ફોર્સ્ટર સ્મોલ હાઇડ્રો ટર્બાઇન્સ માટે સંયુક્ત સામગ્રીનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરી શકાય

હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક પાવર ઉદ્યોગ માટે સાધનોના નિર્માણમાં સંયુક્ત સામગ્રી પ્રવેશ કરી રહી છે.સામગ્રીની મજબૂતાઈ અને અન્ય માપદંડોની તપાસ ખાસ કરીને નાના અને સૂક્ષ્મ એકમો માટે ઘણી વધુ એપ્લિકેશનો દર્શાવે છે.
આ લેખનું મૂલ્યાંકન અને સંપાદિત કરવામાં આવેલ છે જેઓ સંબંધિત નિપુણતા ધરાવતા બે અથવા વધુ વ્યાવસાયિકો દ્વારા કરવામાં આવેલી સમીક્ષાઓ અનુસાર.આ પીઅર સમીક્ષકો ટેકનિકલ સચોટતા, ઉપયોગીતા અને હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક ઉદ્યોગમાં એકંદર મહત્વ માટે હસ્તપ્રતોનું મૂલ્યાંકન કરે છે.
નવી સામગ્રીનો ઉદય હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક ઉદ્યોગ માટે આકર્ષક તકો પૂરી પાડે છે.વુડ - મૂળ વોટરવ્હીલ્સ અને પેનસ્ટોક્સમાં વપરાતું - 1800 ના દાયકાની શરૂઆતમાં સ્ટીલના ઘટકો દ્વારા આંશિક રીતે બદલવામાં આવ્યું હતું.સ્ટીલ ઉચ્ચ થાક લોડિંગ દ્વારા તેની તાકાત જાળવી રાખે છે અને પોલાણ ધોવાણ અને કાટનો પ્રતિકાર કરે છે.તેના ગુણધર્મો સારી રીતે સમજાય છે અને ઘટકોના ઉત્પાદન માટેની પ્રક્રિયાઓ સારી રીતે વિકસિત છે.મોટા એકમો માટે, સ્ટીલ પસંદગીની સામગ્રી રહેશે.
જો કે, નાના (10 મેગાવોટથી નીચે)થી સૂક્ષ્મ-કદના (100 કેડબલ્યુની નીચે) ટર્બાઇનના ઉદયને જોતાં, કમ્પોઝીટનો ઉપયોગ વજન બચાવવા અને ઉત્પાદન ખર્ચ અને પર્યાવરણીય અસર ઘટાડવા માટે કરી શકાય છે.વીજળી પુરવઠામાં સતત વૃદ્ધિની જરૂરિયાતને જોતાં આ ખાસ કરીને સંબંધિત છે.નોર્વેજીયન રિન્યુએબલ એનર્જી પાર્ટનર્સ દ્વારા 2009ના અભ્યાસ અનુસાર સ્થાપિત વિશ્વની હાઈડ્રો ક્ષમતા, લગભગ 800,000 મેગાવોટ, આર્થિક રીતે શક્ય માત્ર 10% અને તકનીકી રીતે શક્ય હાઈડ્રોપાવરના 6% છે.ટેકનિકલ રીતે શક્ય વધુ હાઇડ્રોને આર્થિક રીતે શક્ય હોય તેવા ક્ષેત્રમાં લાવવાની સંભવિતતા, સંયુક્ત ઘટકોની સ્કેલની અર્થવ્યવસ્થા પ્રદાન કરવાની ક્ષમતા સાથે વધે છે.

સંયુક્ત ઘટક ઉત્પાદન
પેનસ્ટોકને આર્થિક રીતે અને સતત ઉચ્ચ શક્તિ સાથે બનાવવા માટે, શ્રેષ્ઠ પદ્ધતિ ફિલામેન્ટ વિન્ડિંગ છે.એક વિશાળ મેન્ડ્રેલ રેઝિન બાથ દ્વારા ચલાવવામાં આવતા ફાઇબરના ટોવથી લપેટી છે.આંતરિક દબાણ, રેખાંશ વાળવા અને હેન્ડલિંગ માટે તાકાત બનાવવા માટે ટોઝને હૂપ અને હેલિકલ પેટર્નમાં વીંટાળવામાં આવે છે.નીચે આપેલ પરિણામો વિભાગ સ્થાનિક સપ્લાયરોના ક્વોટના આધારે બે પેનસ્ટોક કદ માટે પ્રતિ ફૂટ કિંમત અને વજન દર્શાવે છે.અવતરણ દર્શાવે છે કે ડિઝાઇનની જાડાઈ પ્રમાણમાં ઓછા દબાણના ભારને બદલે ઇન્સ્ટોલેશન અને હેન્ડલિંગ આવશ્યકતાઓ દ્વારા સંચાલિત હતી અને બંને માટે તે 2.28 સે.મી.
