Ang mga komposit nga materyales nag-uswag sa pagtukod sa mga kagamitan alang sa industriya sa hydroelectric power.Ang usa ka imbestigasyon sa materyal nga kalig-on ug uban pang mga criteria nagpadayag sa daghan pa nga mga aplikasyon, ilabi na alang sa gagmay ug micro units.
Kini nga artikulo gisusi ug gi-edit subay sa mga pagrepaso nga gihimo sa duha o daghan pa nga mga propesyonal nga adunay kalabutan nga kahanas.Kini nga mga kauban nga tigrepaso naghukom sa mga manuskrito alang sa teknikal nga katukma, kapuslanan, ug kinatibuk-ang importansya sulod sa industriya sa hydroelectric.
Ang pagsaka sa bag-ong mga materyales naghatag kulbahinam nga mga oportunidad alang sa industriya sa hydroelectric.Kahoy - gigamit sa orihinal nga mga waterwheels ug penstocks - gipulihan sa usa ka bahin pinaagi sa steel component sa unang bahin sa 1800s.Ang asero nagpabilin ang kalig-on niini pinaagi sa taas nga pagkarga sa kakapoy ug gipugngan ang pagkaguba sa cavitation ug kaagnasan.Ang mga kabtangan niini nasabtan pag-ayo ug ang mga proseso alang sa paghimo sa mga sangkap maayo nga naugmad.Alang sa dagkong mga yunit, ang puthaw lagmit magpabilin nga materyal nga kapilian.
Apan, tungod sa pagsaka sa gagmay (ubos sa 10 MW) ngadto sa micro-sized (ubos sa 100 kW) turbines, ang mga composite mahimong gamiton aron makadaginot sa gibug-aton ug makapamenos sa gasto sa paggama ug epekto sa kinaiyahan.Kini ilabinang may kalabotan tungod sa padayong panginahanglan sa pag-uswag sa suplay sa kuryente.Ang na-install nga world hydro capacity, halos 800,000 MW sumala sa usa ka 2009 nga pagtuon sa Norwegian Renewable Energy Partners, 10% lamang sa ekonomikanhon nga mahimo ug 6% sa teknikal nga mahimo nga hydropower.Ang potensyal sa pagdala sa mas daghan sa teknikal nga mahimo nga hydro ngadto sa gingharian sa ekonomikanhon mahimo nga pagtaas uban sa abilidad sa composite components sa paghatag og ekonomiya sa sukod.
Paggama sa komposisyon nga sangkap
Aron mahimo ang penstock nga ekonomikanhon ug adunay makanunayon nga taas nga kalig-on, ang labing kaayo nga paagi mao ang filament winding.Ang usa ka dako nga mandrel giputos sa mga tow sa fiber nga gipaagi sa usa ka resin bath.Ang mga tows giputos sa hoop ug helical patterns aron makamugna og kusog alang sa internal pressure, longhitudinal bending ug handling.Ang resulta nga seksyon sa ubos nagpakita sa gasto ug gibug-aton matag tiil alang sa duha ka gidak-on sa penstock, base sa usa ka kinutlo gikan sa lokal nga mga suppliers.Gipakita sa kinutlo nga ang gibag-on sa disenyo gimaneho sa mga kinahanglanon sa pag-install ug pagdumala, imbes sa medyo ubos nga pressure load, ug alang sa duha kini 2.28 cm.
Duha ka mga paagi sa paggama ang gikonsiderar alang sa mga ganghaan sa wicket ug mga stay vane;basa nga layup ug vacuum infusion.Ang basa nga layup naggamit ug uga nga tela, nga impregnated pinaagi sa pagbubo ug resin sa tela ug gamit ang mga roller aron itulod ang resin ngadto sa panapton.Kini nga proseso dili ingon ka limpyo sama sa vacuum infusion ug dili kanunay nga makahimo sa pinaka-optimized nga istruktura sa mga termino sa fiber-to-resin ratio, apan nagkinahanglan kini og gamay nga panahon kaysa sa vacuum infusion nga proseso.Ang pagpuga sa vacuum nagbutang ug uga nga lanot sa husto nga mga oryentasyon, ug ang uga nga stack dayon gisudlan sa vacuum ug gilakip ang mga dugang nga kagamitan nga nagdala sa usa ka suplay sa resin, nga giguyod sa bahin kung gipadapat ang vacuum.Ang vacuum makatabang sa pagpadayon sa gidaghanon sa resin sa usa ka kamalaumon nga lebel ug makunhuran ang pagpagawas sa dali nga mga organiko.
