Materjali komposti qed jagħmlu progress fil-kostruzzjoni ta 'tagħmir għall-industrija tal-enerġija idroelettrika.Investigazzjoni dwar is-saħħa tal-materjal u kriterji oħra tiżvela ħafna aktar applikazzjonijiet, partikolarment għal unitajiet żgħar u mikro.
Dan l-artikolu ġie evalwat u editjat skont reviżjonijiet imwettqa minn żewġ professjonisti jew aktar li għandhom għarfien espert rilevanti.Dawn ir-reviżuri bejn il-pari jiġġudikaw il-manuskritti għall-eżattezza teknika, l-utilità, u l-importanza ġenerali fl-industrija idroelettrika.
Iż-żieda ta 'materjali ġodda tipprovdi opportunitajiet eċċitanti għall-industrija idroelettrika.L-injam - użat fil-waterwheels u l-pinstocks oriġinali - ġie sostitwit parzjalment minn komponenti tal-azzar fil-bidu tas-snin 1800.L-azzar iżomm is-saħħa tiegħu permezz ta 'tagħbija għolja ta' għeja u jirreżisti l-erożjoni u l-korrużjoni tal-cavitation.Il-proprjetajiet tiegħu huma mifhuma tajjeb u l-proċessi għall-manifattura tal-komponenti huma żviluppati tajjeb.Għal unitajiet kbar, l-azzar x'aktarx jibqa 'l-materjal tal-għażla.
Madankollu, minħabba ż-żieda ta 'turbini żgħar (taħt l-10 MW) għal mikro-daqs (taħt il-100 kW), komposti jistgħu jintużaw biex jiffrankaw il-piż u jnaqqsu l-ispiża tal-manifattura u l-impatt ambjentali.Dan huwa speċjalment rilevanti minħabba l-ħtieġa kontinwa għal tkabbir fil-provvista tal-elettriku.Il-kapaċità idroelettrika dinjija installata, kważi 800,000 MW skont studju tal-2009 minn Norwegian Renewable Energy Partners, hija biss 10% tal-idroenerġija ekonomikament fattibbli u 6% tal-idroenerġija teknikament fattibbli.Il-potenzjal li jinġiebu aktar mill-idro teknikament fattibbli fil-qasam taż-żidiet ekonomikament fattibbli bil-kapaċità ta 'komponenti komposti li jipprovdu ekonomija ta' skala.
Manifattura ta 'komponenti komposti
Biex timmanifattura l-pinstock ekonomikament u b'qawwa għolja konsistenti, l-aħjar metodu huwa l-istralċ tal-filament.Mandrin kbir huwa mgeżwer bi stoppi ta 'fibra li jkunu ġew immexxija minn banju tar-reżina.L-irmonk huma mgeżwra f'mudelli ta 'ċrieki u helical biex joħolqu saħħa għall-pressjoni interna, liwi lonġitudinali u tqandil.It-taqsima tar-riżultati hawn taħt turi l-ispiża u l-piż għal kull sieq għaż-żewġ daqsijiet tal-pinstock, ibbażati fuq kwotazzjoni minn fornituri lokali.Il-kwotazzjoni wriet li l-ħxuna tad-disinn kienet immexxija minn rekwiżiti ta 'installazzjoni u tqandil, aktar milli t-tagħbija tal-pressjoni relattivament baxxa, u għat-tnejn kienet 2.28 ċm.
Żewġ metodi ta 'manifattura ġew ikkunsidrati għall-wicket Gates u waqfa vanes;layup imxarrab u infużjoni bil-vakwu.Layup imxarrab juża drapp niexef, li huwa mimli billi tferra reżina fuq id-drapp u tuża rombli biex timbotta r-reżina fid-drapp.Dan il-proċess mhuwiex nadif daqs l-infużjoni bil-vakwu u mhux dejjem jipproduċi l-aktar struttura ottimizzata f'termini ta 'proporzjon ta' fibra għal raża, iżda jieħu inqas ħin mill-proċess ta 'infużjoni bil-vakwu.L-infużjoni bil-vakwu tpoġġi fibra niexfa fl-orjentazzjonijiet korretti, u l-munzell niexef imbagħad jitqiegħed f'boroż bil-vakwu u jitwaħħlu fittings żejda li jwasslu għal provvista ta 'reżina, li tinġibed fil-parti meta jiġi applikat il-vakwu.Il-vakwu jgħin biex iżomm l-ammont ta 'reżina f'livell ottimali u jnaqqas ir-rilaxx ta' organiċi volatili.
