Material konposatuak energia hidroelektrikoko industriarako ekipamenduen eraikuntzan aurrera egiten ari dira.Materialaren erresistentziari eta beste irizpide batzuei buruzko ikerketa batek askoz aplikazio gehiago erakusten ditu, bereziki unitate txiki eta mikroetarako.
Artikulu hau esperientzia garrantzitsua duten bi profesionalek edo gehiagok egindako berrikuspenen arabera ebaluatu eta editatu da.Berdinen ebaluatzaile hauek eskuizkribuak zehaztasun teknikoa, erabilgarritasuna eta industria hidroelektrikoaren barnean duen garrantzia orokorragatik epaitzen dituzte.
Material berrien gorakadak aukera zirraragarriak eskaintzen dizkio industria hidroelektrikoari.Egurra —jatorrizko ur-gurpiletan eta zuloetan erabiltzen zen— altzairuzko osagaiek ordezkatu zuten neurri batean 1800eko hamarkadaren hasieran.Altzairuak bere indarra mantentzen du neke-karga handiaren bidez eta cavitation-aren higadurari eta korrosioari aurre egiten dio.Bere propietateak ondo ulertzen dira eta osagaiak fabrikatzeko prozesuak ondo garatuta daude.Unitate handietarako, ziurrenik altzairua izango da aukeratutako materiala.
Hala ere, turbina txikiak (10 MW-tik beherakoak) mikro-tamainakoak (100 kW-tik beherakoak) igo direla ikusita, konpositeak erabil daitezke pisua aurrezteko eta fabrikazio kostua eta ingurumen-inpaktua murrizteko.Hori bereziki garrantzitsua da elektrizitate-horniduraren etengabeko hazkundearen beharra ikusita.Instalatutako munduko potentzia hidraulikoa, ia 800.000 MW-koa, 2009ko Norwegian Renewable Energy Partners-ek egindako ikerketa baten arabera, ekonomikoki bideragarria den energia hidraulikoaren % 10 eta teknikoki bideragarria denaren % 6 baino ez da.Teknikoki bideragarria den hidroelektrikoa gehiago ekartzeko potentziala ekonomikoki bideragarrien eremura areagotzen da osagai konposatuen eskala-ekonomia emateko gaitasunarekin.
Osagai konposatuen fabrikazioa
Penstocka modu ekonomikoan eta sendotasun handiarekin fabrikatzeko, metodorik onena harizpien harilkatzea da.Mandril handi bat erretxina-bainu batetik igarotako zuntz-atoiekin bilduta dago.Atoiak uztai eta helikoide-ereduetan bilduta daude barne-presioa, luzetarako tolestura eta manipulaziorako indarra sortzeko.Beheko emaitzen atalak oin bakoitzeko kostua eta pisua erakusten ditu bi karga-tamainen, tokiko hornitzaileen aurrekontuan oinarrituta.Aipamenak erakusten zuen diseinuaren lodiera instalazio eta manipulazio eskakizunek gidatzen zutela, presio nahiko baxuko kargak baino, eta bietarako 2,28 cm-koa zen.
Bi fabrikazio-metodo kontuan hartu ziren ate-atarietarako eta euskarrietarako;geruza hezea eta hutsean infusioa.Leku hezeak ehun lehorra erabiltzen du, erretxina ehunaren gainean isuriz eta arrabolak erabiliz erretxina ehunera bultzatzeko.Prozesu hau ez da hutsean infusioa bezain garbia eta ez du beti egitura optimizatuena sortzen zuntz-erretxina erlazioari dagokionez, baina hutsean infusio prozesuak baino denbora gutxiago behar du.Hutseko infusioak zuntz lehorra orientazio egokietan jartzen du, eta pila lehorra hutsean sartzen da eta osagarri gehigarriak eransten dira, erretxina hornikuntzara eramaten dutenak, hutsean aplikatzean piezara sartzen dena.Hutsak erretxina kantitatea maila optimoan mantentzen laguntzen du eta organiko lurrunkorren askapena murrizten du.
Korritu-zorroak eskua bi zati bereizietan erabiliko du molde gizonezko batean, barruko gainazal leuna bermatzeko.Ondoren, bi erdi hauek elkarrekin lotuko dira lotura puntuan kanpoaldera gehitutako zuntzarekin, sendotasun egokia ziurtatzeko.Sroll-kasuaren presio-kargak ez du indar handiko konposite aurreratu bat behar, beraz, nahikoa izango da beira-zuntzezko ehuna epoxi-erretxina duen geruza bustia.Korritu-kasuaren lodiera saguaren diseinu-parametro berean oinarritzen zen.250 kW-ko unitatea fluxu axialeko makina bat da, beraz, ez dago korritze kasurik.
Turbina-ibilgailu batek geometria konplexua eta karga-eskakizun handiak konbinatzen ditu.Azken lanek frogatu dute erresistentzia handiko osagai estrukturalak txikitutako prepreg SMC batetik fabrikatu daitezkeela, sendotasun eta zurruntasun bikainarekin.5 Lamborghini Gallardo-ren esekidura-besoa konpresio-moldeatutako forjatu den prepreg txikitutako SMC baten geruza anitz erabiliz diseinatu zen. behar den lodiera ekoizteko.Metodo bera aplika dakioke Francis eta helizeko korrikalariei.Francis runner ezin da unitate bakarrean egin, palan gainjartzearen konplexutasunak pieza moldetik ateratzea eragotziko bailuke.Horrela, lasterkariak, koroa eta banda bereizita fabrikatzen dira eta, ondoren, elkarrekin lotzen dira eta torlojuekin sendotzen dira koroaren eta bandaren kanpoaldetik.
