Materialet e përbëra po bëjnë depërtim në ndërtimin e pajisjeve për industrinë e hidrocentraleve.Një hetim mbi forcën e materialit dhe kriteret e tjera zbulon shumë më tepër aplikime, veçanërisht për njësitë e vogla dhe mikro.
Ky artikull është vlerësuar dhe redaktuar në përputhje me rishikimet e kryera nga dy ose më shumë profesionistë që kanë ekspertizën përkatëse.Këta vlerësues kolegë gjykojnë dorëshkrimet për saktësinë teknike, dobinë dhe rëndësinë e përgjithshme brenda industrisë hidroelektrike.
Rritja e materialeve të reja ofron mundësi emocionuese për industrinë hidroelektrike.Druri - i përdorur në rrotat origjinale të ujit dhe stoqet - u zëvendësua pjesërisht nga komponentët e çelikut në fillim të viteve 1800.Çeliku ruan forcën e tij përmes ngarkesës së lartë të lodhjes dhe i reziston erozionit të kavitacionit dhe korrozionit.Karakteristikat e tij janë kuptuar mirë dhe proceset për prodhimin e komponentëve janë të zhvilluara mirë.Për njësitë e mëdha, çeliku ka të ngjarë të mbetet materiali i zgjedhur.
Megjithatë, duke pasur parasysh rritjen e turbinave të vogla (nën 10 MW) në ato mikro (nën 100 kW), përbërësit mund të përdoren për të kursyer peshë dhe për të zvogëluar koston e prodhimit dhe ndikimin mjedisor.Kjo është veçanërisht e rëndësishme duke pasur parasysh nevojën e vazhdueshme për rritje të furnizimit me energji elektrike.Kapaciteti hidrocentral i instaluar në botë, gati 800,000 MW sipas një studimi të vitit 2009 nga Norvegjia e Renewable Energy Partners, është vetëm 10% e hidrocentralit ekonomikisht të realizueshëm dhe 6% e hidrocentralit teknikisht të realizueshëm.Potenciali për të sjellë më shumë nga hidrocentralet teknikisht të realizueshme në fushën e ekonomikisht të realizueshme rritet me aftësinë e komponentëve të përbërë për të siguruar ekonomi në shkallë.
Prodhimi i komponentëve të përbërë
Për prodhimin ekonomikisht dhe me forcë të lartë të qëndrueshme të penstokut, metoda më e mirë është mbështjellja e filamentit.Një mandrelë e madhe është e mbështjellë me topa fibrash që janë kaluar nëpër një banjë rrëshirë.Tërheqësit janë të mbështjellë me modele rrethore dhe spirale për të krijuar forcë për presionin e brendshëm, përkuljen gjatësore dhe trajtimin.Seksioni i rezultateve më poshtë tregon koston dhe peshën për këmbë për dy madhësitë e stacioneve, bazuar në një kuotë nga furnitorët vendas.Kuotimi tregoi se trashësia e projektimit u ndikua nga kërkesat e instalimit dhe trajtimit, në vend të ngarkesës relativisht të ulët të presionit, dhe për të dyja ishte 2,28 cm.
Dy metoda prodhimi u morën në konsideratë për portat e portave dhe fletët e qëndrimit;shtrimi i lagësht dhe infuzion me vakum.Shtrirja e lagësht përdor pëlhurë të thatë, e cila ngopet duke derdhur rrëshirë mbi pëlhurë dhe duke përdorur rula për të shtyrë rrëshirën në pëlhurë.Ky proces nuk është aq i pastër sa infuzioni me vakum dhe jo gjithmonë prodhon strukturën më të optimizuar për sa i përket raportit fibër-rrëshirë, por kërkon më pak kohë sesa procesi i infuzionit me vakum.Infuzioni me vakum vendos fibrën e thatë në orientimet e duhura, dhe pirgja e thatë më pas futet në thasë me vakum dhe ngjiten pajisje shtesë që çojnë në një furnizim me rrëshirë, i cili tërhiqet në pjesën kur aplikohet vakum.Vakuumi ndihmon në ruajtjen e sasisë së rrëshirës në një nivel optimal dhe redukton çlirimin e organeve të paqëndrueshme.
