ఫోర్స్టర్ స్మాల్ హైడ్రో టర్బైన్‌ల కోసం కాంపోజిట్ మెటీరియల్స్ ఎలా ఉపయోగించబడతాయి

జలవిద్యుత్ పరిశ్రమ కోసం పరికరాల నిర్మాణంలో మిశ్రమ పదార్థాలు ప్రవేశిస్తున్నాయి.మెటీరియల్ బలం మరియు ఇతర ప్రమాణాలపై పరిశోధన ముఖ్యంగా చిన్న మరియు సూక్ష్మ యూనిట్ల కోసం మరిన్ని అనువర్తనాలను వెల్లడిస్తుంది.
సంబంధిత నైపుణ్యం కలిగిన ఇద్దరు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మంది నిపుణులు నిర్వహించిన సమీక్షలకు అనుగుణంగా ఈ కథనం మూల్యాంకనం చేయబడింది మరియు సవరించబడింది.ఈ పీర్ సమీక్షకులు సాంకేతిక ఖచ్చితత్వం, ఉపయోగం మరియు జలవిద్యుత్ పరిశ్రమలో మొత్తం ప్రాముఖ్యత కోసం మాన్యుస్క్రిప్ట్‌లను అంచనా వేస్తారు.
కొత్త పదార్థాల పెరుగుదల జలవిద్యుత్ పరిశ్రమకు ఉత్తేజకరమైన అవకాశాలను అందిస్తుంది.వుడ్ - అసలు వాటర్‌వీల్స్ మరియు పెన్‌స్టాక్‌లలో ఉపయోగించబడింది - 1800ల ప్రారంభంలో ఉక్కు భాగాల ద్వారా కొంత భాగాన్ని భర్తీ చేసింది.ఉక్కు అధిక అలసట లోడింగ్ ద్వారా దాని బలాన్ని నిలుపుకుంటుంది మరియు పుచ్చు కోతను మరియు తుప్పును నిరోధిస్తుంది.దీని లక్షణాలు బాగా అర్థం చేసుకోబడ్డాయి మరియు భాగాల తయారీకి సంబంధించిన ప్రక్రియలు బాగా అభివృద్ధి చెందాయి.పెద్ద యూనిట్ల కోసం, ఉక్కు ఎంపిక యొక్క పదార్థంగా ఉంటుంది.
ఏది ఏమైనప్పటికీ, చిన్న (10 MW కంటే తక్కువ) సూక్ష్మ-పరిమాణ (100 kW కంటే తక్కువ) టర్బైన్‌ల పెరుగుదల కారణంగా, బరువును ఆదా చేయడానికి మరియు తయారీ ఖర్చు మరియు పర్యావరణ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి మిశ్రమాలను ఉపయోగించవచ్చు.విద్యుత్ సరఫరాలో నిరంతర పెరుగుదల అవసరం కారణంగా ఇది ప్రత్యేకంగా వర్తిస్తుంది.నార్వేజియన్ రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ పార్ట్‌నర్స్ 2009లో చేసిన అధ్యయనం ప్రకారం స్థాపించబడిన ప్రపంచ జలవిద్యుత్ సామర్థ్యం దాదాపు 800,000 మెగావాట్లు, ఇది ఆర్థికంగా సాధ్యమయ్యే వాటిలో 10% మరియు సాంకేతికంగా సాధ్యమయ్యే జలవిద్యుత్‌లో 6% మాత్రమే.స్కేల్ యొక్క ఆర్థిక వ్యవస్థను అందించడానికి మిశ్రమ భాగాల సామర్థ్యంతో సాంకేతికంగా సాధ్యమయ్యే హైడ్రోని మరింత ఆర్థికంగా సాధ్యమయ్యే రంగంలోకి తీసుకురాగల సామర్థ్యం పెరుగుతుంది.

మిశ్రమ భాగాల తయారీ
ఆర్థికంగా మరియు స్థిరమైన అధిక బలంతో పెన్‌స్టాక్‌ను తయారు చేయడానికి, ఉత్తమ పద్ధతి ఫిలమెంట్ వైండింగ్.ఒక పెద్ద మాండ్రెల్ ఒక రెసిన్ బాత్ ద్వారా నడపబడిన ఫైబర్ యొక్క టౌలతో చుట్టబడి ఉంటుంది.అంతర్గత పీడనం, రేఖాంశ వంపు మరియు నిర్వహణ కోసం బలాన్ని సృష్టించడానికి టోలు హోప్ మరియు హెలికల్ నమూనాలతో చుట్టబడి ఉంటాయి.దిగువ ఫలితాల విభాగం స్థానిక సరఫరాదారుల నుండి కోట్ ఆధారంగా రెండు పెన్‌స్టాక్ పరిమాణాల కోసం ఒక్కో అడుగు ధర మరియు బరువును చూపుతుంది.సాపేక్షంగా తక్కువ పీడన భారం కంటే డిజైన్ మందం సంస్థాపన మరియు నిర్వహణ అవసరాల ద్వారా నడపబడుతుందని కోట్ చూపింది మరియు రెండింటికీ ఇది 2.28 సెం.మీ.