Zirriborro-hodia harizpi-harizpien bidez errazen fabrikatzen den arren, prozesu hau ez da zuntz naturalak erabiliz merkaturatu.Horrela, eskuz geruzatzea aukeratu zen, hau fabrikatzeko metodo estandarra baita, lan-kostu handiagoak izan arren.Mandril baten antzeko molde arra erabiliz, moldea horizontalarekin osa daiteke eta, ondoren, bertikalean bira daiteke sendatzeko, alde batetik ahultzea saihestuz.Piezen konposatuen pisua apur bat aldatuko da amaitutako piezaren erretxina kopuruaren arabera.Zenbaki hauek % 50 zuntz pisuan oinarritzen dira.
Altzairuzko eta konpositezko 2 MWko turbinaren pisu osoa 9.888 kg eta 7.016 kg dira, hurrenez hurren.250 kW-ko altzairuzko eta konpositezko turbinek 3.734 kg eta 1.927 kg-koak dira, hurrenez hurren.Guztira, turbina bakoitzeko 20 ate eta turbinaren buruaren berdina den sakabanako luzera hartzen dute.Litekeena da sasoia luzeagoa izatea eta osagarriak behar izatea, baina zenbaki honek unitatearen eta lotutako periferikoen pisuaren oinarrizko estimazioa ematen du.Sorgailua, torlojuak eta atea eragiteko hardwarea ez dira sartzen eta konposatu eta altzairuzko unitateen artean antzekoak direla suposatzen da.Aipatzekoa da, halaber, FEAn ikusitako tentsio-kontzentrazioak kontuan hartzeko beharrezkoa den korrikalariaren birdiseinuak pisua gehituko liekeela unitate konposatuei, baina zenbatekoa gutxienekoa dela suposatzen da, 5 kg-ko ordenan tentsio-kontzentrazioa duten puntuak sendotzeko.
Emandako pisuekin, 2 MW-ko turbina konposatua eta bere sakabana V-22 Arrano arrantzale azkarrak altxa litezke, eta altzairuzko makinak Chinook errotore bikoitzeko helikoptero motelagoa eta maniobragarriagoa beharko luke.Era berean, 2 MW-ko turbina konposatua eta sakabana F-250 4×4 baten bidez atoian eraman litezke, altzairu unitateak, berriz, kamioi handiago bat beharko luke, baso-bideetan maniobra zaila izango litzatekeen instalazioa urrunekoa balitz.
Ondorioak
Bideragarria da turbinak material konposatuekin eraikitzea, eta % 50 eta % 70 arteko pisua murriztea ikusi zen altzairuzko osagai konbentzionalekin alderatuta.Pisu murriztuari esker, turbina konposatuak urrutiko lekuetan instalatu daitezke.Gainera, egitura konposatu hauek muntatzeko ez da soldadura ekipamendurik behar.Osagaiek, gainera, pieza gutxiago lotu behar dituzte, pieza bakoitza atal batean edo bitan egin baitaiteke.Azterlan honetan modelatutako ekoizpen lan txikietan, moldeen eta beste tresnen kostua nagusitzen da osagaien kostuan.
Hemen adierazitako tirada txikiek material hauei buruzko ikerketa gehiago hastea zer kostatuko litzatekeen erakusten dute.Ikerketa honek kabitazio-higadura eta osagaien UV babesa jorratu ditzake instalatu ondoren.Baliteke elastomeroa edo zeramikazko estaldurak erabiltzea kavitazioa murrizteko edo turbina kabitazioa gertatzea saihesten duten fluxu- eta buru-erregimenetan dabilela ziurtatzeko.Garrantzitsua izango da arazo hauek eta beste batzuk probatzea eta konpontzea, unitateek altzairuzko turbinen antzeko fidagarritasuna lor dezaketela ziurtatzeko, batez ere mantentze-lanak gutxitan egingo diren guneetan instalatu behar badira.
Lanaldi txiki hauetan ere, osagai konposatu batzuk errentagarriak izan daitezke fabrikatzeko behar den eskulan gutxitu delako.Adibidez, 2 MW Francis unitaterako scroll-kasu batek 80.000 $ balioko luke altzairutik soldatzeko, konpositeen fabrikaziorako 25.000 $-ren aldean.Dena den, turbinen korridoreen diseinu arrakastatsua suposatuz, korridore konposatuak moldatzeko kostua altzairuzko osagai baliokideak baino handiagoa da.2 MWko korrikalariak 23.000 dolar inguru kostatuko lituzke altzairutik fabrikatzeko, konpositearen 27.000 dolarren aldean.Kostuak makinaren arabera alda daitezke.Eta osagai konposatuen kostua dezente jaitsiko litzateke ekoizpen-maila handiagoetan, moldeak berrerabiliko balira.
Ikertzaileek dagoeneko ikertu dute material konposatuetatik abiatuta turbin-ibilgailuen eraikuntza.8 Dena den, ikerketa honek ez du jorratu cavitation higadura eta eraikuntzaren bideragarritasuna.Turbinen hurrengo urratsa bideragarritasuna eta fabrikazioaren ekonomia frogatuko dituen maketa diseinatzea eta eraikitzea da.Ondoren, unitate hau probatu daiteke eraginkortasuna eta aplikagarritasuna zehazteko, baita gehiegizko cavitation higadura saihesteko metodoak ere.
Argitalpenaren ordua: 2022-02-15