Ang scroll case mogamit ug hand layup sa duha ka separado nga halves sa laki nga hulmahan para masiguro ang hapsay nga sulod nga nawong.Kining duha ka katunga igapos unya uban sa fiber nga idugang sa gawas sa bonding point aron masiguro ang igong kusog.Ang pressure load sa scroll case wala magkinahanglan og high-strength advanced composite, mao nga ang basa nga layup sa fiberglass fabric nga adunay epoxy resin igo na.Ang gibag-on sa scroll case gibase sa parehas nga parameter sa disenyo sama sa penstock.Ang 250-kW nga yunit usa ka axial flow machine, mao nga walay scroll case.
Ang usa ka turbine runner naghiusa sa usa ka komplikado nga geometry nga adunay taas nga mga kinahanglanon sa pagkarga.Gipakita sa bag-o nga trabaho nga ang high-strength structural component mahimong magama gikan sa tinadtad nga prepreg SMC nga adunay maayo kaayong kalig-on ug katig-a.5 Ang suspension arm sa Lamborghini Gallardo gidisenyo gamit ang daghang mga layer sa usa ka tinadtad nga prepreg SMC nga nailhan isip forged composite, compression molded. sa paghimo sa gikinahanglan nga gibag-on.Ang sama nga pamaagi mahimong magamit sa Francis ug propeller runners.Ang Francis runner dili mahimo nga usa ka yunit, tungod kay ang pagkakomplikado sa blade nga nagsapaw makapugong sa bahin nga makuha gikan sa agup-op.Sa ingon, ang mga runner blades, korona ug banda gihimo nga gilain ug dayon gihiusa ug gipalig-on sa mga bolts sa gawas sa korona ug banda.
Samtang ang draft tube labing dali nga gihimo gamit ang filament winding, kini nga proseso wala gi-komersyal gamit ang natural nga mga lanot.Busa, gipili ang hand layup, tungod kay kini ang standard nga pamaagi sa paghimo, bisan pa sa mas taas nga gasto sa pagtrabaho.Pinaagi sa paggamit sa usa ka laki nga agup-op nga susama sa usa ka mandrel, ang layup mahimong makompleto sa agup-op nga pinahigda ug dayon ibalik nga bertikal aron matambalan, nga mapugngan ang pagkalubog sa usa ka kilid.Ang gibug-aton sa mga composite nga mga bahin magkalahi gamay depende sa gidaghanon sa resin sa nahuman nga bahin.Kini nga mga numero gibase sa 50% nga gibug-aton sa fiber.
Ang kinatibuk-ang gibug-aton alang sa steel ug composite 2-MW turbine maoy 9,888 kg ug 7,016 kg, matag usa.Ang 250-kW steel ug composite turbines maoy 3,734 kg ug 1,927 kg, matag usa.Ang mga kinatibuk-an nag-angkon nga 20 ka mga ganghaan sa wicket alang sa matag turbine ug usa ka penstock ang gitas-on nga katumbas sa ulo sa turbine.Lagmit nga ang penstock mas taas ug nanginahanglan mga kasangkapan, apan kini nga numero naghatag usa ka sukaranan nga pagbanabana sa gibug-aton sa yunit ug kaubang mga peripheral.Ang generator, bolts ug gate actuating hardware wala giapil ug gituohan nga susama sa mga composite ug steel units.Angayan usab nga matikdan nga ang pagdesinyo pag-usab sa runner nga gikinahanglan sa pag-asoy sa mga konsentrasyon sa stress nga makita sa FEA makadugang sa gibug-aton sa mga composite unit, apan ang kantidad gituohan nga gamay, sa han-ay sa 5 kg aron mapalig-on ang mga punto nga adunay konsentrasyon sa stress
Uban sa gihatag nga gibug-aton, ang 2-MW composite turbine ug ang penstock niini mahimong maalsa pinaagi sa paspas nga V-22 Osprey, samtang ang steel machine magkinahanglan ug mas hinay, dili kaayo mamaniobra nga Chinook twin rotor helicopter.Usab, ang 2-MW composite turbine ug penstock mahimong iguyod sa usa ka F-250 4×4, samtang ang steel unit magkinahanglan ug mas dako nga trak nga maglisod sa pagmaniobra sa mga dalan sa lasang kon layo ang instalasyon.
