Композиттік материалдар гидроэнергетикаға арналған құрал-жабдықтардың құрылысына еніп жатыр.Материалдың беріктігін және басқа критерийлерді зерттеу, әсіресе шағын және микро бірліктерге арналған көптеген қосымшаларды көрсетеді.
Бұл мақала тиісті тәжірибесі бар екі немесе одан да көп мамандар жүргізген шолуларға сәйкес бағаланған және өңделген.Бұл рецензенттер қолжазбаларды техникалық дәлдік, пайдалылық және гидроэнергетика саласындағы жалпы маңыздылығы бойынша бағалайды.
Жаңа материалдардың көбеюі су электр өнеркәсібі үшін қызықты мүмкіндіктер береді.Ағаш - бастапқы су доңғалақтары мен пенстоктарда қолданылған - 1800 жылдардың басында ішінара болат компоненттерімен ауыстырылды.Болат жоғары шаршау жүктемесі арқылы беріктігін сақтайды және кавитациялық эрозияға және коррозияға қарсы тұрады.Оның қасиеттері жақсы түсінілген және құрамдас бөліктерді жасау процестері жақсы дамыған.Үлкен қондырғылар үшін болат таңдаулы материал болып қала береді.
Дегенмен, шағын (10 МВт-тан төмен) микро-өлшемді (100 кВт-тан төмен) турбиналардың өсуін ескере отырып, композиттерді салмақты үнемдеу және өндіріс құны мен қоршаған ортаға әсерді азайту үшін пайдалануға болады.Бұл, әсіресе, электрмен жабдықтаудың тұрақты өсуіне қажеттілік жағдайында өзекті.Норвегиялық жаңартылатын энергия серіктестерінің 2009 жылғы зерттеуіне сәйкес 800 000 МВт-қа жуық әлемдік гидроэнергетиканың орнатылған қуаты экономикалық тұрғыдан мүмкін болатын 10% және техникалық мүмкін болатын гидроэнергетиканың 6% ғана құрайды.Композиттік құрамдас бөліктердің ауқымды үнемдеуді қамтамасыз ету қабілетімен экономикалық тұрғыдан мүмкін болатын салаларға техникалық мүмкін болатын гидроэнергетиканың көп бөлігін енгізу әлеуеті артады.
Композициялық компоненттерді өндіру
Желілік қорапты үнемді және тұрақты жоғары беріктікпен өндіру үшін ең жақсы әдіс - жіпті орау.Үлкен оправка шайыр ваннасынан өткізілген талшықтармен оралған.Ішкі қысымға, бойлық иілуге және өңдеуге беріктік жасау үшін сүйреуіштер құрсаумен және бұрандалы үлгілерге оралған.Төмендегі нәтижелер бөлімінде жергілікті жеткізушілердің бағасына негізделген екі қорап өлшемі үшін бір фут құны мен салмағы көрсетілген.Дәйексөз дизайн қалыңдығы салыстырмалы түрде төмен қысымды жүктемеден гөрі орнату және өңдеу талаптарымен негізделгенін көрсетті және екеуі үшін де ол 2,28 см болды.
Қақпа қақпалары мен қалақшаларды дайындаудың екі әдісі қарастырылды;дымқыл төсеу және вакуумды инфузия.Ылғалды төсеу құрғақ матаны пайдаланады, ол матаның үстіне шайыр құю және шайырды матаға итеру үшін роликтерді қолдану арқылы сіңдіріледі.Бұл процесс вакуумдық инфузия сияқты таза емес және талшық-шайыр арақатынасы бойынша әрқашан ең оңтайландырылған құрылымды шығармайды, бірақ вакуумды инфузия процесіне қарағанда аз уақыт алады.Вакуумды инфузия құрғақ талшықты дұрыс бағытта орналастырады, содан кейін құрғақ қабат вакуумды қапшыққа салынып, вакуумды қолданған кезде бөлікке тартылатын шайырдың жеткізілуіне әкелетін қосымша фитингтер бекітіледі.Вакуум шайыр мөлшерін оңтайлы деңгейде ұстауға көмектеседі және ұшпа органикалық заттардың бөлінуін азайтады.
Айналдыру қорапшасы тегіс ішкі бетті қамтамасыз ету үшін ер қалыпқа екі бөлек жартыға қолды төсеуді пайдаланады.Содан кейін бұл екі жартысы тиісті беріктікті қамтамасыз ету үшін байланыстыру нүктесінде сыртқы жағына қосылған талшықпен біріктіріледі.Айналдыру корпусындағы қысым жүктемесі жоғары беріктігі жоғары композицияны қажет етпейді, сондықтан шыны талшықты матаны эпоксидті шайырмен дымқыл төсеу жеткілікті болады.Айналдыру корпусының қалыңдығы штокпен бірдей дизайн параметріне негізделген.250 кВт қондырғы осьтік ағынды машина болып табылады, сондықтан айналдыру корпусы жоқ.
Турбиналық жүгіргіш күрделі геометрияны жоғары жүктеме талаптарымен біріктіреді.Жақында жүргізілген жұмыстар беріктігі жоғары құрылымдық компоненттерді тамаша беріктігі мен қаттылығы бар туралған препрег SMC-ден жасауға болатындығын көрсетті.5 Lamborghini Gallardo аспалы иіндігі соғылған композит ретінде белгілі, сығымдалған препрегтің бірнеше қабаттары арқылы жасалған. қажетті қалыңдықты алу үшін.Дәл осындай әдісті Френсис пен винттің жүгіргіштеріне де қолдануға болады.Фрэнсис жүгіргішін бір бірлік ретінде жасауға болмайды, өйткені пышақтың қабаттасуының күрделілігі бөліктің қалыптан алынуына жол бермейді.Осылайша, жүгіргіш жүздер, тәж және жолақ бөлек дайындалады, содан кейін бір-бірімен байланыстырылады және тәж мен жолақтың сырты арқылы болттармен күшейтіледі.