વિકેટ ગેટ અને સ્ટે વેન્સ માટે બે ઉત્પાદન પદ્ધતિઓ ધ્યાનમાં લેવામાં આવી હતી;ભીનું લેઅપ અને વેક્યૂમ ઇન્ફ્યુઝન.વેટ લેઅપ ડ્રાય ફેબ્રિકનો ઉપયોગ કરે છે, જે ફેબ્રિક પર રેઝિન રેડીને અને રેઝિનને ફેબ્રિકમાં ધકેલવા માટે રોલર્સનો ઉપયોગ કરીને ગર્ભિત થાય છે.આ પ્રક્રિયા વેક્યૂમ ઇન્ફ્યુઝન જેટલી સ્વચ્છ નથી અને ફાઇબર-ટુ-રેઝિન રેશિયોના સંદર્ભમાં હંમેશા સૌથી વધુ ઑપ્ટિમાઇઝ માળખું ઉત્પન્ન કરતી નથી, પરંતુ તે વેક્યૂમ ઇન્ફ્યુઝન પ્રક્રિયા કરતાં ઓછો સમય લે છે.શૂન્યાવકાશ પ્રેરણા યોગ્ય દિશાઓમાં શુષ્ક ફાઇબર મૂકે છે, અને શુષ્ક સ્ટેક પછી વેક્યૂમ બેગ કરવામાં આવે છે અને વધારાની ફિટિંગ્સ જોડવામાં આવે છે જે રેઝિન સપ્લાય તરફ દોરી જાય છે, જે વેક્યૂમ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે ભાગમાં દોરવામાં આવે છે.શૂન્યાવકાશ શ્રેષ્ઠ સ્તરે રેઝિનનું પ્રમાણ જાળવવામાં મદદ કરે છે અને અસ્થિર કાર્બનિક પદાર્થોના પ્રકાશનને ઘટાડે છે.
સ્ક્રોલ કેસ એક સરળ આંતરિક સપાટીને સુનિશ્ચિત કરવા માટે પુરૂષ ઘાટ પર બે અલગ-અલગ ભાગોમાં હાથ ગોઠવવાનો ઉપયોગ કરશે.પર્યાપ્ત મજબૂતાઈની ખાતરી કરવા માટે બોન્ડિંગ પોઈન્ટ પર બહારથી ઉમેરવામાં આવેલા ફાઈબર સાથે આ બે ભાગોને એકસાથે જોડવામાં આવશે.સ્ક્રોલ કેસમાં પ્રેશર લોડ માટે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અદ્યતન સંયોજનની જરૂર નથી, તેથી ઇપોક્સી રેઝિન સાથે ફાઇબરગ્લાસ ફેબ્રિકનું ભીનું લેઅપ પૂરતું હશે.સ્ક્રોલ કેસની જાડાઈ પેનસ્ટોકની સમાન ડિઝાઇન પેરામીટર પર આધારિત હતી.250-kW એકમ અક્ષીય પ્રવાહ મશીન છે, તેથી ત્યાં કોઈ સ્ક્રોલ કેસ નથી.

ટર્બાઇન રનર એક જટિલ ભૂમિતિને ઉચ્ચ ભારની જરૂરિયાતો સાથે જોડે છે.તાજેતરના કાર્યએ દર્શાવ્યું છે કે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા માળખાકીય ઘટકોને સમારેલી પ્રિપ્રેગ એસએમસીમાંથી ઉત્કૃષ્ટ તાકાત અને જડતા સાથે ઉત્પાદિત કરી શકાય છે.5 લમ્બોરગીની ગેલાર્ડોના સસ્પેન્શન આર્મને બનાવટી કમ્પોઝિટ, કમ્પ્રેશન મોલ્ડેડ તરીકે ઓળખાતા સમારેલી પ્રિપ્રેગ એસએમસીના બહુવિધ સ્તરોનો ઉપયોગ કરીને ડિઝાઇન કરવામાં આવી હતી. જરૂરી જાડાઈ પેદા કરવા માટે.આ જ પદ્ધતિ ફ્રાન્સિસ અને પ્રોપેલર દોડવીરો માટે લાગુ કરી શકાય છે.ફ્રાન્સિસ રનરને એક એકમ તરીકે બનાવી શકાતો નથી, કારણ કે બ્લેડ ઓવરલેપની જટિલતા ભાગને ઘાટમાંથી બહાર કાઢવામાં રોકે છે.આમ, રનર બ્લેડ, ક્રાઉન અને બેન્ડ અલગ-અલગ બનાવવામાં આવે છે અને પછી તેને એકસાથે જોડવામાં આવે છે અને તાજ અને બેન્ડની બહારથી બોલ્ટ વડે મજબૂત બનાવવામાં આવે છે.
