Samsett efni eru að ryðja sér til rúms í smíði tækja fyrir vatnsaflsvirkjun.Rannsókn á efnisstyrk og öðrum viðmiðum leiðir í ljós mun fleiri notkun, sérstaklega fyrir litlar og öreiningar.
Þessi grein hefur verið metin og breytt í samræmi við úttektir gerðar af tveimur eða fleiri sérfræðingum sem hafa viðeigandi sérfræðiþekkingu.Þessir ritrýnendur dæma handrit fyrir tæknilega nákvæmni, notagildi og almennt mikilvægi innan vatnsaflsiðnaðarins.
Uppgangur nýrra efna veitir spennandi tækifæri fyrir vatnsaflsiðnaðinn.Viður - notaður í upprunalegu vatnshjólunum og pennastokkunum - var að hluta til skipt út fyrir stálíhluti í byrjun 1800.Stál heldur styrkleika sínum með mikilli þreytuhleðslu og þolir rof og tæringu á kavitation.Eiginleikar þess eru vel þekktir og ferlar við íhlutaframleiðslu eru vel þróaðir.Fyrir stórar einingar verður stál líklega áfram valið efni.
Hins vegar, í ljósi hækkunar lítilla (undir 10 MW) til örstórra (undir 100 kW) hverfla, er hægt að nota samsett efni til að spara þyngd og draga úr framleiðslukostnaði og umhverfisáhrifum.Þetta á sérstaklega við í ljósi þess að þörf er á vexti í raforkuframboði.Uppsett vatnsafl í heiminum, næstum 800.000 MW samkvæmt rannsókn frá 2009 frá Norwegian Renewable Energy Partners, er aðeins 10% af efnahagslega framkvæmanlegu og 6% af tæknilega framkvæmanlegu vatnsafli.Möguleikarnir á að koma meira af tæknilega framkvæmanlegu vatnsvatninu inn á svið efnahagslega framkvæmanlegra eykst með getu samsettra íhluta til að veita stærðarhagkvæmni.
Framleiðsla samsettra íhluta
Til að framleiða pennastokkinn á hagkvæman hátt og með stöðugum háum styrk er besta aðferðin að vinda þráð.Stór dorn er vafinn með tógum af trefjum sem hafa verið keyrðir í gegnum plastbað.Drögin eru vafin inn í hring og þyrilmynstur til að skapa styrk fyrir innri þrýsting, lengdarbeygju og meðhöndlun.Niðurstöðuhlutinn hér að neðan sýnir kostnað og þyngd á hvern fót fyrir tvær pennastærðir, byggt á tilboði frá staðbundnum birgjum.Tilvitnunin sýndi að hönnunarþykktin var knúin áfram af kröfum um uppsetningu og meðhöndlun, frekar en tiltölulega lágu þrýstiálagi, og fyrir báða var hún 2,28 cm.
Tvær framleiðsluaðferðir voru teknar til greina fyrir wicket hliðin og skjólskóna;blaut layup og lofttæmi innrennsli.Blaut layup notar þurrt efni, sem er gegndreypt með því að hella plastefni yfir efnið og nota rúllur til að ýta plastefninu inn í efnið.Þetta ferli er ekki eins hreint og lofttæmisinnrennsli og framleiðir ekki alltaf bestu uppbygginguna með tilliti til trefja og plastefnishlutfalls, en það tekur skemmri tíma en lofttæmisinnrennslisferlið.Vacuum innrennsli leggur upp þurrar trefjar í réttar stefnur og þurra staflanum er síðan lofttæmd í poka og auka festingar eru festar sem leiða til plastefnisgjafa, sem er dregið inn í hlutann þegar lofttæminu er sett á.Tómarúmið hjálpar til við að viðhalda magni plastefnis á besta stigi og dregur úr losun rokgjarnra lífrænna efna.
Skrunakassinn mun nota handuppsetningu í tveimur aðskildum helmingum á karlkyns mót til að tryggja slétt innra yfirborð.Þessir tveir helmingar verða síðan tengdir saman með trefjum sem bætt er við utan á tengipunktinum til að tryggja fullnægjandi styrk.Þrýstiálagið í skrúfunarhylkinu krefst ekki hástyrks háþróaðrar samsetningar, þannig að blaut uppsetning af trefjaplastefni með epoxýplastefni nægir.Þykkt skrúfunnar var byggð á sömu hönnunarbreytu og pennastokkurinn.250 kW einingin er axial flæðisvél, þannig að það er ekkert skrúfað.
Túrbínuhlaupari sameinar flókna rúmfræði við miklar álagskröfur.Nýleg vinna hefur sýnt fram á að hægt er að framleiða hástyrka burðaríhluti úr söxuðu prepreg SMC með framúrskarandi styrk og stífleika.5 Fjöðrunararmur Lamborghini Gallardo var hannaður með því að nota mörg lög af hakkað prepreg SMC þekkt sem svikin samsett, þjöppunarmótuð til að framleiða nauðsynlega þykkt.Sömu aðferð er hægt að beita fyrir Francis og skrúfuhlaupara.Francis hlauparinn er ekki hægt að búa til sem eina einingu, þar sem flókið skörun blaðsins myndi koma í veg fyrir að hluturinn væri dreginn úr mótinu.Þannig eru hlauparblöðin, kórónan og bandið framleidd sérstaklega og síðan tengt saman og styrkt með boltum utan á kórónu og bandi.