వికెట్ గేట్లు మరియు స్టే వేన్‌ల కోసం రెండు తయారీ పద్ధతులు పరిగణించబడ్డాయి;తడి లేఅప్ మరియు వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్.వెట్ లేఅప్ డ్రై ఫాబ్రిక్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది ఫాబ్రిక్‌పై రెసిన్ పోయడం మరియు రోలర్‌లను ఉపయోగించి రెసిన్‌ను ఫాబ్రిక్‌లోకి నెట్టడం ద్వారా కలిపి ఉంటుంది.ఈ ప్రక్రియ వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్ వలె శుభ్రంగా ఉండదు మరియు ఫైబర్-టు-రెసిన్ నిష్పత్తిలో ఎల్లప్పుడూ అత్యంత అనుకూలమైన నిర్మాణాన్ని ఉత్పత్తి చేయదు, అయితే ఇది వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్ ప్రక్రియ కంటే తక్కువ సమయం పడుతుంది.వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్ డ్రై ఫైబర్‌ను సరైన దిశలలో ఉంచుతుంది మరియు డ్రై స్టాక్ వాక్యూమ్ బ్యాగ్ చేయబడింది మరియు అదనపు ఫిట్టింగ్‌లు జతచేయబడతాయి, ఇది రెసిన్ సరఫరాకు దారి తీస్తుంది, ఇది వాక్యూమ్ వర్తించినప్పుడు భాగంలోకి లాగబడుతుంది.వాక్యూమ్ రెసిన్ మొత్తాన్ని సరైన స్థాయిలో నిర్వహించడంలో సహాయపడుతుంది మరియు అస్థిర ఆర్గానిక్స్ విడుదలను తగ్గిస్తుంది.
స్క్రోల్ కేస్ మృదువైన లోపలి ఉపరితలం ఉండేలా మగ అచ్చుపై రెండు వేర్వేరు భాగాలలో చేతి లేఅప్‌ను ఉపయోగిస్తుంది.ఈ రెండు భాగాలు తగిన బలాన్ని నిర్ధారించడానికి బైండింగ్ పాయింట్ వద్ద బయట జోడించిన ఫైబర్‌తో కలిసి బంధించబడతాయి.స్క్రోల్ కేస్‌లోని ప్రెజర్ లోడ్‌కు అధిక శక్తితో కూడిన అధునాతన మిశ్రమం అవసరం లేదు, కాబట్టి ఎపోక్సీ రెసిన్‌తో ఫైబర్‌గ్లాస్ ఫాబ్రిక్ యొక్క తడి లేఅప్ సరిపోతుంది.స్క్రోల్ కేస్ యొక్క మందం పెన్‌స్టాక్ వలె అదే డిజైన్ పరామితిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.250-kW యూనిట్ అక్షసంబంధ ప్రవాహ యంత్రం, కాబట్టి స్క్రోల్ కేసు లేదు.

టర్బైన్ రన్నర్ అధిక లోడ్ అవసరాలతో సంక్లిష్టమైన జ్యామితిని మిళితం చేస్తుంది.తరిగిన ప్రీప్రెగ్ SMC నుండి అద్భుతమైన బలం మరియు దృఢత్వంతో అధిక-బల నిర్మాణ భాగాలను తయారు చేయవచ్చని ఇటీవలి పని నిరూపించింది. లంబోర్ఘిని గల్లార్డో యొక్క సస్పెన్షన్ ఆర్మ్, ఫోర్జ్డ్ కాంపోజిట్, కంప్రెషన్ మోల్డ్ అని పిలువబడే తరిగిన ప్రిప్రెగ్ SMC యొక్క బహుళ లేయర్‌లను ఉపయోగించి రూపొందించబడింది. అవసరమైన మందాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి.ఇదే పద్ధతిని ఫ్రాన్సిస్ మరియు ప్రొపెల్లర్ రన్నర్‌లకు కూడా అన్వయించవచ్చు.ఫ్రాన్సిస్ రన్నర్‌ను ఒక యూనిట్‌గా తయారు చేయడం సాధ్యం కాదు, ఎందుకంటే బ్లేడ్ అతివ్యాప్తి యొక్క సంక్లిష్టత అచ్చు నుండి భాగాన్ని సంగ్రహించకుండా నిరోధిస్తుంది.అందువలన, రన్నర్ బ్లేడ్‌లు, కిరీటం మరియు బ్యాండ్ విడివిడిగా తయారు చేయబడతాయి మరియు తరువాత ఒకదానితో ఒకటి బంధించబడతాయి మరియు కిరీటం మరియు బ్యాండ్ వెలుపల బోల్ట్‌లతో బలోపేతం చేయబడతాయి.
