Mae deunyddiau cyfansawdd yn gwneud cynnydd o ran adeiladu offer ar gyfer y diwydiant pŵer trydan dŵr.Mae ymchwiliad i gryfder deunyddiau a meini prawf eraill yn datgelu llawer mwy o gymwysiadau, yn enwedig ar gyfer unedau bach a micro.
Mae'r erthygl hon wedi'i gwerthuso a'i golygu yn unol ag adolygiadau a gynhaliwyd gan ddau neu fwy o weithwyr proffesiynol sydd ag arbenigedd perthnasol.Mae'r adolygwyr cymheiriaid hyn yn barnu llawysgrifau am gywirdeb technegol, defnyddioldeb, a phwysigrwydd cyffredinol o fewn y diwydiant trydan dŵr.
Mae'r cynnydd mewn deunyddiau newydd yn darparu cyfleoedd cyffrous i'r diwydiant trydan dŵr.Cafodd pren — a ddefnyddiwyd yn yr olwynion dŵr a’r llifddorau gwreiddiol — ei ddisodli’n rhannol gan gydrannau dur ar ddechrau’r 1800au.Mae dur yn cadw ei gryfder trwy lwytho blinder uchel ac yn gwrthsefyll erydiad a chorydiad cavitation.Mae ei briodweddau yn cael eu deall yn dda ac mae'r prosesau ar gyfer gweithgynhyrchu cydrannau wedi'u datblygu'n dda.Ar gyfer unedau mawr, mae'n debygol y bydd dur yn parhau i fod y deunydd o ddewis.
Fodd bynnag, o ystyried y cynnydd o dyrbinau bach (llai na 10 MW) i ficro-maint (llai na 100 kW), gellir defnyddio cyfansoddion i arbed pwysau a lleihau costau gweithgynhyrchu ac effaith amgylcheddol.Mae hyn yn arbennig o berthnasol o ystyried yr angen parhaus am dwf yn y cyflenwad trydan.Yn ôl astudiaeth yn 2009 gan Norwegian Renewable Energy Partners, dim ond 10% o'r ynni dŵr sy'n ymarferol yn economaidd a 6% o'r ynni dŵr sy'n dechnegol ymarferol yw'r capasiti dŵr gosodedig yn y byd, bron i 800,000 MW.Y potensial i ddod â mwy o'r ynni dŵr sy'n dechnegol ymarferol i faes y cynnydd economaidd ymarferol gyda gallu cydrannau cyfansawdd i ddarparu darbodusrwydd maint.
Gweithgynhyrchu cydrannau cyfansawdd
Er mwyn cynhyrchu'r lloc yn economaidd a chyda chryfder uchel cyson, y dull gorau yw dirwyn ffilament.Mae mandrel mawr wedi'i lapio â thyllau o ffibr sydd wedi'u rhedeg trwy faddon resin.Mae'r tynnu wedi'i lapio mewn patrymau cylch a helical i greu cryfder ar gyfer pwysau mewnol, plygu a thrin hydredol.Mae'r adran canlyniadau isod yn dangos y gost a'r pwysau fesul troedfedd ar gyfer y ddau faint llifddor, yn seiliedig ar ddyfynbris gan gyflenwyr lleol.Dangosodd y dyfynbris fod y trwch dylunio yn cael ei yrru gan ofynion gosod a thrin, yn hytrach na'r llwyth pwysau cymharol isel, ac ar gyfer y ddau roedd yn 2.28 cm.
Ystyriwyd dau ddull gweithgynhyrchu ar gyfer y giatiau wiced a'r asgelloedd aros;layup gwlyb a thrwyth gwactod.Mae gosodiad gwlyb yn defnyddio ffabrig sych, sy'n cael ei drwytho trwy arllwys resin dros y ffabrig a defnyddio rholeri i wthio'r resin i'r ffabrig.Nid yw'r broses hon mor lân â thrwyth gwactod ac nid yw bob amser yn cynhyrchu'r strwythur mwyaf optimized o ran cymhareb ffibr-i-resin, ond mae'n cymryd llai o amser na'r broses trwyth gwactod.Mae trwyth gwactod yn gosod ffibr sych yn y cyfeiriadedd cywir, ac yna caiff y pentwr sych ei fagio dan wactod a gosodir ffitiadau ychwanegol sy'n arwain at gyflenwad resin, sy'n cael ei dynnu i mewn i'r rhan pan fydd y gwactod yn cael ei gymhwyso.Mae'r gwactod yn helpu i gynnal faint o resin ar y lefel orau bosibl ac yn lleihau rhyddhau organig anweddol.