Kutia me rrotull do të përdorë një shtrirje dore në dy gjysma të veçanta në një kallëp mashkullor për të siguruar një sipërfaqe të brendshme të lëmuar.Këto dy gjysma më pas do të lidhen së bashku me fibra të shtuara në pjesën e jashtme në pikën e lidhjes për të siguruar forcën e duhur.Ngarkesa e presionit në kutinë e rrotullës nuk kërkon një përbërje të avancuar me qëndrueshmëri të lartë, kështu që do të jetë e mjaftueshme një vendosje e lagësht e pëlhurës me tekstil me fije qelqi me një rrëshirë epokside.Trashësia e kutisë së rrotullës bazohej në të njëjtin parametër dizajni si kapaku.Njësia 250 kW është një makinë me rrjedhje boshtore, kështu që nuk ka asnjë kuti rrotullimi.
Një vrapues turbine kombinon një gjeometri komplekse me kërkesa të larta ngarkese.Puna e fundit ka treguar se komponentët strukturorë me qëndrueshmëri të lartë mund të prodhohen nga një SMC parapreg të copëtuar me forcë dhe ngurtësi të shkëlqyeshme.5 Krahu i pezullimit të Lamborghini Gallardo u projektua duke përdorur shtresa të shumta të një SMC prepreg të copëtuar të njohur si një përbërje e farkëtuar, e formuar në shtypje për të prodhuar trashësinë e kërkuar.E njëjta metodë mund të zbatohet për vrapuesit Francis dhe helikë.Vrapuesi Francis nuk mund të bëhet si një njësi, pasi kompleksiteti i mbivendosjes së tehut do të parandalonte që pjesa të nxirret nga kallëpi.Kështu, tehet e vrapuesit, kurora dhe brezi prodhohen veçmas dhe më pas lidhen së bashku dhe përforcohen me bulona përmes pjesës së jashtme të kurorës dhe brezit.
Ndërsa tubi i tërheqjes prodhohet më lehtë duke përdorur mbështjelljen e filamentit, ky proces nuk është komercializuar duke përdorur fibra natyrale.Kështu, u zgjodh shtrirja e dorës, pasi kjo është një metodë standarde e prodhimit, pavarësisht kostove më të larta të punës.Duke përdorur një myk mashkullor të ngjashëm me një mandrelë, shtrimi mund të përfundojë me mykun horizontal dhe më pas të kthehet vertikalisht për t'u kuruar, duke parandaluar varjen nga njëra anë.Pesha e pjesëve të përbëra do të ndryshojë pak në varësi të sasisë së rrëshirës në pjesën e përfunduar.Këto shifra bazohen në 50% të peshës së fibrave.
Peshat totale për turbinën e çelikut dhe të përbërë 2-MW janë përkatësisht 9,888 kg dhe 7,016 kg.Turbinat prej çeliku dhe kompozit 250 kW janë përkatësisht 3734 kg dhe 1927 kg.Totalet supozojnë 20 porta portash për secilën turbinë dhe një gjatësi të stokut të barabartë me kokën e turbinës.Ka të ngjarë që kapaku do të jetë më i gjatë dhe do të kërkojë pajisje, por ky numër jep një vlerësim bazë të peshës së njësisë dhe pajisjeve periferike përkatëse.Gjeneratori, bulonat dhe pajisja e aktivizimit të portës nuk përfshihen dhe supozohet se janë të ngjashme midis njësive të përbëra dhe të çelikut.Vlen gjithashtu të theksohet se ridizajnimi i vrapuesit që kërkohet për të llogaritur përqendrimet e stresit të parë në FEA do t'i shtonte peshë njësitë e përbëra, por sasia supozohet të jetë minimale, në rendin e 5 kg për të forcuar pikat me përqendrim të stresit
Me peshat e dhëna, turbina e përbërë 2-MW dhe rezervuari i saj mund të ngrihen nga V-22 Osprey i shpejtë, ndërsa makina e çelikut do të kërkonte një helikopter me rotor binjak Chinook më të ngadalshëm dhe më pak të manovrueshëm.Gjithashtu, turbina e përbërë 2-MW dhe stoka mund të tërhiqen nga një F-250 4×4, ndërsa njësia e çelikut do të kërkonte një kamion më të madh që do të ishte i vështirë për t'u manovruar në rrugët pyjore nëse instalimi ishte i largët.
