есептелген, олардың жергілікті өндіріс деңгейі 100% құрайды. Юньнань мен Сычуань сияқты Оңтүстік-Батыс провинцияларында су электр станцияларынан электр энергиясын беру желілерін салу кезінде күрделі рельеф үшін әзірленген біріктірілген біртұтас түтікті башнялардың пайдаланылуы жазық аймақтардағы пайдаланылуына қарағанда 19 пайызға жоғары, бұл негіздің жоғары қысымды ұстауға арналған есептеуінің маңыздылығын толық көрсетеді. Сонымен қатар, негіз бен негізгі дене бөлігінің қосылу орнына екі симметриялық айналатын қауіпсіздік тақталары сияқты энергияны шашу қабілеті жоғары материалдардан жасалған арнайы қорғау құрылғысы орнатылады. Сыртқы жүктеме есептік мәннен асып кеткен кезде қауіпсіздік тақталары иіледі, біраз энергияны шашады, негізгі құрылымды зақымданудан қорғайды және жергілікті зақымдану салдарынан башня денесінің жалпы қысымды көтере алмауын болдырмақшы.
Сонымен қатар, біртұтас құбырлы мұнараның кернеуін есепке алу әдісі әртүрлі сыртқы факторларды «жаңбырға дайындалу» мақсатында толықтай ескере отырып жасалады. Мысалы, желдің жүктемесі — біртұтас құбырлы мұнараларға әсер ететін негізгі сыртқы жүктемелердің бірі, әсіресе жағалау аймақтарында желдің жылдамдығы 42 м/с-тан асады. Күшті жел мұнара денесіне үлкен соққы күшін тудырады. Дизайнерлер желдің жылдамдығы мен бағытын әртүрлі аймақтарда дәл есептеп, мұнара денесінің пішінін оптималдандырып, желге қарсы тұруын азайтады — цилиндрлі негізгі құрылымның желге қарсы тұру коэффициенті өте аз болып келеді, сондықтан күшті желдің әсерін тиімді түрде азайтады. Сонымен қатар, мұнараның жоғарғы бөлігіндегі желге қарсы құрылғы мұнараның желге төзімділігін одан әрі арттырады, осылайша күшті желдің жағдайында да мұнара денесі жоғары қысымды тұрақты түрде көтере алады. Сондай-ақ, мұз бен қар жүктемесі де бар. Суық аймақтарда мұз бен қар мұнара денесі мен сымдарға жабысып, мұнара денесінің салмағын арттырады. Дизайнерлер мұздың және қардың жиналу қалыңдығын алдын ала есептеп, мұнара денесінің төзімділік шегін арттырады және мұз бен қардың артық жүктемесінен мұнара денесінің зақымдануын болдырмауға тырысады.
Қосымша материалдарға, құрылысқа және негізге қоса, дәл құрылыс және кейінгі қолданыс кезіндегі ұзақ мерзімді қызмет көрсету де біртұтас құбырлы мұнаралардың жоғары қысымға төтеп беруін қамтамасыз етеді. Құрылыс процесінде әрбір саты қатаң стандарттарға сай орындалады. Мысалы, болаттың кесілуі, дәнекерленуі және қосылуын кәсіби техниктер орындайды, сонда дәнекерленген бөліктердің беріктігі стандартқа сай болады және қосылатын бөліктердегі болттар орындарында тығыз бекітіледі, бұл құрылыс қателерінен туындауы мүмкін мұнараның денесіндегі потенциалды қауіп-қатерлерді болдырмау үшін. Мысалы, дәнекерленген бөліктердегі дәнекерлер қатаң бақылауға ұшырайды, сонда ауа көпіршіктері мен трещиналар сияқты ақаулар болмауы қамтамасыз етіледі; әйтпесе мұнараның денесінің жалпы беріктігі төмендейді және ол жоғары кернеуге төтеп бермейді. Сонымен қатар, біртұтас құбырлы мұнараларды орнату кезінде мұнараның денесі тік орналасуын қамтамасыз ету үшін кәсіби көтергіш жабдықтар қолданылады және еңселік болмауы қамтамасыз етіледі, өйткені еңселі мұнара денесі тегіс емес кернеуге әкеледі және жергілікті кернеу артық болады, бұл уақыт өте келе мұнараның денесін зақымдайды және жоғары кернеуге төтеп беру қабілетін төмендетеді.
