Kompozitinės medžiagos žengia į priekį statant hidroenergijos pramonės įrangą.Medžiagos stiprumo ir kitų kriterijų tyrimas atskleidžia daug daugiau pritaikymų, ypač mažiems ir mikro vienetams.
Šis straipsnis buvo įvertintas ir redaguotas pagal dviejų ar daugiau specialistų, turinčių atitinkamą patirtį, atliktas apžvalgas.Šie recenzentai vertina rankraščius dėl techninio tikslumo, naudingumo ir bendros svarbos hidroelektrinių pramonėje.
Naujų medžiagų atsiradimas suteikia įdomių galimybių hidroelektrinių pramonei.1800-ųjų pradžioje medieną, naudotą originaliuose vandens ratuose ir antgaliuose, iš dalies pakeitė plieniniai komponentai.Plienas išlaiko savo tvirtumą dėl didelės nuovargio apkrovos ir atsparus kavitacijos erozijai ir korozijai.Jo savybės yra gerai suprantamos, o komponentų gamybos procesai yra gerai išplėtoti.Dideliems vienetams plienas greičiausiai išliks pasirinkta medžiaga.
Tačiau, atsižvelgiant į mažų (mažiau 10 MW) iki mikro dydžio (mažiau nei 100 kW) turbinų atsiradimą, kompozitai gali būti naudojami siekiant sutaupyti svorio ir sumažinti gamybos sąnaudas bei poveikį aplinkai.Tai ypač svarbu, atsižvelgiant į nuolatinį elektros tiekimo augimo poreikį.Remiantis 2009 m. Norvegijos atsinaujinančios energijos partnerių atliktu tyrimu, instaliuota pasaulinė vandens galia, beveik 800 000 MW, sudaro tik 10% ekonomiškai įmanomų ir 6% techniškai įmanomų hidroenergių.Galimybė įtraukti daugiau techniškai įmanomų hidroelektrinių į ekonomiškai įmanomų sferą didėja, nes sudėtiniai komponentai gali užtikrinti masto ekonomiją.
Kompozitinių komponentų gamyba
Norint ekonomiškai ir pastoviai stipriai pagaminti švirkštimo priedą, geriausias būdas yra gijų apvija.Didelis įtvaras yra apvyniotas pluošto kuodeliais, kurie buvo perleisti per dervos vonią.Kuodeliai yra apvynioti lankais ir sraigtiniais raštais, kad sukurtų tvirtumą vidiniam slėgiui, išilginiam lenkimui ir valdymui.Žemiau esančiame rezultatų skyriuje parodytos dviejų dydžių rašiklio dydžių pėdos kaina ir svoris, remiantis vietinių tiekėjų pasiūlymu.Citata parodė, kad projektinį storį lėmė montavimo ir tvarkymo reikalavimai, o ne santykinai maža slėgio apkrova, ir abiejų jis buvo 2,28 cm.
Buvo apsvarstyti du vartų vartų ir atraminių mentelių gamybos būdai;šlapias klojimas ir vakuuminė infuzija.Šlapiam klojimui naudojamas sausas audinys, kuris impregnuojamas užpilant dervą ant audinio ir voleliais įstumiant dervą į audinį.Šis procesas nėra toks švarus kaip vakuuminė infuzija ir ne visada sukuria optimaliausią struktūrą pluošto ir dervos santykio požiūriu, tačiau tai trunka trumpiau nei vakuuminio infuzijos procesas.Vakuuminėje infuzijoje sausas pluoštas išdėstomas tinkamomis kryptimis, o sausas pluoštas supilamas į vakuuminį maišelį ir pritvirtinamos papildomos jungiamosios detalės, kurios veda į dervos tiekimą, kuris įtraukiamas į dalį, kai naudojamas vakuumas.Vakuumas padeda išlaikyti optimalų dervos kiekį ir sumažina lakiųjų organinių medžiagų išsiskyrimą.
Kad būtų užtikrintas lygus vidinis paviršius, slankiojantis dėklas bus išdėstytas dviem atskiromis pusėmis ant vyriškos formos.Tada šios dvi pusės bus sujungtos kartu su pluoštu, pridėtu prie išorinės sujungimo vietos, kad būtų užtikrintas tinkamas stiprumas.Slėgio apkrovai ritininiame korpuse nereikia didelio stiprumo pažangaus kompozito, todėl pakaks šlapio stiklo pluošto audinio klojimo su epoksidine derva.Slinkties dėklo storis buvo pagrįstas tuo pačiu dizaino parametru kaip ir rašiklio.250 kW galios įrenginys yra ašinio srauto mašina, todėl nėra slinkties korpuso.
Turbinos bėgikas sujungia sudėtingą geometriją su dideliais apkrovos reikalavimais.Neseniai atliktas darbas parodė, kad didelio stiprumo konstrukciniai komponentai gali būti pagaminti iš susmulkinto prepreg SMC, pasižyminčio puikiu stiprumu ir standumu.5 „Lamborghini Gallardo“ pakabos svirtis buvo sukurta naudojant kelis sluoksnius susmulkinto prepreg SMC, žinomo kaip kaltinis kompozitas, suspaustas. pagaminti reikiamą storį.Tas pats metodas gali būti taikomas ir Pranciškaus bei sraigtų bėgikams.Pranciškaus bėgiko negalima padaryti kaip vieno vieneto, nes dėl sudėtingo ašmenų persidengimo dalis negalėtų būti ištraukta iš formos.Taigi bėgiko mentės, karūnėlė ir juosta gaminami atskirai, tada sujungiami ir sutvirtinama varžtais per karūnėlės ir juostos išorę.
