फोर्स्टर साना हाइड्रो टर्बाइनहरूको लागि कम्पोजिट सामग्रीहरू कसरी प्रयोग गर्न सकिन्छ

कम्पोजिट सामग्रीले जलविद्युत उद्योगका लागि उपकरण निर्माणमा प्रवेश गरिरहेको छ।भौतिक शक्ति र अन्य मापदण्डहरूको अनुसन्धानले विशेष गरी साना र सूक्ष्म एकाइहरूको लागि धेरै अनुप्रयोगहरू प्रकट गर्दछ।
यस लेखलाई सान्दर्भिक विशेषज्ञता भएका दुई वा बढी पेशेवरहरूद्वारा गरिएका समीक्षाहरूको आधारमा मूल्याङ्कन र सम्पादन गरिएको छ।यी सहकर्मी समीक्षकहरूले पाण्डुलिपिहरू प्राविधिक शुद्धता, उपयोगिता, र जलविद्युत उद्योग भित्रको समग्र महत्त्वको लागि न्याय गर्छन्।
नयाँ सामग्रीको वृद्धिले जलविद्युत उद्योगका लागि रोमाञ्चक अवसरहरू प्रदान गर्दछ।काठ - मूल वाटरव्हील र पेनस्टकहरूमा प्रयोग गरियो - 1800 को प्रारम्भमा स्टिल घटकहरू द्वारा आंशिक रूपमा प्रतिस्थापन गरिएको थियो।स्टिलले उच्च थकान लोडिङको माध्यमबाट आफ्नो शक्ति कायम राख्छ र cavitation क्षरण र क्षरणको प्रतिरोध गर्दछ।यसको गुणहरू राम्ररी बुझेका छन् र घटक निर्माणका लागि प्रक्रियाहरू राम्ररी विकसित छन्।ठूला एकाइहरूको लागि, इस्पात सम्भवतः छनौटको सामग्री रहनेछ।
यद्यपि, सानो (१० मेगावाट भन्दा कम) मा माइक्रो साइज (१०० किलोवाट भन्दा कम) टर्बाइनको वृद्धिलाई ध्यानमा राख्दै, कम्पोजिटहरू वजन बचत गर्न र उत्पादन लागत र वातावरणीय प्रभाव कम गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।यो विशेष गरी सान्दर्भिक छ बिजुली आपूर्ति मा वृद्धि को लागी निरन्तर आवश्यकता मा।स्थापित विश्व जलविद्युत क्षमता, लगभग 800,000 मेगावाट, नर्वेजियन नवीकरणीय ऊर्जा साझेदारहरूको 2009 को अध्ययन अनुसार, आर्थिक रूपमा सम्भाव्य जलविद्युतको 10% र प्राविधिक रूपमा सम्भाव्य जलविद्युतको 6% मात्र हो।कम्पोजिट कम्पोनेन्टको क्षमताले स्केलको अर्थतन्त्र प्रदान गर्न प्राविधिक रूपमा सम्भाव्य जलविद्युतलाई आर्थिक रूपमा सम्भाव्यताको दायरामा ल्याउने सम्भावना बढ्छ।

कम्पोजिट कम्पोनेन्ट निर्माण