Il-każ tal-iscroll se juża layup tal-idejn f'żewġ nofsijiet separati fuq moffa maskili biex jiżgura wiċċ ta 'ġewwa lixx.Dawn iż-żewġ nofsijiet imbagħad jiġu magħqudin flimkien b'fibra miżjuda ma 'barra fil-punt tat-twaħħil biex tiġi żgurata saħħa adegwata.It-tagħbija tal-pressjoni fil-każ ta 'l-iscroll ma teħtieġx kompost avvanzat ta' saħħa għolja, għalhekk layup imxarrab ta 'drapp tal-fibreglass b'reżina epoxy se jkun biżżejjed.Il-ħxuna tal-kaxxa tal-iscroll kienet ibbażata fuq l-istess parametru tad-disinn bħall-pinstock.L-unità ta '250-kW hija magna tal-fluss axjali, għalhekk m'hemm l-ebda każ ta' scroll.
Runner tat-turbini jgħaqqad ġeometrija kumplessa b'rekwiżiti ta 'tagħbija għolja.Xogħol reċenti wera li komponenti strutturali ta 'saħħa għolja jistgħu jiġu manifatturati minn SMC prepreg imqatta' b'saħħa u ebusija eċċellenti.5 Id-driegħ tas-sospensjoni tal-Lamborghini Gallardo kien iddisinjat bl-użu ta' saffi multipli ta' SMC prepreg imqatta' magħruf bħala kompost falsifikat, iffurmat bil-kompressjoni. biex tipproduċi l-ħxuna meħtieġa.L-istess metodu jista 'jiġi applikat għall-Francis u runners skrun.Ir-runner Francis ma jistax isir bħala unità waħda, peress li l-kumplessità tal-koinċidenza tax-xafra tipprevjeni li l-parti tiġi estratta mill-moffa.Għalhekk, ix-xfafar tar-runner, il-kuruna u l-faxxa huma manifatturati separatament u mbagħad magħqudin flimkien u msaħħa b'boltijiet minn barra tal-kuruna u l-faxxa.
Filwaqt li t-tubu tal-abbozz huwa manifatturat l-aktar faċilment bl-użu ta 'l-istralċ tal-filament, dan il-proċess ma ġiex ikkummerċjalizzat bl-użu ta' fibri naturali.Għalhekk, intgħażlet layup tal-idejn, peress li dan huwa metodu standard ta 'manifattura, minkejja l-ispejjeż ogħla tax-xogħol.Bl-użu ta 'moffa maskili simili għal mandrin, il-layup jista' jitlesta bil-moffa orizzontali u mbagħad imdawwar vertikali biex tfejjaq, u tevita sagging fuq naħa waħda.Il-piż tal-partijiet komposti se jvarja kemmxejn skont l-ammont ta 'reżina fil-parti lesta.Dawn in-numri huma bbażati fuq 50% piż tal-fibra.
Il-piżijiet totali għall-azzar u l-komposti 2-MW turbina huma 9,888 kg u 7,016 kg, rispettivament.L-azzar ta '250-kW u turbini komposti huma 3,734 kg u 1,927 kg, rispettivament.It-totali jassumu 20 wicket gate għal kull turbina u tul tal-pinstock ugwali għar-ras tat-turbina.Huwa probabbli li l-pinstock ikun itwal u jeħtieġ fittings, iżda dan in-numru jagħti stima bażika tal-piż tal-unità u periferali assoċjati.Il-ġeneratur, il-boltijiet u l-ħardwer tal-attwazzjoni tal-bieb mhumiex inklużi u huma preżunti li huma simili bejn l-unitajiet komposti u tal-azzar.Ta’ min jinnota wkoll li d-disinn mill-ġdid tar-runner meħtieġ biex jagħti kont tal-konċentrazzjonijiet tal-istress li dehru fil-FEA jżid il-piż mal-unitajiet komposti, iżda l-ammont huwa preżunt li huwa minimu, tal-ordni ta’ 5 kg biex jissaħħu l-punti b’konċentrazzjoni tal-istress.