డ్రాఫ్ట్ ట్యూబ్ చాలా సులభంగా ఫిలమెంట్ వైండింగ్ ఉపయోగించి తయారు చేయబడినప్పటికీ, ఈ ప్రక్రియ సహజ ఫైబర్‌లను ఉపయోగించి వాణిజ్యీకరించబడలేదు.అందువల్ల, చేతి లేఅప్ ఎంపిక చేయబడింది, ఇది అధిక కార్మిక ఖర్చులు ఉన్నప్పటికీ, తయారీకి ప్రామాణిక పద్ధతి.మాండ్రెల్‌తో సమానమైన మగ అచ్చును ఉపయోగించి, లేఅప్ అచ్చును అడ్డంగా పూర్తి చేసి, ఆపై నిలువుగా తిప్పి, ఒక వైపు కుంగిపోకుండా నిరోధించవచ్చు.పూర్తయిన భాగంలోని రెసిన్ మొత్తాన్ని బట్టి మిశ్రమ భాగాల బరువు కొద్దిగా మారుతుంది.ఈ సంఖ్యలు 50% ఫైబర్ బరువుపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
ఉక్కు మరియు మిశ్రమ 2-MW టర్బైన్ మొత్తం బరువులు వరుసగా 9,888 kg మరియు 7,016 kg.250-kW ఉక్కు మరియు మిశ్రమ టర్బైన్లు వరుసగా 3,734 kg మరియు 1,927 kg.మొత్తాలు ప్రతి టర్బైన్‌కు 20 వికెట్ గేట్‌లను మరియు టర్బైన్ తలకు సమానమైన పెన్‌స్టాక్ పొడవును కలిగి ఉంటాయి.పెన్‌స్టాక్ పొడవుగా ఉంటుంది మరియు ఫిట్టింగ్‌లు అవసరమయ్యే అవకాశం ఉంది, అయితే ఈ సంఖ్య యూనిట్ మరియు అనుబంధ పెరిఫెరల్స్ యొక్క బరువు యొక్క ప్రాథమిక అంచనాను ఇస్తుంది.జెనరేటర్, బోల్ట్‌లు మరియు గేట్ యాక్చుయేటింగ్ హార్డ్‌వేర్ చేర్చబడలేదు మరియు కాంపోజిట్ మరియు స్టీల్ యూనిట్‌ల మధ్య సమానంగా ఉన్నట్లు భావించబడుతుంది.FEAలో కనిపించే ఒత్తిడి సాంద్రతలను లెక్కించడానికి అవసరమైన రన్నర్ రీడిజైన్ కాంపోజిట్ యూనిట్‌లకు బరువును జోడిస్తుంది, అయితే ఒత్తిడి ఏకాగ్రతతో పాయింట్లను బలోపేతం చేయడానికి 5 కిలోల క్రమంలో మొత్తం తక్కువగా ఉంటుందని కూడా గమనించాలి.
ఇచ్చిన బరువులతో, 2-MW కాంపోజిట్ టర్బైన్ మరియు దాని పెన్‌స్టాక్‌ను వేగవంతమైన V-22 ఓస్ప్రే ద్వారా ఎత్తవచ్చు, అయితే స్టీల్ మెషీన్‌కు నెమ్మదిగా, తక్కువ యుక్తితో కూడిన చినూక్ ట్విన్ రోటర్ హెలికాప్టర్ అవసరమవుతుంది.అలాగే, 2-MW కాంపోజిట్ టర్బైన్ మరియు పెన్‌స్టాక్‌లను F-250 4×4 ద్వారా లాగవచ్చు, అయితే స్టీల్ యూనిట్‌కు ఒక పెద్ద ట్రక్ అవసరమవుతుంది, ఇన్‌స్టాలేషన్ రిమోట్‌గా ఉంటే అటవీ రహదారులపై ఉపాయాలు చేయడం కష్టం.

