วัสดุคอมโพสิตกำลังเข้าสู่การก่อสร้างอุปกรณ์สำหรับอุตสาหกรรมไฟฟ้าพลังน้ำการตรวจสอบความแข็งแรงของวัสดุและเกณฑ์อื่นๆ เผยให้เห็นการใช้งานอื่นๆ อีกมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับหน่วยขนาดเล็กและขนาดเล็ก
บทความนี้ได้รับการประเมินและแก้ไขตามบทวิจารณ์ที่จัดทำโดยผู้เชี่ยวชาญตั้งแต่สองคนขึ้นไปที่มีความเชี่ยวชาญที่เกี่ยวข้องนักวิจารณ์เหล่านี้ตัดสินต้นฉบับเพื่อความถูกต้องทางเทคนิค ความเป็นประโยชน์ และความสำคัญโดยรวมในอุตสาหกรรมไฟฟ้าพลังน้ำ
การเพิ่มขึ้นของวัสดุใหม่ทำให้เกิดโอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับอุตสาหกรรมไฟฟ้าพลังน้ำไม้ — ใช้ในกังหันน้ำและด้ามไม้ดั้งเดิม — บางส่วนถูกแทนที่ด้วยส่วนประกอบที่เป็นเหล็กในช่วงต้นปี ค.ศ. 1800เหล็กยังคงความแข็งแรงผ่านการโหลดเมื่อยล้าสูงและต้านทานการกัดเซาะของโพรงอากาศและการกัดกร่อนคุณสมบัติเป็นที่เข้าใจกันดีและมีการพัฒนากระบวนการผลิตส่วนประกอบเป็นอย่างดีสำหรับหน่วยขนาดใหญ่ เหล็กจะยังคงเป็นวัสดุที่เลือกได้
อย่างไรก็ตาม ด้วยการเพิ่มขึ้นของกังหันขนาดเล็ก (ต่ำกว่า 10 เมกะวัตต์) ไปจนถึงขนาดเล็ก (ต่ำกว่า 100 กิโลวัตต์) คอมโพสิตสามารถใช้เพื่อลดน้ำหนักและลดต้นทุนการผลิตและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสิ่งนี้มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องกำลังการผลิตพลังน้ำของโลกที่ติดตั้งไว้เกือบ 800,000 เมกะวัตต์ตามการศึกษาในปี 2552 โดย Norwegian Renewable Energy Partners เป็นเพียง 10% ของความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและ 6% ของพลังน้ำที่เป็นไปได้ทางเทคนิคศักยภาพในการนำพลังน้ำที่เป็นไปได้ทางเทคนิคมาสู่ขอบเขตที่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจเพิ่มขึ้นด้วยความสามารถของส่วนประกอบคอมโพสิตเพื่อให้ประหยัดต่อขนาด
การผลิตส่วนประกอบคอมโพสิต
ในการผลิตปากกาลูกลื่นในราคาประหยัดและมีความแข็งแรงสูงอย่างสม่ำเสมอ วิธีที่ดีที่สุดคือการม้วนไส้หลอดแมนเดรลขนาดใหญ่พันด้วยใยแมงมุมที่ไหลผ่านอ่างเรซินลากจูงถูกพันด้วยห่วงและลวดลายเป็นเกลียวเพื่อสร้างความแข็งแรงสำหรับแรงกดภายใน การโค้งงอตามยาว และการจัดการส่วนผลลัพธ์ด้านล่างแสดงต้นทุนและน้ำหนักต่อเท้าสำหรับขนาดปากกาสองขนาด โดยอ้างอิงจากใบเสนอราคาจากซัพพลายเออร์ในท้องถิ่นใบเสนอราคาแสดงให้เห็นว่าความหนาของการออกแบบนั้นเกิดจากข้อกำหนดในการติดตั้งและการจัดการ แทนที่จะเป็นแรงกดที่ค่อนข้างต่ำ และสำหรับทั้งคู่คือ 2.28 ซม.