Þó að dráttarrörið sé auðveldlega framleitt með þráðvinda, hefur þetta ferli ekki verið markaðssett með náttúrulegum trefjum.Þannig varð handauppsetning fyrir valinu þar sem þetta er staðlað framleiðsluaðferð þrátt fyrir hærri launakostnað.Með því að nota karlkyns mót sem líkist dorn, er hægt að klára uppsetninguna með mótinu lárétt og síðan snúa lóðrétt til að lækna, og koma í veg fyrir að það lækki á annarri hliðinni.Þyngd samsettra hlutanna mun vera örlítið breytileg eftir magni plastefnis í fullunna hlutanum.Þessar tölur miðast við 50% trefjaþyngd.
Heildarþyngd stál- og samsettrar 2-MW hverfla er 9.888 kg og 7.016 kg, í sömu röð.250 kW stál- og samsettar hverflar eru 3.734 kg og 1.927 kg, í sömu röð.Heildartölurnar gera ráð fyrir 20 wicket hliðum fyrir hverja túrbínu og lengd pennastokks sem er jöfn höfuð túrbínu.Líklegt er að pennastokkurinn yrði lengri og krefjist festinga, en þessi tala gefur grunnmat á þyngd einingarinnar og tilheyrandi jaðarbúnaðar.Rafall, boltar og hliðarvirkjabúnaður er ekki innifalinn og gert er ráð fyrir að það sé svipað á milli samsettra og stáleininga.Það er líka rétt að taka fram að endurhönnun hlaupara sem þarf til að gera grein fyrir álagsstyrk sem sést í FEA myndi bæta þyngd við samsettu einingarnar, en gert er ráð fyrir að magnið sé í lágmarki, af stærðargráðunni 5 kg til að styrkja punkta með álagsstyrk
Með tilteknum þyngdum gæti 2-MW samsettur hverflin og pennastokkur hennar verið lyftur með hraðvirkum V-22 Osprey, en stálvélin myndi þurfa hægari, meðfærilegri Chinook tveggja númera þyrlu.Einnig væri hægt að draga 2-MW samsetta túrbínuna og pennastokkinn með F-250 4×4, en stáleiningin þyrfti stærri vörubíl sem væri erfitt að stjórna á skógarvegum ef uppsetningin væri fjarlæg.
Ályktanir
Það er gerlegt að smíða hverfla úr samsettum efnum og þyngdarminnkun um 50% til 70% sást miðað við hefðbundna stálíhluti.Minni þyngd getur gert kleift að setja upp samsetta hverfla á afskekktum stöðum.Að auki þarf samsetning þessara samsettu mannvirkja ekki suðubúnaðar.Íhlutirnir krefjast einnig að færri hlutar séu boltaðir saman, þar sem hægt er að gera hvert stykki í einum eða tveimur hlutum.Í litlu framleiðslulotunum sem gerð er fyrirmynd í þessari rannsókn er kostnaður við mót og önnur verkfæri ráðandi íhlutakostnaði.
Litlu hlaupin sem hér eru tilgreind sýna hvað það myndi kosta að hefja frekari rannsóknir á þessum efnum.Þessar rannsóknir geta fjallað um rof og UV-vörn íhlutanna eftir uppsetningu.Það kann að vera hægt að nota teygju- eða keramikhúð til að draga úr kavitation eða tryggja að hverflan gangi í flæðis- og höfuðlagi sem kemur í veg fyrir að kavitation eigi sér stað.Mikilvægt verður að prófa og leysa þessi og önnur vandamál til að tryggja að einingarnar geti náð svipuðum áreiðanleika og stáltúrbínur, sérstaklega ef setja á þær á svæðum þar sem viðhald verður sjaldgæft.
Jafnvel við þessar litlu keyrslur geta sumir samsettir íhlutir verið hagkvæmir vegna minni vinnu sem þarf til framleiðslu.Til dæmis myndi rúlluhylki fyrir 2-MW Francis eininguna kosta $80.000 til að vera soðið úr stáli samanborið við $25.000 fyrir samsetta framleiðslu.Hins vegar, ef miðað er við árangursríka hönnun á hverflahlaupum, er kostnaðurinn við að móta samsettu rennana meira en jafngildir stálhlutar.2-MW hlauparinn myndi kosta um $ 23.000 að framleiða úr stáli, samanborið við $ 27.000 úr samsettu efni.Kostnaður getur verið mismunandi eftir vélum.Og kostnaður við samsetta íhluti myndi lækka töluvert við meiri framleiðslutíma ef hægt væri að endurnýta mót.
Vísindamenn hafa þegar rannsakað smíði túrbínuhlaupa úr samsettum efnum.8 Þessi rannsókn fjallaði hins vegar ekki um rof í holrúmi og hagkvæmni smíði.Næsta skref fyrir samsetta hverfla er að hanna og smíða mælikvarða sem mun leyfa sönnun á hagkvæmni og hagkvæmni framleiðslu.Þessa einingu er síðan hægt að prófa til að ákvarða skilvirkni og notagildi, sem og aðferðir til að koma í veg fyrir umfram rof í kavitation.
Pósttími: 15-feb-2022