જ્યારે ડ્રાફ્ટ ટ્યુબ ફિલામેન્ટ વિન્ડિંગનો ઉપયોગ કરીને સૌથી સહેલાઈથી બનાવવામાં આવે છે, ત્યારે આ પ્રક્રિયા કુદરતી તંતુઓનો ઉપયોગ કરીને વ્યાપારીકરણ કરવામાં આવી નથી.આમ, હેન્ડ લેઅપ પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું, કારણ કે આ ઉચ્ચ મજૂર ખર્ચ હોવા છતાં ઉત્પાદનની પ્રમાણભૂત પદ્ધતિ છે.મેન્ડ્રેલ જેવા જ નર મોલ્ડનો ઉપયોગ કરીને, લેઅપને આડા મોલ્ડ સાથે પૂર્ણ કરી શકાય છે અને પછી સારવાર માટે ઊભી કરી શકાય છે, જે એક બાજુ ઝૂલતા અટકાવે છે.તૈયાર ભાગમાં રેઝિનની માત્રાના આધારે સંયુક્ત ભાગોનું વજન થોડું બદલાશે.આ સંખ્યાઓ 50% ફાઇબર વજન પર આધારિત છે.
સ્ટીલ અને સંયુક્ત 2-MW ટર્બાઇન માટે કુલ વજન અનુક્રમે 9,888 kg અને 7,016 kg છે.250-kW સ્ટીલ અને સંયુક્ત ટર્બાઇન અનુક્રમે 3,734 kg અને 1,927 kg છે.ટોટલ દરેક ટર્બાઇન માટે 20 વિકેટ ગેટ અને ટર્બાઇનના માથા જેટલી પેનસ્ટોક લંબાઈ ધારે છે.પેનસ્ટોક લાંબો હશે અને તેને ફિટિંગની જરૂર પડશે તેવી શક્યતા છે, પરંતુ આ સંખ્યા એકમના વજન અને સંબંધિત પેરિફેરલ્સનો મૂળભૂત અંદાજ આપે છે.જનરેટર, બોલ્ટ્સ અને ગેટ એક્ટ્યુએટિંગ હાર્ડવેર સામેલ નથી અને સંયુક્ત અને સ્ટીલ એકમો વચ્ચે સમાન હોવાનું માનવામાં આવે છે.એ નોંધવું પણ યોગ્ય છે કે FEA માં જોવા મળેલી તાણ સાંદ્રતાને ધ્યાનમાં લેવા માટે જરૂરી દોડવીર પુનઃડિઝાઇન સંયુક્ત એકમોમાં વજન ઉમેરશે, પરંતુ તણાવ એકાગ્રતા સાથે પોઈન્ટને મજબૂત કરવા માટે 5 કિલોના ક્રમમાં, રકમ ન્યૂનતમ હોવાનું માનવામાં આવે છે.
આપેલ વજન સાથે, 2-MW કમ્પોઝિટ ટર્બાઇન અને તેના પેનસ્ટોકને ઝડપી V-22 ઓસ્પ્રે દ્વારા ઉપાડી શકાય છે, જ્યારે સ્ટીલ મશીનને ધીમા, ઓછા મેન્યુવરેબલ ચિનૂક ટ્વીન રોટર હેલિકોપ્ટરની જરૂર પડશે.ઉપરાંત, 2-MW સંયુક્ત ટર્બાઇન અને પેનસ્ટોકને F-250 4×4 દ્વારા ખેંચી શકાય છે, જ્યારે સ્ટીલ એકમને મોટી ટ્રકની જરૂર પડશે જે જો ઇન્સ્ટોલેશન રિમોટ હોય તો જંગલના રસ્તાઓ પર દાવપેચ કરવું મુશ્કેલ હશે.