Bydd y cas sgrolio yn defnyddio gosodiad llaw mewn dau hanner ar wahân ar fowld gwrywaidd i sicrhau arwyneb mewnol llyfn.Yna bydd y ddau hanner hyn yn cael eu bondio ynghyd â ffibr wedi'i ychwanegu at y tu allan yn y pwynt bondio i sicrhau cryfder digonol.Nid oes angen cyfansawdd uwch cryfder uchel ar y llwyth pwysau yn yr achos sgrolio, felly bydd gosodiad gwlyb o ffabrig gwydr ffibr gyda resin epocsi yn ddigon.Roedd trwch y cas sgrolio yn seiliedig ar yr un paramedr dylunio â'r penstock.Mae'r uned 250-kW yn beiriant llif echelinol, felly nid oes achos sgrolio.
Mae rhedwr tyrbin yn cyfuno geometreg gymhleth â gofynion llwyth uchel.Mae gwaith diweddar wedi dangos y gellir gweithgynhyrchu cydrannau adeileddol cryfder uchel o SMC prepreg wedi'i dorri gyda chryfder ac anystwythder rhagorol.5 Cynlluniwyd braich grog y Lamborghini Gallardo gan ddefnyddio haenau lluosog o SMC prepreg wedi'i dorri a elwir yn gofannu cyfansawdd, cywasgu wedi'i fowldio. i gynhyrchu'r trwch gofynnol.Gellir cymhwyso'r un dull at y rhedwyr Francis a'r llafn gwthio.Ni ellir gwneud y rhedwr Francis fel un uned, gan y byddai cymhlethdod gorgyffwrdd y llafn yn atal y rhan rhag cael ei dynnu o'r mowld.Felly, mae'r llafnau rhedwr, y goron a'r band yn cael eu cynhyrchu ar wahân ac yna'n cael eu bondio gyda'i gilydd a'u hatgyfnerthu â bolltau trwy'r tu allan i'r goron a'r band.
Er bod y tiwb drafft yn cael ei gynhyrchu'n haws gan ddefnyddio dirwyn ffilament, nid yw'r broses hon wedi'i masnacheiddio gan ddefnyddio ffibrau naturiol.Felly, dewiswyd gosod dwylo, gan fod hwn yn ddull safonol o weithgynhyrchu, er gwaethaf y costau llafur uwch.Gan ddefnyddio llwydni gwrywaidd tebyg i mandrel, gellir cwblhau'r gosodiad gyda'r mowld yn llorweddol ac yna ei droi'n fertigol i wella, gan atal sagio ar un ochr.Bydd pwysau'r rhannau cyfansawdd yn amrywio ychydig yn dibynnu ar faint o resin yn y rhan gorffenedig.Mae'r niferoedd hyn yn seiliedig ar bwysau ffibr 50%.
Cyfanswm pwysau'r tyrbin dur a'r tyrbin 2-MW cyfansawdd yw 9,888 kg a 7,016 kg, yn y drefn honno.Mae'r tyrbinau dur a chyfansawdd 250-kW yn 3,734 kg a 1,927 kg, yn y drefn honno.Mae'r cyfansymiau'n rhagdybio 20 clwyd wiced ar gyfer pob tyrbin a hyd y llifddor yn hafal i ben y tyrbin.Mae'n debygol y byddai'r llifddor yn hirach ac angen ffitiadau, ond mae'r rhif hwn yn rhoi amcangyfrif sylfaenol o bwysau'r uned a'r perifferolion cysylltiedig.Nid yw'r generadur, y bolltau a chaledwedd gweithredu'r giât wedi'u cynnwys a thybir eu bod yn debyg rhwng yr unedau cyfansawdd a dur.Mae'n werth nodi hefyd y byddai'r ailgynllunio rhedwr sy'n ofynnol i gyfrif am grynodiadau straen a welir yn y FEA yn ychwanegu pwysau at yr unedau cyfansawdd, ond rhagdybir bod y swm yn fach iawn, tua 5 kg i gryfhau pwyntiau â chrynodiad straen.
