فوسٹر سمال ہائیڈرو ٹربائنز کے لیے جامع مواد کیسے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ہائیڈرو الیکٹرک پاور انڈسٹری کے لیے سازوسامان کی تعمیر میں کمپوزٹ میٹریل مداخلت کر رہا ہے۔مادی طاقت اور دیگر معیارات کی تحقیقات سے بہت ساری ایپلی کیشنز کا پتہ چلتا ہے، خاص طور پر چھوٹی اور مائیکرو اکائیوں کے لیے۔
متعلقہ مہارت رکھنے والے دو یا دو سے زیادہ پیشہ ور افراد کے جائزوں کے مطابق اس مضمون کی جانچ اور ترمیم کی گئی ہے۔یہ ہم مرتبہ جائزہ کار پن بجلی کی صنعت میں تکنیکی درستگی، افادیت اور مجموعی اہمیت کے لیے مخطوطات کا جائزہ لیتے ہیں۔
نئے مواد کا اضافہ پن بجلی کی صنعت کے لیے دلچسپ مواقع فراہم کرتا ہے۔لکڑی - اصل واٹر وہیلز اور پین اسٹاک میں استعمال ہوتی ہے - کو 1800 کی دہائی کے اوائل میں اسٹیل کے اجزاء کے ذریعے جزوی طور پر تبدیل کیا گیا تھا۔اسٹیل زیادہ تھکاوٹ لوڈنگ کے ذریعے اپنی طاقت کو برقرار رکھتا ہے اور کاویٹیشن کٹاؤ اور سنکنرن کے خلاف مزاحمت کرتا ہے۔اس کی خصوصیات اچھی طرح سے سمجھی جاتی ہیں اور اجزاء کی تیاری کے عمل کو اچھی طرح سے تیار کیا جاتا ہے۔بڑی اکائیوں کے لیے، اسٹیل ممکنہ طور پر پسند کا مواد رہے گا۔
تاہم، چھوٹے (10 میگاواٹ سے نیچے) سے مائیکرو سائز (100 کلو واٹ سے نیچے) ٹربائنوں کے بڑھنے کے پیش نظر، کمپوزٹ کو وزن بچانے اور پیداواری لاگت اور ماحولیاتی اثرات کو کم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔بجلی کی فراہمی میں مسلسل اضافے کی ضرورت کے پیش نظر یہ خاص طور پر متعلقہ ہے۔2009 کے نارویجن رینیوایبل انرجی پارٹنرز کے مطالعے کے مطابق دنیا کی ہائیڈرو کی تنصیب تقریباً 800,000 میگاواٹ ہے، جو اقتصادی طور پر قابل عمل کا صرف 10% اور تکنیکی طور پر قابل عمل پن بجلی کا 6% ہے۔تکنیکی طور پر قابل عمل ہائیڈرو کو معاشی طور پر قابل عمل کے دائرے میں لانے کی صلاحیت جامع اجزاء کی صلاحیت کے ساتھ پیمانے کی معیشت فراہم کرنے کے ساتھ بڑھتی ہے۔

جامع اجزاء کی تیاری
پین اسٹاک کو اقتصادی طور پر اور مسلسل اعلی طاقت کے ساتھ تیار کرنے کے لیے، بہترین طریقہ فلیمینٹ وائنڈنگ ہے۔ایک بڑا مینڈریل ریشہ کے ٹاو سے لپیٹا جاتا ہے جو رال کے غسل کے ذریعے چلایا جاتا ہے۔اندرونی دباؤ، طول بلد موڑنے اور سنبھالنے کے لیے طاقت پیدا کرنے کے لیے ٹاو کو ہوپ اور ہیلیکل پیٹرن میں لپیٹا جاتا ہے۔ذیل میں نتائج کا سیکشن مقامی سپلائرز کے اقتباس کی بنیاد پر، دو پین اسٹاک سائز کے لیے فی فٹ قیمت اور وزن کو ظاہر کرتا ہے۔اقتباس سے ظاہر ہوتا ہے کہ ڈیزائن کی موٹائی نسبتاً کم دباؤ کے بوجھ کے بجائے تنصیب اور ہینڈلنگ کی ضروریات کے مطابق تھی، اور دونوں کے لیے یہ 2.28 سینٹی میٹر تھی۔
