Komponitaj materialoj progresas en konstruado de ekipaĵoj por la industrio de akvoenergio.Esploro pri materiala forto kaj aliaj kriterioj rivelas multe pli da aplikoj, precipe por malgrandaj kaj mikrounuoj.
Ĉi tiu artikolo estis taksita kaj redaktita laŭ recenzoj faritaj de du aŭ pli da profesiuloj, kiuj havas koncernan kompetentecon.Tiuj kolegaj recenzistoj juĝas manuskriptojn por teknika precizeco, utileco kaj totala graveco ene de la hidrelektra industrio.
La pliiĝo de novaj materialoj disponigas ekscitajn ŝancojn por la hidrelektra industrio.Ligno - uzita en la originaj akvoradoj kaj akvokonduktiloj - estis anstataŭita delvis per ŝtalkomponentoj en la fruaj 1800-aj jaroj.Ŝtalo konservas sian forton per alta laceca ŝarĝo kaj rezistas kavitacian erozion kaj korodon.Ĝiaj propraĵoj estas bone komprenitaj kaj la procezoj por fabrikado de komponantoj estas bone evoluintaj.Por grandaj unuoj, ŝtalo verŝajne restos la elektebla materialo.
Tamen, surbaze de la pliiĝo de malgrandaj (sub 10 Mw) ĝis mikro-grandaj (sub 100 kW) turbinoj, kunmetaĵoj povas esti uzitaj por ŝpari pezon kaj redukti produktadkoston kaj median efikon.Ĉi tio estas precipe grava pro la daŭra bezono de kresko en elektroprovizo.La instalita monda akvokapacito, preskaŭ 800,000 Mw laŭ studo de 2009 de Norwegian Renewable Energy Partners, estas nur 10% de la ekonomie realigebla kaj 6% de la teknike realigebla akvoenergio.La potencialo alporti pli de la teknike realigebla hidro en la sferon de ekonomie realigeblaj pliiĝoj kun la kapablo de sintezaj komponentoj disponigi ekonomion de skalo.
Fabrikado de komponaĵoj
Por fabriki la dopon ekonomie kaj kun konsekvenca alta forto, la plej bona metodo estas filamenta bobenado.Granda mandrilo estas envolvita per stupoj el fibro kiuj estis kuritaj tra rezina bano.La stupoj estas enpakitaj en ringo kaj helikformaj ŝablonoj por krei forton por interna premo, longituda fleksado kaj manipulado.La rezultsekcio malsupre montras la koston kaj pezon po piedo por la du grandoj de kanalo, surbaze de citaĵo de lokaj provizantoj.La citaĵo montris ke la dezajnodikeco estis movita per instalaĵo kaj pritraktado postuloj, prefere ol la relative malaltprema ŝarĝo, kaj por ambaŭ ĝi estis 2.28 cm.
Du produktadmetodoj estis pripensitaj por la pordetpordegoj kaj restadmontriloj;malseka layup kaj vakua infuzaĵo.Malseka aranĝo uzas sekan ŝtofon, kiu estas impregnita verŝante rezinon super la ŝtofon kaj uzante rulpremilojn por puŝi la rezinon en la ŝtofon.Ĉi tiu procezo ne estas tiel pura kiel vakua infuzaĵo kaj ne ĉiam produktas la plej optimumigitan strukturon laŭ fibro-al-rezino-proporcio, sed ĝi prenas malpli da tempo ol la vakua infuzaĵo.Vakuinfuzaĵo metas supren sekan fibron en la ĝustaj orientiĝoj, kaj la seka stako tiam estas vakuo ensakigita kaj ekstraj armaturo estas alkroĉitaj kiuj kondukas al rezina provizo, kiu estas tirita en la parton kiam la vakuo estas aplikita.La vakuo helpas konservi la kvanton de rezino je optimuma nivelo kaj reduktas la liberigon de volatilaj organikoj.
La rulokazo uzos manon en du apartaj duonoj sur maskla ŝimo por certigi glatan internan surfacon.Ĉi tiuj du duonoj tiam estos kunligitaj kun fibro aldonita al la ekstero ĉe la ligopunkto por certigi adekvatan forton.La prema ŝarĝo en la rulaĵujo ne postulas alt-fortan altnivelan kunmetaĵon, do malseka aranĝo de vitrofibroŝtofo kun epoksia rezino estos sufiĉa.La dikeco de la volvlibrokazo estis bazita sur la sama dezajnoparametro kiel la kanalo.La 250-kW-unuo estas aksa fluo-maŝino, do ne ekzistas rulokazo.
Turbinkuristo kombinas kompleksan geometrion kun altaj ŝarĝpostuloj.Lastatempa laboro pruvis, ke alt-fortaj strukturaj komponentoj povas esti fabrikitaj el hakita prepreg SMC kun bonega forto kaj rigideco.5 La pendbrako de la Lamborghini Gallardo estis dizajnita uzante multoblajn tavolojn de hakita prepreg SMC konata kiel forĝita kunmetaĵo, kunprema muldita. por produkti la bezonatan dikecon.La sama metodo povas esti aplikita al la Francis kaj helicokuristoj.La Francis-kuristo ne povas esti farita kiel unu unuo, ĉar la komplekseco de la klingointerkovro malhelpus la parton esti eltirita de la ŝimo.Tiel, la kurulklingoj, krono kaj bando estas fabrikitaj aparte kaj tiam kunligitaj kaj plifortikigitaj per rigliloj tra la ekstero de la krono kaj bendo.