Nors traukos vamzdį lengviausia pagaminti naudojant gijų apviją, šis procesas nebuvo parduodamas naudojant natūralų pluoštą.Taigi buvo pasirinktas rankų klojimas, nes tai yra standartinis gamybos būdas, nepaisant didesnių darbo sąnaudų.Naudojant vyrišką formą, panašų į įtvarą, klojimas gali būti baigtas, kai forma yra horizontali, o po to pasukama vertikaliai, kad sukietėtų, kad viena pusė nenuslinktų.Kompozitinių dalių svoris šiek tiek skirsis priklausomai nuo dervos kiekio gatavoje dalyje.Šie skaičiai pagrįsti 50% pluošto svorio.
Bendras plieninės ir kompozitinės 2 MW turbinos svoris yra atitinkamai 9 888 kg ir 7 016 kg.250 kW galios plieninės ir kompozitinės turbinos yra atitinkamai 3734 kg ir 1927 kg.Iš viso daroma prielaida, kad kiekvienai turbinai yra 20 vartelių ir stulpelio ilgis, lygus turbinos galvutei.Tikėtina, kad rašiklis būtų ilgesnis ir jam reikės jungiamųjų detalių, tačiau šis skaičius parodo pagrindinį įrenginio ir susijusių periferinių įrenginių svorį.Generatorius, varžtai ir vartų paleidimo įranga neįtraukti ir manoma, kad jie yra panašūs kompozitiniams ir plieniniams įrenginiams.Taip pat verta paminėti, kad bėgiko pertvarkymas, reikalingas atsižvelgiant į įtempių koncentraciją, matomą FEA, padidintų sudėtinių vienetų svorį, tačiau manoma, kad kiekis yra minimalus, maždaug 5 kg, kad būtų sustiprinti taškai su įtempių koncentracija.
Esant nurodytam svoriui, 2 MW galios kompozitinę turbiną ir jos atramą galėtų pakelti greitasis V-22 Osprey, o plieninei mašinai prireiktų lėtesnio, mažiau manevringo dviejų rotorių malūnsparnio Chinook.Be to, 2 MW kompozitinę turbiną ir stulpelį būtų galima vilkti F-250 4 × 4, o plieniniam blokui prireiktų didesnio sunkvežimio, kurį būtų sunku manevruoti miško keliuose, jei įrenginys būtų nutolęs.
Išvados
Turbinas galima statyti iš kompozitinių medžiagų, o svoris sumažėjo nuo 50% iki 70%, lyginant su įprastomis plieninėmis detalėmis.Dėl sumažinto svorio kompozitines turbinas galima įrengti atokiose vietose.Be to, šių kompozitinių konstrukcijų surinkimui nereikia suvirinimo įrangos.Komponentams taip pat reikia mažiau dalių, kurias reikia susukti varžtais, nes kiekvieną gabalą galima pagaminti iš vienos arba dviejų dalių.Šiame tyrime modeliuojamuose nedideliuose gamybos etapuose formų ir kitų įrankių kaina dominuoja komponentų sąnaudose.
Čia nurodytos nedidelės serijos parodo, kiek kainuotų pradėti tolesnius šių medžiagų tyrimus.Šis tyrimas gali būti skirtas kavitacijos erozijai ir komponentų apsaugai nuo UV spindulių po montavimo.Gali būti įmanoma naudoti elastomerines arba keramines dangas, kad sumažintumėte kavitaciją arba užtikrintumėte, kad turbina veiktų srauto ir slėgio režimais, kurie neleidžia atsirasti kavitacijai.Bus svarbu išbandyti ir išspręsti šias ir kitas problemas, siekiant užtikrinti, kad įrenginiai galėtų pasiekti panašų patikimumą kaip plieninės turbinos, ypač jei jie bus montuojami vietose, kur techninė priežiūra bus nedažna.
Net ir esant šioms mažoms serijoms, kai kurie sudėtiniai komponentai gali būti ekonomiški, nes gamybai reikia mažiau darbo jėgos.Pavyzdžiui, 2 MW Francis bloko slinkties korpuso suvirinimas iš plieno kainuotų 80 000 USD, o kompozitų gamyba kainuotų 25 000 USD.Tačiau darant prielaidą, kad turbinos bėgeliai suprojektuoti sėkmingai, kompozitinių bėgelių formavimo kaina yra didesnė nei lygiaverčių plieninių komponentų.2 MW bėgelio gamyba iš plieno kainuotų apie 23 000 USD, palyginti su 27 000 USD iš kompozito.Kainos gali skirtis priklausomai nuo mašinos.Kompozitinių komponentų sąnaudos gerokai sumažėtų esant didesniam gamybos etapui, jei liejimo formas būtų galima panaudoti pakartotinai.
Tyrėjai jau ištyrė turbinų bėgių konstrukciją iš kompozitinių medžiagų.8 Tačiau šis tyrimas nenagrinėjo kavitacinės erozijos ir konstrukcijos galimybių.Kitas sudėtinių turbinų žingsnis yra suprojektuoti ir sukurti mastelio modelį, kuris leistų įrodyti gamybos pagrįstumą ir ekonomiškumą.Tada šis įrenginys gali būti išbandytas, siekiant nustatyti efektyvumą ir pritaikomumą, taip pat metodus, kaip išvengti pernelyg didelės kavitacijos erozijos.
Paskelbimo laikas: 2022-02-15