وکٹ گیٹس اور سٹے وینز کے لیے دو مینوفیکچرنگ طریقوں پر غور کیا گیا۔گیلے لیپ اور ویکیوم انفیوژن۔گیلے لیپ میں خشک تانے بانے کا استعمال ہوتا ہے، جو کپڑے پر رال ڈال کر اور رال کو تانے بانے میں دھکیلنے کے لیے رولرس کا استعمال کرتے ہوئے رنگدار ہوتا ہے۔یہ عمل ویکیوم انفیوژن کی طرح صاف نہیں ہے اور فائبر سے رال کے تناسب کے لحاظ سے ہمیشہ سب سے زیادہ بہتر ڈھانچہ پیدا نہیں کرتا ہے، لیکن اس میں ویکیوم انفیوژن کے عمل سے کم وقت لگتا ہے۔ویکیوم انفیوژن خشک ریشہ کو صحیح سمت میں ڈالتا ہے، اور خشک اسٹیک کو پھر ویکیوم بیگ کیا جاتا ہے اور اضافی فٹنگز جوڑ دی جاتی ہیں جو رال کی سپلائی کا باعث بنتی ہیں، جو ویکیوم لگانے پر اس حصے میں کھینچی جاتی ہے۔ویکیوم ایک بہترین سطح پر رال کی مقدار کو برقرار رکھنے میں مدد کرتا ہے اور غیر مستحکم آرگینکس کے اخراج کو کم کرتا ہے۔
اسکرول کیس ایک ہموار اندرونی سطح کو یقینی بنانے کے لیے مردانہ سانچے پر دو الگ الگ حصوں میں ہاتھ کی ترتیب کا استعمال کرے گا۔اس کے بعد ان دونوں حصوں کو بانڈنگ پوائنٹ پر باہر سے شامل فائبر کے ساتھ جوڑ دیا جائے گا تاکہ مناسب طاقت کو یقینی بنایا جا سکے۔اسکرول کیس میں پریشر بوجھ کے لیے اعلیٰ طاقت والے ایڈوانس کمپوزٹ کی ضرورت نہیں ہوتی ہے، اس لیے ایپوکسی رال کے ساتھ فائبر گلاس فیبرک کی گیلی ترتیب کافی ہوگی۔اسکرول کیس کی موٹائی اسی ڈیزائن پیرامیٹر پر مبنی تھی جس پر پین اسٹاک تھا۔250-kW یونٹ ایک محوری بہاؤ مشین ہے، لہذا اس میں کوئی سکرول کیس نہیں ہے۔

ایک ٹربائن رنر ایک پیچیدہ جیومیٹری کو زیادہ بوجھ کی ضروریات کے ساتھ جوڑتا ہے۔حالیہ کام نے یہ ثابت کیا ہے کہ کٹے ہوئے پری پریگ ایس ایم سی سے بہترین طاقت اور سختی کے ساتھ اعلیٰ طاقت کے ساختی اجزاء تیار کیے جاسکتے ہیں۔ 5 لیمبوروگھینی گیلارڈو کے سسپنشن بازو کو کٹے ہوئے پری پریگ ایس ایم سی کی متعدد پرتوں کا استعمال کرتے ہوئے ڈیزائن کیا گیا تھا جسے جعلی کمپوزٹ، کمپریشن مولڈ کہا جاتا ہے۔ مطلوبہ موٹائی پیدا کرنے کے لیے۔یہی طریقہ فرانسس اور پروپیلر رنرز پر بھی لاگو کیا جا سکتا ہے۔فرانسس رنر کو ایک یونٹ کے طور پر نہیں بنایا جا سکتا، کیونکہ بلیڈ کے اوورلیپ کی پیچیدگی اس حصے کو سڑنا سے نکالنے سے روکے گی۔اس طرح، رنر بلیڈ، کراؤن اور بینڈ کو الگ الگ تیار کیا جاتا ہے اور پھر ان کو ایک ساتھ جوڑا جاتا ہے اور کراؤن اور بینڈ کے باہر سے بولٹ سے مضبوط کیا جاتا ہے۔