konkluzione
Është e mundur të ndërtohen turbina nga materiale të përbëra dhe është parë një reduktim i peshës prej 50% në 70% në krahasim me komponentët konvencionale të çelikut.Pesha e reduktuar mund të lejojë që turbinat e përbërë të instalohen në vende të largëta.Përveç kësaj, montimi i këtyre strukturave të përbëra nuk kërkon pajisje saldimi.Komponentët kërkojnë gjithashtu më pak pjesë për t'u bashkuar me bulona, pasi secila pjesë mund të bëhet në një ose dy seksione.Në prodhimet e vogla të modeluara në këtë studim, kostoja e kallëpeve dhe mjeteve të tjera dominojnë koston e komponentit.
Ekzekutimet e vogla të treguara këtu tregojnë se sa do të kushtonte fillimi i kërkimeve të mëtejshme në këto materiale.Ky hulumtim mund të trajtojë erozionin e kavitacionit dhe mbrojtjen UV të komponentëve pas instalimit.Mund të jetë e mundur të përdoren veshje elastomeri ose qeramike për të reduktuar kavitacionin ose për të siguruar që turbina të funksionojë në regjimet e rrjedhës dhe kokës që parandalojnë shfaqjen e kavitacionit.Do të jetë e rëndësishme të testohen dhe zgjidhen këto dhe çështje të tjera për të siguruar që njësitë mund të arrijnë besueshmëri të ngjashme me turbinat e çelikut, veçanërisht nëse ato do të instalohen në zona ku mirëmbajtja do të jetë e rrallë.
Edhe në këto nivele të vogla, disa komponentë të përbërë mund të jenë me kosto efektive për shkak të punës së zvogëluar të kërkuar për prodhim.Për shembull, një kuti rrotullash për njësinë Francis 2-MW do të kushtonte 80,000 dollarë për t'u salduar nga çeliku krahasuar me 25,000 dollarë për prodhimin e përbërë.Megjithatë, duke supozuar një dizajn të suksesshëm të vrapuesve të turbinave, kostoja për formimin e vrapuesve të përbërë është më shumë se përbërësit ekuivalent të çelikut.Vrapuesi 2-MW do të kushtonte rreth 23,000 dollarë për t'u prodhuar nga çeliku, krahasuar me 27,000 dollarë nga kompoziti.Kostot mund të ndryshojnë sipas makinës.Dhe kostoja për komponentët e përbërë do të binte ndjeshëm në prodhime më të larta nëse kallëpet mund të ripërdoreshin.
Studiuesit kanë hetuar tashmë ndërtimin e turbinave nga materialet e përbëra.8 Megjithatë, ky studim nuk trajtoi erozionin e kavitacionit dhe fizibilitetin e ndërtimit.Hapi tjetër për turbinat e përbëra është projektimi dhe ndërtimi i një modeli në shkallë që do të lejojë vërtetimin e fizibilitetit dhe ekonomisë së prodhimit.Kjo njësi më pas mund të testohet për të përcaktuar efikasitetin dhe zbatueshmërinë, si dhe metodat për parandalimin e erozionit të tepërt të kavitacionit.
Koha e postimit: Shkurt-15-2022
