Composite materialen meitsje inroads yn de bou fan apparatuer foar de hydroelektryske enerzjy yndustry.In ûndersyk nei materiaalsterkte en oare kritearia lit folle mear tapassingen sjen, benammen foar lytse en mikro-ienheden.
Dit artikel is evaluearre en bewurke yn oerienstimming mei resinsjes útfierd troch twa of mear professionals dy't relevante saakkundigens hawwe.Dizze peer reviewers beoardielje manuskripten foar technyske krektens, brûkberens en algemien belang binnen de hydroelektryske yndustry.
De opkomst fan nije materialen biedt spannende kânsen foar de hydroelektryske yndustry.Hout - brûkt yn 'e orizjinele wetterraden en penstocks - waard foar in part ferfongen troch stielen komponinten yn' e iere 1800s.Stiel behâldt syn sterkte troch hege wurgens laden en ferset kavitaasje eroazje en korrosysje.De eigenskippen wurde goed begrepen en de prosessen foar it meitsjen fan ûnderdielen binne goed ûntwikkele.Foar grutte ienheden sil stiel wierskynlik it materiaal fan kar bliuwe.
Sjoen de opkomst fan lytse (ûnder 10 MW) oant mikro-grutte (ûnder 100 kW) turbines, kinne kompositen lykwols brûkt wurde om gewicht te besparjen en produksjekosten en miljeu-ynfloed te ferminderjen.Dit is benammen relevant sjoen de oanhâldende needsaak foar groei yn elektrisiteitsfoarsjenning.De ynstallearre wrâldwetterkapasiteit, hast 800.000 MW neffens in stúdzje fan 2009 troch Noarske Renewable Energy Partners, is mar 10% fan 'e ekonomysk helber en 6% fan 'e technysk helbere wetterkrêft.It potinsjeel om mear fan 'e technysk mooglike hydro yn it ryk fan ekonomysk helber te bringen nimt ta mei it fermogen fan gearstalde komponinten om skaalekonomy te leverjen.
Produksje fan gearstalde komponinten
Om de penstock ekonomysk en mei konsekwint hege sterkte te meitsjen, is de bêste metoade filamentwinding.In grutte mandrel wurdt ferpakt mei tows fan fiber dy't binne rinne troch in hars bad.De tows wurde ferpakt yn hoepel en spiraalfoarmige patroanen om krêft te meitsjen foar ynterne druk, longitudinaal bûgen en ôfhanneljen.De resultaten seksje hjirûnder toant de kosten en gewicht per foet foar de twa penstock maten, basearre op in sitaat fan lokale leveransiers.It sitaat die bliken dat it ûntwerp dikte waard dreaun troch ynstallaasje en ôfhanneljen easken, ynstee fan de relatyf lege druk load, en foar beide wie it 2,28 sm.
Twa manufacturing metoaden waarden beskôge foar de wicket poarten en bliuwe fanes;wiete layup en fakuüm infusion.Wet layup brûkt droege stof, dy't impregnearre wurdt troch hars oer de stof te jitten en rollers te brûken om de hars yn 'e stof te triuwen.Dit proses is net sa skjin as fakuüm infusion en produsearret net altyd de meast optimalisearre struktuer yn termen fan fiber-to-hars ratio, mar it duorret minder tiid as de fakuüm infusion proses.Vacuum infusion leit up droege fiber yn de juste oriïntaasjes, en de droege stack wurdt dan vacuum bagged en ekstra fittings wurde taheakke dy't liede ta in hars oanbod, dat wurdt lutsen yn it diel as it fakuüm wurdt tapast.It fakuüm helpt de hoemannichte hars op in optimaal nivo te behâlden en ferminderet de frijlitting fan flechtige organyske stoffen.
De scroll gefal sil brûke in hân layup yn twa aparte helten op in manlike mal te soargjen foar in glêd ynderlik oerflak.Dizze twa helten sille dan wurde bondele tegearre mei glêstried tafoege oan 'e bûtenkant op it bondelpunt om genôch sterkte te garandearjen.De druk load yn 'e scroll gefal net nedich in hege-sterkte avansearre gearstalde, dus in wiete layup fan glêstried stof mei in epoksy hars sil wêze genôch.De dikte fan 'e scrollkoffer wie basearre op deselde ûntwerpparameter as de penstock.De 250-kW-ienheid is in axiale streammasine, dus d'r is gjin scrollkoffer.
In turbine runner kombinearret in komplekse mjitkunde mei hege load easken.Resint wurk hat oantoand dat strukturele komponinten mei hege sterkte kinne wurde produsearre út in chopped prepreg SMC mei poerbêste krêft en stiffness.5 De suspension earm fan de Lamborghini Gallardo waard ûntwurpen mei help fan meardere lagen fan in chopped prepreg SMC bekend as in smeid gearstalde, kompresje foarme om de fereaske dikte te meitsjen.Deselde metoade kin tapast wurde op de Francis en propellerrinners.De Francis runner kin net makke wurde as ien ienheid, om't de kompleksiteit fan 'e blêdoerlap soe foarkomme dat it diel út' e skimmel helle wurdt.Sa wurde de loperblêden, kroan en band apart produsearre en dan oaninoar ferbûn en fersterke mei bouten troch de bûtenkant fan 'e kroan en band.