તારણો
સંયુક્ત સામગ્રીમાંથી ટર્બાઇન બનાવવું શક્ય છે, અને પરંપરાગત સ્ટીલ ઘટકોની તુલનામાં 50% થી 70% વજનમાં ઘટાડો જોવા મળ્યો હતો.ઓછું વજન દૂરસ્થ સ્થળોએ સંયુક્ત ટર્બાઇન સ્થાપિત કરવાની મંજૂરી આપી શકે છે.વધુમાં, આ સંયુક્ત રચનાઓની એસેમ્બલીને વેલ્ડીંગ સાધનોની જરૂર નથી.ઘટકોને એકસાથે બોલ્ટ કરવા માટે ઓછા ભાગોની પણ જરૂર પડે છે, કારણ કે દરેક ભાગ એક અથવા બે વિભાગમાં બનાવી શકાય છે.આ અધ્યયનમાં મોડેલ કરેલ નાના ઉત્પાદન પર, મોલ્ડ અને અન્ય ટૂલિંગની કિંમત ઘટક ખર્ચ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે.
અહીં દર્શાવેલ નાના રન દર્શાવે છે કે આ સામગ્રીઓ પર વધુ સંશોધન શરૂ કરવા માટે કેટલો ખર્ચ થશે.આ સંશોધન ઇન્સ્ટોલેશન પછી ઘટકોના પોલાણ ધોવાણ અને યુવી સંરક્ષણને સંબોધિત કરી શકે છે.પોલાણ ઘટાડવા અથવા ટર્બાઇન ફ્લો અને હેડ રેજીમ્સમાં ચાલે છે તેની ખાતરી કરવા માટે ઇલાસ્ટોમર અથવા સિરામિક કોટિંગ્સનો ઉપયોગ કરવો શક્ય છે જે પોલાણ થવાથી અટકાવે છે.એકમો સ્ટીલ ટર્બાઇનની સમાન વિશ્વસનીયતા પ્રાપ્ત કરી શકે તેની ખાતરી કરવા માટે આ અને અન્ય સમસ્યાઓનું પરીક્ષણ કરવું અને તેનું નિરાકરણ કરવું અગત્યનું રહેશે, ખાસ કરીને જો તે એવા વિસ્તારોમાં સ્થાપિત કરવાના હોય જ્યાં જાળવણી અવારનવાર થતી હોય.
આ નાના રનમાં પણ, ઉત્પાદન માટે જરૂરી શ્રમ ઘટવાને કારણે કેટલાક સંયુક્ત ઘટકો ખર્ચ-અસરકારક હોઈ શકે છે.ઉદાહરણ તરીકે, સંયુક્ત ઉત્પાદન માટે $25,000ની સરખામણીમાં 2-MW ફ્રાન્સિસ યુનિટ માટે સ્ક્રોલ કેસનો ખર્ચ સ્ટીલમાંથી વેલ્ડિંગ કરવા માટે $80,000 થશે.જો કે, ટર્બાઇન રનર્સની સફળ ડિઝાઇન ધારીને, સંયુક્ત દોડવીરોને મોલ્ડિંગ માટેનો ખર્ચ સ્ટીલના સમકક્ષ ઘટકો કરતાં વધુ છે.2-MW રનરને સ્ટીલમાંથી ઉત્પાદન કરવા માટે લગભગ $23,000નો ખર્ચ થશે, જ્યારે સંયુક્તમાંથી $27,000નો ખર્ચ થશે.મશીન દ્વારા ખર્ચ અલગ અલગ હોઈ શકે છે.અને જો મોલ્ડનો પુનઃઉપયોગ કરી શકાતો હોય તો ઉચ્ચ ઉત્પાદન પર સંયુક્ત ઘટકોની કિંમત નોંધપાત્ર રીતે ઘટી જશે.
સંશોધકોએ પહેલાથી જ સંયુક્ત સામગ્રીમાંથી ટર્બાઇન રનર્સના નિર્માણની તપાસ કરી છે. જો કે, આ અભ્યાસમાં પોલાણ ધોવાણ અને બાંધકામની સંભવિતતા પર ધ્યાન આપવામાં આવ્યું નથી.સંયુક્ત ટર્બાઇન માટે આગળનું પગલું એ સ્કેલ મોડલ ડિઝાઇન અને બિલ્ડ કરવાનું છે જે ઉત્પાદનની શક્યતા અને અર્થતંત્રનો પુરાવો આપશે.આ એકમ પછી કાર્યક્ષમતા અને પ્રયોજ્યતા, તેમજ વધારાના પોલાણ ધોવાણને રોકવા માટેની પદ્ધતિઓ નક્કી કરવા માટે પરીક્ષણ કરી શકાય છે.