Кейінгі техникалық қызмет көрсету де соншалықты маңызды. Қызметкерлер біртұтас құбырлы мұнараны реде түрде тексереді: мысалы, болаттың коррозиясын анықтау, болттардың тығыздығын, мұнара денесінің вертикальдығын және негіздің отыруын бақылау. Егер ақаулар анықталса, олар уақытылы жөндеу мен күшейту жұмыстары арқылы жойылады. Мысалы, Хэнань Пиньгао Электр Топтары компаниясының айналдырғыш станциялардың жобаларында қолданылатын ақылды біртұтас құбырлы мұнарада кернеу бақылау сенсорлары орнатылған, олар мұнара денесінің құрылымдық денсаулығын нақты уақытта бақылайды. Егер кернеуде аномалия пайда болса, құрылымдық зақымдану салдарынан жоғары қысымды көтере алмау қаупін болдырмау үшін уақытылы хабарландыру беріледі. Қытайдың «Тауэр» компаниясы да 2,2 миллион мұнара құрылғысын ұлттық деңгейде динамикалық бақылауға алып, AIoT ақылды басқару платформасын құру арқылы жабдықтардың техникалық қызмет көрсетуіне жауап беру уақытын 2,1 сағатқа қысқартты, бұл біртұтас құбырлы мұнараны әрқашан жағдайы жақсы күйде ұстап, жоғары кернеу жүктемелерін үздіксіз және тұрақты түрде көтеруге кепілдік береді.
Қазірдің өзінде барлығымыз осындай біртұтас құбырлы мұнараның жоғары қысымға төтеп беруі кездейсоқ емес екенін, сонымен қатар оның «қалың және қатты» болуы салдарынан емес, материалдар, құрылым, негіз, құрылыс және жөндеу сияқты бірнеше буынның ғылыми ынтымақтастығы салдарынан екенін түсінген болармыз. Әрбір буын дәл есептеледі және қатал бақыланады, сондықтан бұл көрінісі бойынша қарапайым «темір құбыр» жоғары кернеуді тарату мен байланыс таратуы үшін «тұрақтандырушы ине» бола алады.
Шындығында, біртұтас тіреуіштердің қолданыс аясы барынша кеңейіп келеді. Олар жоғары кернеумен электр энергиясын беру саласында маңызды рөл атқарып қана қоймайды, сонымен қатар 5G базалық станцияларында, ақылды қалалардың құрылысында, жаңа энергетикалық электр станцияларында және басқа да салаларда кеңінен қолданылады. 2023 жылға дейін Қытайдың біртұтас тіреуіштер нарығы 18 млрд юаньды құрады, оның ішінде байланыс саласына 65%, ал электр энергетикасы саласына 30%-дан астам үлес тиесілі; ±1100 кВ ЖЖК (жоғары жиілікті кернеу) жобаларындағы пайдалану деңгейі 34%-ға дейін көтерілді. Қытайдың жаңа инфрақұрылымдық құрылысының дамуымен қатар біртұтас тіреуіштердің технологиясы да үнемі жетілдірілуде. Мысалы, композитті материалдан жасалған біртұтас тіреуіштер мен ақылды біртұтас тіреуіштердің пайда болуы олардың жоғары кернеуге төзімділігін арттырып қана қоймайды, сонымен қатар олар экологиялық таза, энергияны үнемдейтін және ақылды болып келеді.
Соңында қорытындылай келсек, біртұтас түтікті мұнараның жоғары қысымға төзімді болу себебі төрт негізгі нүктеде жатыр: біріншіден, жоғары сапалы, жоғары беріктіктегі болат мұнараның беріктігіне мықты негіз қалайды; екіншіден, ғылыми негізделген конустық қуыс құрылым кернеуді оптималдандырады және жүктемені шашады; үшіншіден, тұрақты негіз дизайны мұнараның денесін тығыз орналастырады; төртіншіден, дәл құрылыс және кейінгі қолданыстағы жөндеу мұнараның денесінің ұзақ мерзімді тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Осы төрт нүктенің қилысуы біртұтас түтікті мұнараны әртүрлі күрделі орталарда жоғары қысымды тұрақты түрде көтеруге және электр берілуі мен байланыс қамтамасыз етуі үшін сенімді қолдау көрсетуге мүмкіндік береді.
Сонымен, бүгінгі видеожурнал осында. Сіздердің барлығыңыз біртұтас түтікті мұнараның неге жоғары қысымға төзімді болатынын түсінгеніңізге сенемін. Егер сізде біртұтас түтікті мұнаралар туралы басқа да сұрақтар болса немесе басқа инфрақұрылымдар туралы ақпарат алғыңыз келсе, пікірлер бөліміне хабар қалдырыңыз, ал келесі ретке дейін қош болыңыз!