पेनस्टकलाई आर्थिक रूपमा र लगातार उच्च शक्तिको साथ उत्पादन गर्न, सबैभन्दा राम्रो तरिका फिलामेन्ट विन्डिङ हो।एउटा ठुलो मन्ड्रेललाई फाइबरको टुक्राले बेरिएको हुन्छ जुन राल बाथबाट चलाइएको हुन्छ।आन्तरिक दबाब, अनुदैर्ध्य झुकाउने र ह्यान्डलिङको लागि बल सिर्जना गर्न टोहरू हुप र हेलिकल ढाँचामा बेरिएका छन्।तलको नतिजा खण्डले स्थानीय आपूर्तिकर्ताहरूको उद्धरणको आधारमा दुई पेनस्टक साइजहरूको लागि प्रति फिट लागत र वजन देखाउँछ।उद्धरणले देखायो कि डिजाइन मोटाई स्थापना र ह्यान्डलिंग आवश्यकताहरु द्वारा संचालित थियो, अपेक्षाकृत कम दबाव लोड को सट्टा, र दुबै को लागी यो 2.28 सेन्टिमिटर थियो।
विकेट गेट्स र स्टे भ्यान्सका लागि दुई उत्पादन विधिहरू विचार गरियो;भिजेको लेअप र भ्याकुम इन्फ्युजन।भिजेको लेअपले सुक्खा कपडाको प्रयोग गर्दछ, जुन कपडामा राल खन्याएर र रोलरहरू प्रयोग गरेर कपडामा राललाई धकेलिन्छ।यो प्रक्रिया भ्याकुम इन्फ्युजन जत्तिकै सफा छैन र फाइबर-देखि-राल अनुपातको सन्दर्भमा सधैं सबैभन्दा अनुकूलित संरचना उत्पादन गर्दैन, तर यसले भ्याकुम इन्फ्युजन प्रक्रिया भन्दा कम समय लिन्छ।भ्याकुम इन्फ्युजनले सही अभिमुखीकरणमा सुख्खा फाइबर राख्छ, र सुख्खा स्ट्याकलाई भ्याकुम ब्याग गरिएको हुन्छ र अतिरिक्त फिटिंगहरू जोडिन्छन् जसले रेजिन आपूर्तिमा नेतृत्व गर्दछ, जुन भ्याकुम लागू गर्दा भागमा तानिन्छ।भ्याकुमले इष्टतम स्तरमा रालको मात्रा कायम राख्न मद्दत गर्दछ र वाष्पशील जैविकहरूको रिलीजलाई कम गर्दछ।
चिल्लो भित्री सतह सुनिश्चित गर्न स्क्रोल केसले पुरुष मोल्डमा दुई अलग भागहरूमा ह्यान्ड लेअप प्रयोग गर्दछ।यी दुई भागहरू त्यसपछि बन्डिङ बिन्दुमा बाहिर जोडिएको फाइबरसँग पर्याप्त बल सुनिश्चित गर्नको लागि बाँधिएको हुनेछ।स्क्रोल केसमा प्रेशर लोडलाई उच्च-शक्तिको उन्नत कम्पोजिट आवश्यक पर्दैन, त्यसैले इपोक्सी रालको साथ फाइबरग्लास कपडाको भिजेको लेअप पर्याप्त हुनेछ।स्क्रोल केसको मोटाई पेनस्टक जस्तै डिजाइन प्यारामिटरमा आधारित थियो।250-kW एकाइ अक्षीय प्रवाह मेसिन हो, त्यसैले त्यहाँ कुनै स्क्रोल केस छैन।

टर्बाइन धावकले जटिल ज्यामितिलाई उच्च भार आवश्यकताहरूसँग जोड्छ।भर्खरैको कामले देखाएको छ कि उच्च-शक्तिको संरचनात्मक अवयवहरू उत्कृष्ट बल र कठोरताको साथ काटिएको प्रिप्रेग एसएमसीबाट निर्माण गर्न सकिन्छ। 5 ल्याम्बोर्गिनी ग्यालार्डोको निलम्बन हातलाई नक्कली कम्पोजिट, कम्प्रेसन मोल्ड भनेर चिनिने काटिएको प्रिप्रेग एसएमसीको धेरै तहहरू प्रयोग गरेर डिजाइन गरिएको थियो। आवश्यक मोटाई उत्पादन गर्न।उही विधि फ्रान्सिस र प्रोपेलर धावकहरूमा लागू गर्न सकिन्छ।फ्रान्सिस धावकलाई एक इकाईको रूपमा बनाउन सकिँदैन, किनकि ब्लेड ओभरल्यापको जटिलताले भागलाई मोल्डबाट निकाल्नबाट रोक्छ।यसरी, धावक ब्लेड, मुकुट र ब्यान्ड अलग-अलग बनाइन्छ र त्यसपछि एकसाथ बाँधिएको हुन्छ र क्राउन र ब्यान्डको बाहिरी भागबाट बोल्टको साथ बलियो बनाइन्छ।