Gyda’r pwysau a roddwyd, gallai’r tyrbin cyfansawdd 2-MW a’i lifddo gael eu codi gan y Gweilch y Pysgod V-22 cyflym, tra byddai angen hofrennydd rotor deuol Chinook arafach a llai symudadwy ar gyfer y peiriant dur.Hefyd, gallai'r tyrbin cyfansawdd 2-MW a'r gorlan gael eu tynnu gan F-250 4 × 4, tra byddai angen tryc mwy ar yr uned ddur a fyddai'n anodd ei symud ar ffyrdd coedwig pe bai'r gosodiad yn anghysbell.
Casgliadau
Mae'n ymarferol adeiladu tyrbinau o ddeunyddiau cyfansawdd, a gwelwyd gostyngiad pwysau o 50% i 70% o'i gymharu â chydrannau dur confensiynol.Gall y pwysau llai ganiatáu i dyrbinau cyfansawdd gael eu gosod mewn lleoliadau anghysbell.Yn ogystal, nid oes angen offer weldio ar gyfer cydosod y strwythurau cyfansawdd hyn.Mae'r cydrannau hefyd yn ei gwneud yn ofynnol i lai o rannau gael eu bolltio gyda'i gilydd, oherwydd gellir gwneud pob darn mewn un neu ddwy adran.Yn y rhediadau cynhyrchu bach a fodelwyd yn yr astudiaeth hon, cost y mowldiau ac offer eraill sy'n dominyddu cost y gydran.
Mae'r rhediadau bach a nodir yma yn dangos faint fyddai'n ei gostio i ddechrau ymchwil pellach i'r deunyddiau hyn.Gall yr ymchwil hwn fynd i'r afael ag erydiad cavitation a diogelu UV y cydrannau ar ôl eu gosod.Efallai y bydd modd defnyddio haenau elastomer neu seramig i leihau cavitation neu sicrhau bod y tyrbin yn rhedeg yn y systemau llif a phen sy'n atal cavitation rhag digwydd.Bydd yn bwysig profi a datrys y materion hyn a materion eraill i sicrhau bod yr unedau'n gallu cyflawni dibynadwyedd tebyg i dyrbinau dur, yn enwedig os ydynt i'w gosod mewn ardaloedd lle na fydd gwaith cynnal a chadw yn digwydd yn aml.
Hyd yn oed ar y rhediadau bach hyn, gall rhai cydrannau cyfansawdd fod yn gost-effeithiol oherwydd y llai o lafur sydd ei angen ar gyfer gweithgynhyrchu.Er enghraifft, byddai cas sgrolio ar gyfer uned 2-MW Francis yn costio $80,000 i'w weldio o ddur o'i gymharu â $25,000 ar gyfer gweithgynhyrchu cyfansawdd.Fodd bynnag, gan dybio bod rhedwyr tyrbinau wedi'u dylunio'n llwyddiannus, mae'r gost ar gyfer mowldio'r rhedwyr cyfansawdd yn fwy na chydrannau dur cyfatebol.Byddai'r rhedwr 2-MW yn costio tua $23,000 i weithgynhyrchu dur, o'i gymharu â $27,000 o ddeunydd cyfansawdd.Gall costau amrywio fesul peiriant.A byddai'r gost ar gyfer cydrannau cyfansawdd yn gostwng yn sylweddol ar rediadau cynhyrchu uwch pe gellid ailddefnyddio mowldiau.
Mae ymchwilwyr eisoes wedi ymchwilio i adeiladu rhedwyr tyrbinau o ddeunyddiau cyfansawdd.8 Fodd bynnag, nid oedd yr astudiaeth hon yn mynd i'r afael ag erydiad ceudod ac ymarferoldeb adeiladu.Y cam nesaf ar gyfer tyrbinau cyfansawdd yw dylunio ac adeiladu model ar raddfa a fydd yn caniatáu prawf o ddichonoldeb a darbodusrwydd gweithgynhyrchu.Yna gellir profi'r uned hon i bennu effeithlonrwydd a chymhwysedd, yn ogystal â dulliau ar gyfer atal erydiad cavitation gormodol.
Amser postio: Chwefror-15-2022