Mga konklusyon
Posible ang paghimo og mga turbine gikan sa mga komposit nga materyales, ug ang pagkunhod sa gibug-aton nga 50% hangtod 70% nakita kung itandi sa naandan nga mga sangkap sa asero.Ang pagkunhod sa gibug-aton makatugot sa mga composite turbine nga ma-install sa hilit nga mga lokasyon.Dugang pa, ang pag-assemble sa kini nga mga komposit nga istruktura wala magkinahanglan mga kagamitan sa welding.Ang mga sangkap usab nanginahanglan labi ka gamay nga mga bahin nga i-bolted, tungod kay ang matag piraso mahimo nga usa o duha nga mga seksyon.Sa gagmay nga mga dagan sa produksiyon nga gimodelo sa kini nga pagtuon, ang gasto sa mga agup-op ug uban pang tooling naghari sa gasto sa sangkap.
Ang gagmay nga mga dagan nga gipakita dinhi nagpakita kung unsa ang gasto sa pagsugod sa dugang nga panukiduki sa kini nga mga materyal.Kini nga panukiduki makatubag sa cavitation erosion ug UV nga proteksyon sa mga sangkap human sa pag-instalar.Mahimong posible nga gamiton ang elastomer o ceramic coatings aron makunhuran ang cavitation o masiguro nga ang turbine modagan sa agos ug ulo nga mga rehimen nga makapugong sa cavitation nga mahitabo.Mahinungdanon nga sulayan ug sulbaron kini ug uban pa nga mga isyu aron masiguro nga ang mga yunit makab-ot ang parehas nga kasaligan sa mga turbin nga puthaw, labi na kung kini i-install sa mga lugar diin ang pagmentinar dili kanunay.
Bisan sa kini nga gagmay nga mga dagan, ang pipila nga mga komposit nga sangkap mahimong epektibo sa gasto tungod sa pagkunhod sa trabaho nga gikinahanglan alang sa paghimo.Pananglitan, ang usa ka scroll case alang sa 2-MW Francis unit mokantidad ug $80,000 nga i-welded gikan sa steel kumpara sa $25,000 para sa composite nga paggama.Bisan pa, kung ang usa ka malampuson nga disenyo sa mga runner sa turbine, ang gasto sa pag-umol sa mga composite runners labaw pa sa katumbas nga mga sangkap sa asero.Ang 2-MW runner mokantidad ug mga $23,000 sa paggama gikan sa steel, itandi sa $27,000 gikan sa composite.Ang mga gasto mahimong magkalainlain sa makina.Ug ang gasto sa mga composite nga sangkap mous-os pag-ayo sa mas taas nga produksiyon kung magamit pag-usab ang mga agup-op.
Giimbestigahan na sa mga tigdukiduki ang pagtukod sa mga turbine runner gikan sa mga composite nga materyales.8 Bisan pa, kini nga pagtuon wala magtubag sa pagbanlas sa cavitation ug ang posibilidad sa pagtukod.Ang sunod nga lakang alang sa mga composite turbines mao ang pagdesinyo ug paghimo og usa ka scale model nga magtugot sa pruweba sa feasibility ug ekonomiya sa paghimo.Ang kini nga yunit mahimo’g masulayan aron mahibal-an ang kaepektibo ug magamit, ingon man mga pamaagi aron mapugngan ang sobra nga pagbanlas sa cavitation.
Oras sa pag-post: Peb-15-2022