जबकि ड्राफ्ट ट्यूब सबैभन्दा सजिलै फिलामेन्ट घुमाउरो प्रयोग गरेर निर्मित छ, यो प्रक्रिया प्राकृतिक फाइबर प्रयोग गरेर व्यापारीकरण गरिएको छैन।यसैले, हात लेअप छनौट गरियो, किनकि यो उच्च श्रम लागतको बावजुद निर्माणको मानक विधि हो।म्यान्ड्रेल जस्तै पुरुष मोल्ड प्रयोग गरेर, लेअपलाई मोल्ड तेर्सोसँग पूरा गर्न सकिन्छ र त्यसपछि एक छेउमा ढिलो हुनबाट रोक्नको लागि ठाडो रूपान्तरण गर्न सकिन्छ।कम्पोजिट भागहरूको वजन समाप्त भागमा रालको मात्रामा निर्भर गर्दै थोरै फरक हुनेछ।यी संख्याहरू 50% फाइबर वजनमा आधारित छन्।
स्टिल र कम्पोजिट २ मेगावाट टर्बाइनको कुल वजन क्रमशः ९,८८८ केजी र ७,०१६ केजी छ।२५० किलोवाटको स्टिल र कम्पोजिट टर्बाइनहरू क्रमशः ३,७३४ केजी र १,९२७ केजी छन्।कुलले प्रत्येक टर्बाइनको लागि 20 विकेट गेटहरू र टर्बाइनको टाउको बराबरको पेनस्टक लम्बाइ मानिन्छ।यो सम्भव छ कि पेनस्टक लामो हुनेछ र फिटिंग आवश्यक छ, तर यो संख्याले एकाइको वजन र सम्बन्धित बाह्य उपकरणहरूको आधारभूत अनुमान दिन्छ।जेनेरेटर, बोल्ट र गेट एक्च्युएटिंग हार्डवेयर समावेश गरिएको छैन र कम्पोजिट र स्टिल एकाइहरू बीच समान मानिन्छ।यो पनि ध्यान दिन लायक छ कि FEA मा देखाइएको तनाव एकाग्रताको लागि खातामा धावक पुन: डिजाइन आवश्यक छ कम्पोजिट एकाइहरूमा तौल थपिनेछ, तर तनाव एकाग्रताको साथ बिन्दुहरू बलियो बनाउन 5 kg को क्रममा रकम न्यूनतम मानिन्छ।
दिइएको तौलको साथ, 2-MW कम्पोजिट टर्बाइन र यसको पेनस्टक द्रुत V-22 Osprey द्वारा उठाउन सकिन्छ, जबकि स्टिल मेसिनलाई ढिलो, कम म्यान्युभरेबल चिनूक ट्विन रोटर हेलिकप्टर चाहिन्छ।साथै, 2-MW कम्पोजिट टर्बाइन र पेनस्टक F-250 4×4 द्वारा तान्न सकिन्छ, जबकि स्टिल एकाइलाई ठूलो ट्रक चाहिन्छ जुन स्थापना टाढाको भएमा जंगलको सडकहरूमा चलाउन गाह्रो हुनेछ।

निष्कर्ष