اگرچہ ڈرافٹ ٹیوب کو فلیمینٹ وائنڈنگ کا استعمال کرتے ہوئے سب سے آسانی سے تیار کیا جاتا ہے، اس عمل کو قدرتی ریشوں کا استعمال کرتے ہوئے تجارتی نہیں کیا گیا ہے۔اس طرح، ہاتھ کی ترتیب کا انتخاب کیا گیا، کیونکہ یہ اعلیٰ مزدوری کے اخراجات کے باوجود تیاری کا معیاری طریقہ ہے۔مینڈریل کی طرح نر مولڈ کا استعمال کرتے ہوئے، ترتیب کو افقی مولڈ کے ساتھ مکمل کیا جا سکتا ہے اور پھر اسے ٹھیک کرنے کے لیے عمودی کر دیا جا سکتا ہے، جس سے ایک طرف جھکنے کو روکا جا سکتا ہے۔تیار شدہ حصے میں رال کی مقدار کے لحاظ سے جامع حصوں کا وزن تھوڑا سا مختلف ہوگا۔یہ اعداد 50% فائبر وزن پر مبنی ہیں۔
اسٹیل اور کمپوزٹ 2-میگاواٹ ٹربائن کا کل وزن بالترتیب 9,888 کلوگرام اور 7,016 کلوگرام ہے۔250-kW اسٹیل اور کمپوزٹ ٹربائنز بالترتیب 3,734 کلوگرام اور 1,927 کلوگرام ہیں۔مجموعی طور پر ہر ٹربائن کے لیے 20 وکٹ گیٹس اور ٹربائن کے سر کے برابر ایک پین اسٹاک کی لمبائی فرض کی جاتی ہے۔یہ امکان ہے کہ پین اسٹاک لمبا ہو گا اور اس میں فٹنگز کی ضرورت ہوگی، لیکن یہ نمبر یونٹ کے وزن اور اس سے منسلک پیری فیرلز کا بنیادی تخمینہ دیتا ہے۔جنریٹر، بولٹ اور گیٹ ایکٹیوٹنگ ہارڈویئر شامل نہیں ہیں اور یہ فرض کیا جاتا ہے کہ وہ کمپوزٹ اور اسٹیل یونٹس کے درمیان ایک جیسے ہیں۔یہ بات بھی قابل غور ہے کہ FEA میں دیکھے جانے والے تناؤ کے ارتکاز کو مدنظر رکھنے کے لیے درکار رنر کو دوبارہ ڈیزائن کرنے سے مرکب اکائیوں کا وزن بڑھ جائے گا، لیکن یہ مقدار کم سے کم مانی جاتی ہے، 5 کلو کے آرڈر پر دباؤ کے ارتکاز کے ساتھ پوائنٹس کو مضبوط کرنے کے لیے۔
دیئے گئے وزن کے ساتھ، 2-میگاواٹ کمپوزٹ ٹربائن اور اس کے پین اسٹاک کو تیز رفتار V-22 آسپرے کے ذریعے اٹھایا جا سکتا ہے، جب کہ سٹیل کی مشین کو ایک سست، کم چال چلنے کے قابل چنوک ٹوئن روٹر ہیلی کاپٹر کی ضرورت ہوگی۔نیز، 2-میگاواٹ کی جامع ٹربائن اور پین اسٹاک کو F-250 4×4 کے ذریعے کھینچا جا سکتا ہے، جب کہ اسٹیل یونٹ کے لیے ایک بڑے ٹرک کی ضرورت ہوگی جس کی تنصیب دور دراز ہونے کی صورت میں جنگل کی سڑکوں پر چلنا مشکل ہو گا۔

نتائج