Wylst de ûntwerpbuis it maklikste wurdt produsearre mei filamentwinding, is dit proses net kommersjalisearre mei natuerlike fezels.Sa, de hân layup waard keazen, as dit is standert metoade fan fabrikaazje, nettsjinsteande de hegere arbeidskosten.Mei help fan in manlike mal fergelykber mei in mandrel, de layup kin wurde ôfmakke mei de skimmel horizontaal en dan draaide fertikale te genêzen, foarkomt sagging oan de iene kant.It gewicht fan 'e gearstalde dielen sil in bytsje ferskille ôfhinklik fan it bedrach fan hars yn it ôfmakke diel.Dizze nûmers binne basearre op 50% fibergewicht.
De totale gewichten foar de stielen en gearstalde 2-MW turbine binne respektivelik 9.888 kg en 7.016 kg.De 250-kW stiel- en gearstalde turbines binne respektivelik 3.734 kg en 1.927 kg.De totalen oannimme 20 wicket poarten foar eltse turbine en in penstock lingte gelyk oan de kop fan 'e turbine.It is wierskynlik dat de penstock soe wêze langer en easkje fittings, mar dit oantal jout in basis skatting fan it gewicht fan 'e ienheid en byhearrende perifeare apparaten.De generator, bouten en poarte-oandriuwende hardware binne net opnommen en wurde oannommen dat se fergelykber binne tusken de gearstalde en stielen ienheden.It is ek de muoite wurdich op te merken dat it opnij ûntwerp fan 'e runner nedich om rekken te hâlden mei stresskonsintraasjes sjoen yn' e FEA soe gewicht tafoegje oan 'e gearstalde ienheden, mar it bedrach wurdt oannommen dat it minimaal is, yn' e oarder fan 5 kg om punten te fersterkjen mei stresskonsintraasje
Mei de opjûne gewichten, koe de 2-MW gearstalde turbine en syn penstock wurde opheft troch de snelle V-22 Osprey, wylst de stielen masine soe fereaskje in stadiger, minder manoeuvreerbere Chinook twillingrotor helikopter.Ek, de 2-MW gearstalde turbine en penstock koe wurde sleept troch in F-250 4 × 4, wylst de stielen ienheid soe easkje in gruttere frachtwein dy't soe wêze lestich te manoeuvre op bosk diken as de ynstallaasje wie ôfstân.
Konklúzjes
It is mooglik om turbines te bouwen fan gearstalde materialen, en in gewichtsreduksje fan 50% oant 70% waard sjoen yn ferliking mei konvinsjonele stielkomponinten.It fermindere gewicht kin tastean gearstalde turbines wurde ynstallearre op ôfstân lokaasjes.Derneist hat de gearstalling fan dizze gearstalde struktueren gjin lasapparatuer nedich.De komponinten fereaskje ek minder dielen dy't byinoar bolt wurde, om't elk stik kin wurde makke yn ien of twa seksjes.By de lytse produksjerinnen modelearre yn dizze stúdzje, dominearje de kosten fan 'e mallen en oare ark de komponintkosten.
De hjir oantsjutte lytse runs litte sjen wat it kostje soe om fierder ûndersyk nei dizze materialen te begjinnen.Dit ûndersyk kin kavitaasje eroazje en UV-beskerming fan 'e komponinten nei ynstallaasje oanpakke.It kin mooglik wêze om elastomere of keramyske coating te brûken om kavitaasje te ferminderjen of te soargjen dat de turbine rint yn 'e stream- en kopregimen dy't foarkomme dat kavitaasje foarkomme.It sil wichtich wêze om dizze en oare problemen te testen en op te lossen om te soargjen dat de ienheden ferlykbere betrouberens kinne berikke as stielturbines, foaral as se moatte wurde ynstalleare yn gebieten wêr't ûnderhâld selden sil wêze.
Sels by dizze lytse runs kinne guon gearstalde komponinten kosten-effektyf wêze fanwegen de fermindere arbeid nedich foar fabrikaazje.Bygelyks, in scrollkoffer foar de 2-MW Francis-ienheid soe $ 80,000 kostje om fan stiel te laske yn ferliking mei $ 25,000 foar gearstalde fabrikaazje.Lykwols, útgeande fan suksesfol ûntwerp fan turbine runners, binne de kosten foar it foarmjen fan de gearstalde runners mear dan lykweardige stielen komponinten.De 2-MW runner soe sawat $ 23,000 kostje om te meitsjen fan stiel, yn ferliking mei $ 27,000 fan komposit.Kosten kinne fariearje troch masine.En de kosten foar gearstalde komponinten soene behoarlik sakje by hegere produksjeruns as mallen opnij brûkt wurde kinne.
Ûndersikers hawwe al ûndersocht de konstruksje fan turbine runners út gearstalde materialen.8 Dit ûndersyk lykwols net oan de kavitaasje eroazje en de helberens fan konstruksje.De folgjende stap foar gearstalde turbines is it ûntwerpen en bouwen fan in skaalmodel dat bewiis sil tastean fan helberens en ekonomy fan fabrikaazje.Dizze ienheid kin dan wurde hifke om effisjinsje en tapasberens te bepalen, lykas metoaden foar it foarkommen fan oerstallige kavitaasjeeroazje.
Post tiid: Febrewaris 15-2022