Тартпа түтігі жіпті ораманы пайдалану арқылы оңай дайындалғанымен, бұл процесс табиғи талшықтарды пайдалана отырып коммерцияланбаған.Осылайша, қолды төсеу таңдалды, өйткені бұл жоғары еңбек шығындарына қарамастан стандартты өндіріс әдісі.Оправкаға ұқсас еркек қалыпты қолданып, төсеуді қалыппен көлденеңінен аяқтауға болады, содан кейін бір жағында салбырап қалуды болдырмайтын емдеу үшін тік айналдыруға болады.Композиттік бөліктердің салмағы дайын бөліктегі шайырдың мөлшеріне байланысты аздап өзгереді.Бұл сандар талшықтың 50% салмағына негізделген.
Болат және композициялық 2-МВт турбинаның жалпы салмағы сәйкесінше 9 888 кг және 7 016 кг құрайды.250 кВт болат және композиттік турбиналар сәйкесінше 3 734 кг және 1 927 кг.Қорытындылар әрбір турбина үшін 20 қақпа қақпасын және турбинаның басына тең ұзындықты қабылдайды.Бәлкім, қорапша ұзағырақ және фитингтерді қажет етеді, бірақ бұл сан құрылғының және оған байланысты перифериялық құрылғылардың салмағының негізгі бағасын береді.Генератор, болттар және қақпаларды іске қосу аппаратурасы кірмейді және композиттік және болат қондырғылар арасында ұқсас деп есептеледі.Сондай-ақ, СЭҚ-да көрінетін кернеу концентрацияларын есепке алу үшін қажет жүгіргінің қайта дизайны композициялық бірліктерге салмақ қосатынын атап өткен жөн, бірақ кернеу концентрациясы бар нүктелерді нығайту үшін сома 5 кг тәртібінде минималды деп есептеледі.
Берілген салмақтармен 2-МВт композиттік турбинаны және оның тіреуішін жылдам V-22 Osprey көтеруге болады, ал болат машинасы баяу, маневрлі Chinook қос роторлы тікұшағын қажет етеді.Сондай-ақ, 2-МВт композиттік турбинаны және штокты F-250 4×4 сүйреуге болады, ал болат қондырғысы қашықтағы орнату болса, орман жолдарында маневр жасау қиын болатын үлкенірек жүк көлігін қажет етеді.
Қорытындылар
Композиттік материалдардан турбиналарды салу мүмкін және әдеттегі болат компоненттерімен салыстырғанда салмақтың 50%-дан 70%-ға дейін төмендеуі байқалды.Салмағының төмендеуі композиттік турбиналарды шалғай жерлерде орнатуға мүмкіндік береді.Сонымен қатар, бұл композициялық құрылымдарды құрастыру дәнекерлеу жабдығын қажет етпейді.Құрамдас бөліктер сонымен қатар болттарды біріктіруді қажет етеді, өйткені әрбір бөлік бір немесе екі бөлікте жасалуы мүмкін.Осы зерттеуде үлгіленген шағын өндірістерде қалыптардың және басқа құралдардың құны құрамдас бөліктердің құнынан басым болады.
Мұнда көрсетілген шағын жүгірістер осы материалдарды одан әрі зерттеуді бастау қанша тұратынын көрсетеді.Бұл зерттеу кавитациялық эрозияны және орнатудан кейін компоненттерді ультракүлгін сәулелерден қорғауды қарастыруы мүмкін.Кавитацияны азайту немесе турбинаның кавитацияның пайда болуына жол бермейтін ағын және бас режимдерінде жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін эластомерлік немесе керамикалық жабындарды қолдануға болады.Қондырғылардың болат турбиналар сияқты сенімділігіне қол жеткізу үшін осы және басқа мәселелерді сынау және шешу маңызды болады, әсіресе олар техникалық қызмет көрсету сирек болатын жерлерде орнатылатын болса.
Тіпті осы шағын жұмыстардың өзінде кейбір композиттік құрамдас бөліктер өндіріске қажетті жұмыс күшін азайтуға байланысты үнемді болуы мүмкін.Мысалы, 2 МВт Фрэнсис қондырғысы үшін айналдыру корпусы болаттан дәнекерлеуге 80 000 доллар тұрады, ал композиттік өндіріс үшін 25 000 доллар.Дегенмен, турбиналық жүрістердің сәтті дизайнын болжайтын болсақ, композициялық жүрістерді қалыптау құны баламалы болат құрамдастарынан жоғары болады.2 МВт жүгіргішті болаттан жасау шамамен 23 000 долларды құраса, композиттен 27 000 доллар тұрады.Шығындар құрылғыға байланысты өзгеруі мүмкін.Қалыптарды қайта пайдалануға болатын болса, композиттік компоненттердің құны өндірістің жоғары сатыларында айтарлықтай төмендейді.
Зерттеушілер композициялық материалдардан турбиналық жүгіртпелердің құрылысын зерттеп үлгерді.8 Алайда бұл зерттеу кавитациялық эрозия мен құрылыстың орындылығын қарастырмады.Композиттік турбиналардың келесі қадамы өндірістің техникалық-экономикалық және үнемділігін дәлелдеуге мүмкіндік беретін масштабты модельді жобалау және құру болып табылады.Содан кейін бұл құрылғы тиімділік пен қолдану мүмкіндігін, сондай-ақ артық кавитация эрозиясының алдын алу әдістерін анықтау үшін сыналуы мүмкін.
Жіберу уақыты: 15 ақпан 2022 ж