مرکب مواد سے ٹربائن بنانا ممکن ہے، اور روایتی سٹیل کے اجزاء کے مقابلے میں 50% سے 70% تک وزن میں کمی دیکھی گئی۔کم وزن جامع ٹربائنوں کو دور دراز مقامات پر نصب کرنے کی اجازت دے سکتا ہے۔اس کے علاوہ، ان جامع ڈھانچے کی اسمبلی کو ویلڈنگ کے سامان کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔اجزاء کو ایک ساتھ بولٹ کرنے کے لیے بھی کم حصوں کی ضرورت ہوتی ہے، کیونکہ ہر ٹکڑے کو ایک یا دو حصوں میں بنایا جا سکتا ہے۔اس مطالعے میں ماڈلنگ کی گئی چھوٹی پیداوار پر، سانچوں اور دیگر ٹولنگ کی لاگت اجزاء کی لاگت پر حاوی ہے۔
یہاں نشاندہی کی گئی چھوٹی رنوں سے پتہ چلتا ہے کہ ان مواد پر مزید تحقیق شروع کرنے میں کیا لاگت آئے گی۔یہ تحقیق تنصیب کے بعد اجزاء کے کاویٹیشن کٹاؤ اور UV تحفظ کو دور کرسکتی ہے۔یہ ممکن ہو سکتا ہے کہ کاویٹیشن کو کم کرنے کے لیے ایلسٹومر یا سیرامک ​​کوٹنگز کا استعمال کیا جائے یا اس بات کو یقینی بنایا جائے کہ ٹربائن بہاؤ اور سر کے نظام میں چلتی ہے جو کاویٹیشن ہونے سے روکتی ہے۔ان اور دیگر مسائل کو جانچنا اور حل کرنا ضروری ہوگا تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ یونٹس سٹیل ٹربائنز کی طرح بھروسہ حاصل کر سکتے ہیں، خاص طور پر اگر انہیں ان علاقوں میں نصب کیا جانا ہے جہاں دیکھ بھال بہت کم ہو گی۔
یہاں تک کہ ان چھوٹے رن پر بھی، کچھ مرکب اجزاء لاگت سے موثر ہو سکتے ہیں کیونکہ تیاری کے لیے درکار مزدوری کم ہوتی ہے۔مثال کے طور پر، 2-MW فرانسس یونٹ کے لیے اسکرول کیس کی لاگت $80,000 اسٹیل سے ویلڈنگ کرنے کے لیے ہوگی جب کہ جامع تیاری کے لیے $25,000۔تاہم، ٹربائن رنرز کے کامیاب ڈیزائن کو فرض کرتے ہوئے، کمپوزٹ رنرز کو ڈھالنے کی لاگت اسٹیل کے مساوی اجزاء سے زیادہ ہے۔2-میگاواٹ کے رنر کی اسٹیل سے تیاری پر تقریباً 23,000 ڈالر لاگت آئے گی، جبکہ کمپوزٹ سے 27,000 ڈالر کی لاگت آئے گی۔مشین کے حساب سے اخراجات مختلف ہو سکتے ہیں۔اور اگر سانچوں کو دوبارہ استعمال کیا جا سکتا ہے تو زیادہ پیداواری رنز پر جامع اجزاء کی لاگت کافی کم ہو جائے گی۔
محققین پہلے ہی جامع مواد سے ٹربائن رنرز کی تعمیر کی تحقیقات کر چکے ہیں۔کمپوزٹ ٹربائنز کے لیے اگلا مرحلہ ایک ایسا پیمانہ ماڈل ڈیزائن اور تعمیر کرنا ہے جو تیاری کی فزیبلٹی اور معیشت کا ثبوت دے گا۔اس یونٹ کو اس کے بعد کارکردگی اور قابل اطلاق کا تعین کرنے کے ساتھ ساتھ اضافی cavitation کٹاؤ کو روکنے کے طریقوں کا تعین کرنے کے لئے ٹیسٹ کیا جا سکتا ہے.