ముగింపులు
మిశ్రమ పదార్థాల నుండి టర్బైన్‌లను నిర్మించడం సాధ్యపడుతుంది మరియు సాంప్రదాయ ఉక్కు భాగాలతో పోలిస్తే 50% నుండి 70% వరకు బరువు తగ్గింపు కనిపించింది.తగ్గిన బరువు సుదూర ప్రదేశాలలో మిశ్రమ టర్బైన్‌లను వ్యవస్థాపించడానికి అనుమతిస్తుంది.అదనంగా, ఈ మిశ్రమ నిర్మాణాల అసెంబ్లీకి వెల్డింగ్ పరికరాలు అవసరం లేదు.ప్రతి భాగాన్ని ఒకటి లేదా రెండు విభాగాలలో తయారు చేయవచ్చు కాబట్టి, భాగాలు కలిసి బోల్ట్ చేయడానికి తక్కువ భాగాలు అవసరం.ఈ అధ్యయనంలో రూపొందించబడిన చిన్న ఉత్పత్తి పరుగుల వద్ద, అచ్చులు మరియు ఇతర సాధనాల ధర భాగం ధరపై ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది.
ఇక్కడ సూచించిన చిన్న పరుగులు ఈ పదార్థాలపై తదుపరి పరిశోధనను ప్రారంభించడానికి ఎంత ఖర్చవుతుందో చూపుతాయి.ఈ పరిశోధన ఇన్‌స్టాలేషన్ తర్వాత భాగాల యొక్క పుచ్చు కోతను మరియు UV రక్షణను పరిష్కరించగలదు.పుచ్చును తగ్గించడానికి ఎలాస్టోమర్ లేదా సిరామిక్ పూతలను ఉపయోగించడం సాధ్యమవుతుంది లేదా పుచ్చు సంభవించకుండా నిరోధించే ప్రవాహం మరియు తల వ్యవస్థలలో టర్బైన్ నడుస్తుందని నిర్ధారించుకోవచ్చు.యూనిట్లు స్టీల్ టర్బైన్‌లకు సమానమైన విశ్వసనీయతను సాధించగలవని నిర్ధారించడానికి వీటిని మరియు ఇతర సమస్యలను పరీక్షించడం మరియు పరిష్కరించడం చాలా ముఖ్యం, ప్రత్యేకించి అవి నిర్వహణ అరుదుగా ఉండే ప్రదేశాలలో వ్యవస్థాపించబడాలి.
ఈ చిన్న పరుగుల వద్ద కూడా, తయారీకి అవసరమైన శ్రమ తగ్గడం వల్ల కొన్ని మిశ్రమ భాగాలు ఖర్చుతో కూడుకున్నవిగా ఉంటాయి.ఉదాహరణకు, 2-MW ఫ్రాన్సిస్ యూనిట్ కోసం ఒక స్క్రోల్ కేస్ ఉక్కు నుండి వెల్డింగ్ చేయడానికి $80,000 ఖర్చు అవుతుంది, ఇది మిశ్రమ తయారీకి $25,000 ఉంటుంది.అయినప్పటికీ, టర్బైన్ రన్నర్‌ల విజయవంతమైన రూపకల్పనను ఊహిస్తే, కాంపోజిట్ రన్నర్‌లను అచ్చు వేయడానికి అయ్యే ఖర్చు సమానమైన ఉక్కు భాగాల కంటే ఎక్కువ.2-MW రన్నర్ స్టీల్ నుండి తయారు చేయడానికి సుమారు $23,000 ఖర్చవుతుంది, కాంపోజిట్ నుండి $27,000 ఖర్చు అవుతుంది.యంత్రాన్ని బట్టి ఖర్చులు మారవచ్చు.మరియు అచ్చులను తిరిగి ఉపయోగించగలిగితే అధిక ఉత్పత్తి పరుగుల వద్ద మిశ్రమ భాగాల ధర గణనీయంగా పడిపోతుంది.
పరిశోధకులు ఇప్పటికే మిశ్రమ పదార్థాల నుండి టర్బైన్ రన్నర్ల నిర్మాణాన్ని పరిశోధించారు. అయితే, ఈ అధ్యయనం పుచ్చు కోతను మరియు నిర్మాణం యొక్క సాధ్యతను పరిష్కరించలేదు.కాంపోజిట్ టర్బైన్‌ల తదుపరి దశ ఏమిటంటే, సాధ్యత మరియు తయారీ ఆర్థిక వ్యవస్థ యొక్క రుజువును అనుమతించే స్కేల్ మోడల్‌ను రూపొందించడం మరియు నిర్మించడం.ఈ యూనిట్ సమర్థత మరియు అనువర్తనాన్ని గుర్తించడానికి పరీక్షించవచ్చు, అలాగే అదనపు పుచ్చు కోతను నిరోధించే పద్ధతులు.