มีการพิจารณาวิธีการผลิตสองวิธีสำหรับประตูรั้วและใบพัดที่อยู่การจัดวางแบบเปียกและการแช่แบบสุญญากาศเลย์อัพแบบเปียกใช้ผ้าแห้งซึ่งชุบโดยการเทเรซินลงบนผ้าและใช้ลูกกลิ้งดันเรซินเข้าไปในเนื้อผ้ากระบวนการนี้ไม่สะอาดเท่าการแช่แบบสุญญากาศ และไม่ได้สร้างโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดในแง่ของอัตราส่วนไฟเบอร์ต่อเรซินเสมอไป แต่ใช้เวลาน้อยกว่ากระบวนการแช่แบบสุญญากาศการแช่ด้วยสุญญากาศจะวางเส้นใยแห้งในทิศทางที่ถูกต้อง จากนั้นสแต็กแบบแห้งจะถูกบรรจุในถุงสุญญากาศและติดอุปกรณ์เพิ่มเติมที่นำไปสู่การจ่ายเรซิน ซึ่งจะถูกดึงเข้าไปในชิ้นส่วนเมื่อใช้สุญญากาศสูญญากาศช่วยรักษาปริมาณเรซินให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมและลดการปล่อยสารอินทรีย์ระเหยง่าย
กรณีเลื่อนจะใช้การวางมือในสองส่วนแยกกันบนแม่พิมพ์ชายเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวด้านในเรียบจากนั้นทั้งสองส่วนนี้จะถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยเส้นใยที่เติมด้านนอกที่จุดยึดเหนี่ยวเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงเพียงพอโหลดแรงกดในกล่องเลื่อนไม่จำเป็นต้องใช้คอมโพสิตขั้นสูงที่มีความแข็งแรงสูง ดังนั้นการวางผ้าไฟเบอร์กลาสแบบเปียกด้วยอีพอกซีเรซินก็เพียงพอแล้วความหนาของกล่องเลื่อนขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การออกแบบเดียวกันกับปากกาหน่วย 250 กิโลวัตต์เป็นเครื่องไหลตามแนวแกน ดังนั้นจึงไม่มีกล่องเลื่อน
รันเนอร์เทอร์ไบน์ผสมผสานรูปทรงที่ซับซ้อนเข้ากับความต้องการรับน้ำหนักบรรทุกสูงผลงานล่าสุดแสดงให้เห็นว่าส่วนประกอบโครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูงสามารถผลิตได้จากพรีพรีก SMC แบบสับที่มีความแข็งแรงและความแข็งดีเยี่ยม5 แขนช่วงล่างของ Lamborghini Gallardo ได้รับการออกแบบโดยใช้พรีเพก SMC แบบสับหลายชั้นซึ่งรู้จักกันในชื่อคอมโพสิตฟอร์จและอัดขึ้นรูป เพื่อให้ได้ความหนาที่ต้องการวิธีเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้กับฟรานซิสและนักวิ่งใบพัดไม่สามารถสร้างนักวิ่งของฟรานซิสเป็นหน่วยเดียวได้เนื่องจากความซับซ้อนของการทับซ้อนกันของใบมีดจะป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนถูกดึงออกจากแม่พิมพ์ดังนั้น เม็ดมะยม เม็ดมะยม และสายคาดจึงถูกผลิตขึ้นแยกต่างหาก จากนั้นจึงประกอบเข้าด้วยกันและเสริมด้วยสลักเกลียวที่ด้านนอกของเม็ดมะยมและสาย
แม้ว่าท่อแบบร่างจะผลิตได้ง่ายที่สุดโดยใช้การพันด้วยเส้นใย กระบวนการนี้ไม่ได้ทำการค้าโดยใช้เส้นใยธรรมชาติดังนั้นจึงเลือกการจัดวางด้วยมือ เนื่องจากเป็นวิธีการผลิตมาตรฐาน แม้ว่าจะมีค่าแรงที่สูงขึ้นก็ตามการใช้แม่พิมพ์ตัวผู้คล้ายกับแมนเดรล สามารถวางเลย์อัพให้เรียบร้อยด้วยแม่พิมพ์ในแนวนอน แล้วหมุนแนวตั้งเพื่อรักษา ป้องกันการหย่อนคล้อยที่ด้านใดด้านหนึ่งน้ำหนักของชิ้นส่วนคอมโพสิตจะแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับปริมาณเรซินในชิ้นงานที่ทำเสร็จแล้วตัวเลขเหล่านี้คิดจากน้ำหนักไฟเบอร์ 50%
น้ำหนักรวมของกังหันเหล็กและคอมโพสิต 2 เมกะวัตต์คือ 9,888 กก. และ 7,016 กก. ตามลำดับกังหันเหล็กกล้าและคอมโพสิตขนาด 250 กิโลวัตต์ มีน้ำหนัก 3,734 กก. และ 1,927 กก. ตามลำดับรวมทั้งหมดถือว่า 20 ประตูสำหรับแต่ละกังหันและความยาว penstock เท่ากับส่วนหัวของกังหันมีแนวโน้มว่าปากกาลูกลื่นจะยาวกว่าและต้องใช้อุปกรณ์ติดตั้ง แต่ตัวเลขนี้ให้ค่าประมาณพื้นฐานของน้ำหนักของตัวเครื่องและอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เกี่ยวข้องไม่รวมเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สลักเกลียว และอุปกรณ์กระตุ้นประตู และถือว่าคล้ายกันระหว่างชุดประกอบและหน่วยเหล็กนอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการออกแบบนักวิ่งใหม่ที่ต้องคำนึงถึงความเข้มข้นของความเครียดที่เห็นใน FEA จะเพิ่มน้ำหนักให้กับหน่วยคอมโพสิต แต่คาดว่าปริมาณจะน้อยที่สุดในลำดับ 5 กก. เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับจุดที่มีความเข้มข้นของความเครียด