Bil-piżijiet mogħtija, it-turbina kompost ta '2-MW u l-pinstock tagħha jistgħu jitneħħew mill-V-22 Osprey veloċi, filwaqt li l-magna tal-azzar tkun teħtieġ ħelikopter b'rotor doppju Chinook aktar bil-mod u inqas manuvrabbli.Ukoll, it-turbina komposta ta '2-MW u l-pinstock jistgħu jiġu rmunkati minn F-250 4 × 4, filwaqt li l-unità tal-azzar tkun teħtieġ trakk akbar li jkun diffiċli biex jimmanuvra fit-toroq tal-foresti jekk l-installazzjoni tkun remota.
Konklużjonijiet
Huwa fattibbli li jinbnew turbini minn materjali komposti, u deher tnaqqis fil-piż ta '50% sa 70% meta mqabbel ma' komponenti ta 'l-azzar konvenzjonali.Il-piż imnaqqas jista 'jippermetti li turbini komposti jiġu installati f'postijiet remoti.Barra minn hekk, l-assemblaġġ ta 'dawn l-istrutturi komposti ma jeħtieġx tagħmir għall-iwweldjar.Il-komponenti jeħtieġu wkoll inqas partijiet biex jiġu mbarrati flimkien, peress li kull biċċa tista 'ssir f'sezzjoni waħda jew tnejn.Fil-ġirjiet żgħar ta 'produzzjoni mmudellati f'dan l-istudju, l-ispiża tal-forom u għodda oħra jiddominaw l-ispiża tal-komponent.
Il-ġirjiet żgħar indikati hawn juru x'jiswa biex tibda riċerka ulterjuri f'dawn il-materjali.Din ir-riċerka tista 'tindirizza l-erożjoni tal-cavitation u l-protezzjoni UV tal-komponenti wara l-installazzjoni.Jista 'jkun possibbli li tuża kisi ta' elastomer jew taċ-ċeramika biex tnaqqas il-kavitazzjoni jew tiżgura li t-turbina taħdem fir-reġimi tal-fluss u tar-ras li jipprevjenu l-kavitazzjoni milli sseħħ.Ikun importanti li jiġu ttestjati u riżolti dawn il-kwistjonijiet u oħrajn biex jiġi żgurat li l-unitajiet jistgħu jiksbu affidabbiltà simili għat-turbini tal-azzar, speċjalment jekk għandhom jiġu installati f'żoni fejn il-manutenzjoni ma tkunx frekwenti.
Anke f'dawn il-ġirjiet żgħar, xi komponenti komposti jistgħu jkunu kost-effettivi minħabba t-tnaqqis tax-xogħol meħtieġ għall-manifattura.Pereżempju, każ ta 'scroll għall-unità Francis ta' 2 MW jiswa $ 80,000 biex jiġi wweldjat mill-azzar meta mqabbel ma '$ 25,000 għall-manifattura kompost.Madankollu, jekk wieħed jassumi disinn b'suċċess ta 'runners tat-turbini, l-ispiża għall-iffurmar tar-runners komposti hija aktar minn komponenti ta' l-azzar ekwivalenti.Ir-runner 2-MW jiswa madwar $23,000 għall-manifattura mill-azzar, meta mqabbel ma '$27,000 minn kompost.L-ispejjeż jistgħu jvarjaw skont il-magna.U l-ispiża għall-komponenti komposti tinżel b'mod konsiderevoli fil-produzzjoni ogħla jekk il-forom jistgħu jerġgħu jintużaw.
Ir-riċerkaturi diġà investigaw il-kostruzzjoni ta 'runners tat-turbini minn materjali komposti.8 Madankollu, dan l-istudju ma indirizzax l-erożjoni tal-kavitazzjoni u l-fattibilità tal-kostruzzjoni.Il-pass li jmiss għat-turbini komposti huwa li tiddisinja u tibni mudell fuq skala li jippermetti prova ta 'fattibilità u ekonomija tal-manifattura.Din l-unità tista 'mbagħad tiġi ttestjata biex tiddetermina l-effiċjenza u l-applikabilità, kif ukoll metodi għall-prevenzjoni tal-erożjoni tal-cavitation żejda.
Ħin tal-post: Frar-15-2022