Dum la skiztubo estas plej facile produktita uzante filamentan bobenadon, tiu procezo ne estis komercigita uzante naturajn fibrojn.Tiel oni elektis manon, ĉar ĉi tio estas norma metodo de fabrikado, malgraŭ la pli altaj laborkostoj.Uzante masklan ŝimon similan al mandrilo, la aranĝo povas esti kompletigita kun la ŝimo horizontala kaj tiam turnita vertikala por kuraci, malhelpante malleviĝon sur unu flanko.La pezo de la kunmetitaj partoj varias iomete depende de la kvanto de rezino en la finita parto.Ĉi tiuj nombroj baziĝas sur 50% fibra pezo.
La totalaj pezoj por la ŝtalo kaj kunmetaĵo 2-MW turbino estas 9,888 kg kaj 7,016 kg, respektive.La 250-kW ŝtalo kaj kunmetitaj turbinoj estas 3,734 kg kaj 1,927 kg, respektive.La totaloj supozas 20 pordetajn pordegojn por ĉiu turbino kaj konduklongon egala al la kapo de la turbino.Estas verŝajne ke la kanalo estus pli longa kaj postulus ekipaĵon, sed tiu nombro donas bazan takson de la pezo de la unuo kaj rilataj periferioj.La generatoro, rigliloj kaj pordega aktiviga aparataro ne estas inkluditaj kaj supozeble estas similaj inter la kunmetitaj kaj ŝtalunuoj.Estas ankaŭ notinde, ke la restrukturado de kuristo postulata por respondeci pri streĉaj koncentriĝoj viditaj en la FEA aldonus pezon al la kunmetitaj unuoj, sed la kvanto supozeble estas minimuma, je la ordo de 5 kg por plifortigi punktojn kun streĉa koncentriĝo.
Kun la antaŭfiksitaj pezoj, la 2-MW sinteza turbino kaj ĝia kanalo povus esti levitaj per la rapida V-22 Osprey, dum la ŝtalmaŝino postulus pli malrapidan, malpli manovreblan Ĉinuk-ĝemelan rotorhelikopteron.Ankaŭ, la 2-MW sinteza turbino kaj kanalo povus esti trenitaj per F-250 4×4, dum la ŝtalunuo postulus pli grandan kamionon kiu malfacilus manovri sur arbarvojoj se la instalaĵo estus malproksima.
Konkludoj
Estas fareble konstrui turbinojn el kompozitaj materialoj, kaj pezoredukto de 50% ĝis 70% estis vidita komparite kun konvenciaj ŝtalkomponentoj.La reduktita pezo povas permesi al sintezaj turbinoj esti instalitaj en malproksimaj lokoj.Krome, kunigo de ĉi tiuj kunmetitaj strukturoj ne postulas veldan ekipaĵon.La komponentoj ankaŭ postulas malpli da partoj esti boltitaj kune, ĉar ĉiu peco povas esti farita en unu aŭ du sekcioj.Ĉe la malgrandaj produktadkuroj modeligitaj en ĉi tiu studo, la kosto de la muldiloj kaj alia ilaro dominas la komponentkoston.
La malgrandaj kuroj indikitaj ĉi tie montras, kion kostus komenci plian esploradon pri ĉi tiuj materialoj.Ĉi tiu esplorado povas trakti cavitadan erozion kaj UV-protekton de la komponantoj post instalado.Povas esti eble uzi elastomero aŭ ceramikaj tegaĵoj por redukti kavitacion aŭ certigi ke la turbino funkcias en la fluo kaj kapreĝimoj kiuj malhelpas kavitacion de okazado.Gravos provi kaj solvi ĉi tiujn kaj aliajn problemojn por certigi, ke la unuoj povas atingi similan fidindecon al ŝtalturbinoj, precipe se ili estas instalitaj en lokoj kie prizorgado estos malofta.
Eĉ ĉe ĉi tiuj malgrandaj kuroj, iuj komponaĵoj povas esti kostefikaj pro la malpliigita laboro necesa por fabrikado.Ekzemple, volvlibrokazo por la 2-MW Francis-unuo kostus 80,000 USD por esti veldita de ŝtalo komparite kun 25,000 USD por kunmetaĵfabrikado.Tamen, supozante sukcesan dezajnon de turbinkuriloj, la kosto por muldado de la sintezaj kuriloj estas pli ol ekvivalentaj ŝtalkomponentoj.La 2-MW-kuristo kostus proksimume 23,000 USD por produkti el ŝtalo, komparite kun 27,000 USD de kunmetaĵo.Kostoj povas varii laŭ maŝino.Kaj la kosto por kunmetitaj komponantoj malpliiĝus konsiderinde ĉe pli altaj produktadperiodoj se ŝimoj povus esti recikligitaj.
Esploristoj jam esploris la konstruadon de turbinkuriloj el kunmetitaj materialoj.8 Tamen, ĉi tiu studo ne traktis kavitacian erozion kaj la fareblecon de konstruado.La sekva paŝo por sintezaj turbinoj estas desegni kaj konstrui skalmodelon, kiu permesos pruvon de farebleco kaj ekonomio de fabrikado.Ĉi tiu unuo povas tiam esti provita por determini efikecon kaj aplikeblecon, same kiel metodojn por malhelpi troan kavitacian erozion.
Afiŝtempo: Feb-15-2022