ด้วยน้ำหนักที่กำหนด กังหันคอมโพสิตขนาด 2 เมกะวัตต์และเพนสต็อคของมันสามารถยกขึ้นได้ด้วย V-22 Osprey ที่รวดเร็ว ในขณะที่เครื่องจักรเหล็กจะต้องใช้เฮลิคอปเตอร์แบบโรเตอร์คู่ชีนุกที่คล่องแคล่วน้อยกว่านอกจากนี้ กังหันคอมโพสิตขนาด 2 เมกะวัตต์และเพนสต็อคสามารถลากด้วย F-250 4×4 ได้ ในขณะที่หน่วยเหล็กจะต้องการรถบรรทุกขนาดใหญ่กว่า ซึ่งจะบังคับได้ยากบนถนนป่าหากการติดตั้งอยู่ห่างไกล
บทสรุป
มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างกังหันจากวัสดุคอมโพสิต และน้ำหนักลดลง 50% ถึง 70% เมื่อเทียบกับส่วนประกอบเหล็กทั่วไปน้ำหนักที่ลดลงทำให้สามารถติดตั้งกังหันคอมโพสิตในพื้นที่ห่างไกลได้นอกจากนี้ การประกอบโครงสร้างคอมโพสิตเหล่านี้ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เชื่อมส่วนประกอบยังต้องการชิ้นส่วนประกอบน้อยลง เนื่องจากแต่ละชิ้นสามารถทำได้ในหนึ่งหรือสองส่วนในการผลิตขนาดเล็กตามแบบจำลองในการศึกษานี้ ต้นทุนของแม่พิมพ์และเครื่องมืออื่นๆ จะครองต้นทุนส่วนประกอบ
การวิ่งขนาดเล็กที่ระบุในที่นี้แสดงให้เห็นว่าจะต้องเสียค่าใช้จ่ายเท่าใดในการเริ่มการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้งานวิจัยนี้สามารถระบุการกัดเซาะของโพรงอากาศและการป้องกันรังสียูวีของส่วนประกอบหลังการติดตั้งอาจเป็นไปได้ที่จะใช้อีลาสโตเมอร์หรือสารเคลือบเซรามิกเพื่อลดการเกิดคาวิเทชั่นหรือตรวจสอบให้แน่ใจว่าเทอร์ไบน์ทำงานในระบบการไหลและส่วนหัวที่ป้องกันไม่ให้เกิดคาวิเทชั่นการทดสอบและแก้ไขปัญหาเหล่านี้และปัญหาอื่นๆ ถือเป็นเรื่องสำคัญ เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องจะมีความน่าเชื่อถือเทียบเท่ากับเทอร์ไบน์เหล็กกล้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากต้องติดตั้งในพื้นที่ที่มีการบำรุงรักษาไม่บ่อยนัก
แม้ในการดำเนินการเล็กๆ เหล่านี้ ส่วนประกอบคอมโพสิตบางอย่างสามารถประหยัดต้นทุนได้ เนื่องจากต้องใช้แรงงานที่ลดลงในการผลิตตัวอย่างเช่น กล่องเลื่อนสำหรับหน่วยฟรานซิส 2 เมกะวัตต์จะมีราคา 80,000 ดอลลาร์สำหรับการเชื่อมจากเหล็ก เทียบกับ 25,000 ดอลลาร์สำหรับการผลิตคอมโพสิตอย่างไรก็ตาม หากออกแบบกังหันวิ่งได้สำเร็จ ต้นทุนในการขึ้นรูปรางวิ่งแบบคอมโพสิตนั้นมากกว่าส่วนประกอบเหล็กที่เทียบเท่ากันรางวิ่งขนาด 2 เมกะวัตต์จะมีราคาประมาณ 23,000 เหรียญสำหรับการผลิตจากเหล็กกล้า เทียบกับ 27,000 เหรียญจากคอมโพสิตค่าใช้จ่ายอาจแตกต่างกันไปตามเครื่องและต้นทุนสำหรับส่วนประกอบคอมโพสิตจะลดลงอย่างมากในการผลิตที่สูงขึ้น หากแม่พิมพ์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้
นักวิจัยได้ตรวจสอบการสร้างกังหันน้ำจากวัสดุคอมโพสิตแล้ว8 อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้ไม่ได้กล่าวถึงการพังทลายของโพรงอากาศและความเป็นไปได้ของการก่อสร้างขั้นตอนต่อไปสำหรับกังหันคอมโพสิตคือการออกแบบและสร้างแบบจำลองมาตราส่วนที่จะพิสูจน์ความเป็นไปได้และความประหยัดในการผลิตจากนั้นจะสามารถทดสอบหน่วยนี้เพื่อกำหนดประสิทธิภาพและการบังคับใช้ ตลอดจนวิธีการป้องกันการพังทลายของโพรงโพรงอากาศที่มากเกินไป
โพสต์เวลา: ก.พ.-15-2022