कम्पोजिट सामग्रीबाट टर्बाइनहरू निर्माण गर्न सम्भव छ, र परम्परागत स्टिल कम्पोनेन्टहरूको तुलनामा ५०% देखि ७०% सम्म तौल घटेको देखियो।कम तौलले कम्पोजिट टर्बाइनहरू टाढाको स्थानहरूमा स्थापना गर्न अनुमति दिन्छ।थप रूपमा, यी समग्र संरचनाहरूको संयोजनलाई वेल्डिङ उपकरणको आवश्यकता पर्दैन।कम्पोनेन्टहरूलाई पनि कम भागहरू सँगै बोल्ट गर्न आवश्यक छ, किनकि प्रत्येक टुक्रा एक वा दुई खण्डहरूमा बनाउन सकिन्छ।यस अध्ययनमा मोडेल गरिएको सानो उत्पादन रनमा, मोल्ड र अन्य उपकरणको लागत कम्पोनेन्ट लागतमा हावी हुन्छ।
यहाँ संकेत गरिएका साना रनहरूले यी सामग्रीहरूमा थप अनुसन्धान सुरु गर्न कति खर्च लाग्ने देखाउँछन्।यस अनुसन्धानले स्थापना पछि घटकहरूको cavitation क्षरण र UV सुरक्षालाई सम्बोधन गर्न सक्छ।cavitation कम गर्न वा टर्बाइन प्रवाह र टाउको व्यवस्थामा चल्ने सुनिश्चित गर्नका लागि इलास्टोमर वा सिरेमिक कोटिंग्स प्रयोग गर्न सम्भव हुन सक्छ जसले cavitation हुनबाट रोक्न सक्छ।यी र अन्य मुद्दाहरूको परीक्षण र समाधान गर्न महत्त्वपूर्ण हुनेछ कि एकाइहरूले स्टिल टर्बाइनहरू जस्तै विश्वसनीयता हासिल गर्न सक्छन्, विशेष गरी यदि तिनीहरू मर्मत विरलै हुने ठाउँहरूमा स्थापना गर्ने हो भने।
यी साना रनहरूमा पनि, केही कम्पोजिट कम्पोनेन्टहरू लागत-प्रभावी हुन सक्छन् किनभने निर्माणको लागि आवश्यक श्रम कम हुन्छ।उदाहरण को लागी, 2-MW फ्रान्सिस एकाई को लागी एक स्क्रोल केस कम्पोजिट निर्माण को लागी $ 25,000 को तुलना मा इस्पात देखि वेल्डेड गर्न $80,000 खर्च हुनेछ।यद्यपि, टर्बाइन धावकहरूको सफल डिजाइन मान्दा, कम्पोजिट धावकहरूलाई मोल्ड गर्नको लागि लागत बराबर स्टिल कम्पोनेन्टहरू भन्दा बढी छ।२ मेगावाटको धावक स्टिलबाट निर्माण गर्न करिब २३,००० डलर खर्च हुनेछ, कम्पोजिटबाट २७,००० डलरको तुलनामा।मेसिन अनुसार लागत फरक हुन सक्छ।र यदि मोल्डहरू पुन: प्रयोग गर्न सकिन्छ भने कम्पोजिट कम्पोनेन्टहरूको लागत उच्च उत्पादन रनहरूमा उल्लेखनीय रूपमा घट्नेछ।
अन्वेषकहरूले पहिले नै कम्पोजिट सामग्रीबाट टर्बाइन धावकहरूको निर्माणको अनुसन्धान गरिसकेका छन्। 8 यद्यपि, यस अध्ययनले cavitation क्षरण र निर्माणको सम्भाव्यतालाई सम्बोधन गरेको छैन।कम्पोजिट टर्बाइनहरूको लागि अर्को चरण भनेको निर्माणको सम्भाव्यता र अर्थव्यवस्थाको प्रमाणलाई अनुमति दिने स्केल मोडेल डिजाइन र निर्माण गर्नु हो।यस इकाईलाई त्यसपछि दक्षता र प्रयोज्यता निर्धारण गर्न परीक्षण गर्न सकिन्छ, साथै अतिरिक्त cavitation क्षरण रोक्नको लागि विधिहरू।