Kompozit materiallar su elektrik stansiyası sənayesi üçün avadanlıqların tikintisində geniş yayılmaqdadır. Materialın möhkəmliyi və digər meyarların araşdırılması, xüsusən də kiçik və mikro qurğular üçün daha çox tətbiq sahəsini ortaya qoyur.
Bu məqalə müvafiq təcrübəyə malik iki və ya daha çox mütəxəssis tərəfindən aparılan rəylərə uyğun olaraq qiymətləndirilmiş və redaktə edilmişdir. Bu həmkar rəyçilər əlyazmaları texniki dəqiqliyə, faydalılığa və hidroelektrik sənayesində ümumi əhəmiyyətə görə qiymətləndirirlər.
Yeni materialların ortaya çıxması hidroelektrik sənayesi üçün maraqlı imkanlar yaradır. Orijinal su təkərlərində və qələm dayaqlarında istifadə edilən ağac 1800-cü illərin əvvəllərində qismən polad komponentləri ilə əvəz edilmişdir. Polad yüksək yorğunluq yükü sayəsində möhkəmliyini qoruyur və kavitasiya eroziyasına və korroziyaya davamlıdır. Onun xüsusiyyətləri yaxşı başa düşülür və komponent istehsalı prosesləri yaxşı inkişaf etmişdir. Böyük qurğular üçün polad, ehtimal ki, seçim materialı olaraq qalacaq.
Lakin, kiçik (10 MVt-dan aşağı) turbinlərin mikroölçülü (100 kVt-dan aşağı) turbinlərə çevrilməsi nəzərə alınmaqla, çəkiyə qənaət etmək, istehsal xərclərini və ətraf mühitə təsirini azaltmaq üçün kompozit materiallardan istifadə etmək olar. Bu, elektrik təchizatında artıma davamlı ehtiyac nəzərə alınmaqla xüsusilə aktualdır. Norwegian Renewable Energy Partners tərəfindən 2009-cu ildə aparılan araşdırmaya görə, təxminən 800.000 MVt olan quraşdırılmış dünya hidroelektrik gücü iqtisadi cəhətdən mümkün olanın yalnız 10%-ni və texniki cəhətdən mümkün olan hidroelektrik enerjinin 6%-ni təşkil edir. Texniki cəhətdən mümkün olan daha çox hidroelektrik enerjisini iqtisadi cəhətdən mümkün olan sahəyə gətirmək potensialı, kompozit komponentlərin miqyas iqtisadiyyatı təmin etmək qabiliyyəti ilə artır.
Kompozit komponent istehsalı
Qələm çubuğunu iqtisadi cəhətdən səmərəli və davamlı yüksək möhkəmliklə istehsal etmək üçün ən yaxşı üsul filament sarğıdır. Böyük bir mandrel, qatran vannasından keçirilmiş lifli dəsmallar ilə bükülür. Daxili təzyiq, uzununa əyilmə və işləmə üçün möhkəmlik yaratmaq üçün dəsmallar halqa və spiral naxışlarla bükülür. Aşağıdakı nəticələr bölməsində yerli təchizatçıların təklifinə əsasən iki qələm çubuğu ölçüsü üçün fut başına xərc və çəki göstərilir. Qiymət təklifində dizayn qalınlığının nisbətən aşağı təzyiq yükündən daha çox quraşdırma və işləmə tələbləri ilə müəyyən edildiyi və hər ikisi üçün 2,28 sm olduğu göstərilib.
Qapı qapıları və dayaq pərləri üçün iki istehsal üsulu nəzərdən keçirilmişdir: yaş təbəqələşdirmə və vakuum infuziyası. Yaş təbəqələşdirmə quru parçadan istifadə edir və parça üzərinə qatran tökməklə və qətran parçaya basmaq üçün rulonlardan istifadə etməklə hopdurulur. Bu proses vakuum infuziyası qədər təmiz deyil və həmişə lif-qatran nisbəti baxımından ən optimal quruluşu yaratmır, lakin vakuum infuziyası prosesindən daha az vaxt tələb edir. Vakuum infuziyası quru lifi düzgün istiqamətlərdə saxlayır və quru yığın daha sonra vakuum torbalarına qoyulur və vakuum tətbiq edildikdə hissəyə çəkilən qatran təchizatına aparan əlavə fitinqlər birləşdirilir. Vakuum qatran miqdarını optimal səviyyədə saxlamağa kömək edir və uçucu üzvi maddələrin buraxılmasını azaldır.
Sürüşmə qutusu, hamar daxili səth təmin etmək üçün erkək qəlib üzərində iki ayrı yarıda əl ilə yığılacaq. Daha sonra bu iki yarı, kifayət qədər möhkəmlik təmin etmək üçün yapışma nöqtəsində xarici tərəfə lif əlavə edilməklə birləşdiriləcək. Sürüşmə qutusundakı təzyiq yükü yüksək möhkəmliyə malik qabaqcıl kompozit tələb etmir, buna görə də epoksi qatranı olan şüşə lifli parçanın yaş yığılması kifayət edəcəkdir. Sürüşmə qutusunun qalınlığı qələm çubuğu ilə eyni dizayn parametrinə əsaslanırdı. 250 kVt-lıq qurğu oxlu axın maşınıdır, buna görə də sürüşmə qutusu yoxdur.
Turbin ötürücüsü mürəkkəb həndəsəni yüksək yük tələbləri ilə birləşdirir. Son işlər göstərib ki, yüksək möhkəmlikli struktur komponentləri əla möhkəmlik və sərtliyə malik doğranmış prepreq SMC-dən istehsal edilə bilər.5 Lamborghini Gallardo-nun asma qolu, tələb olunan qalınlığı əldə etmək üçün sıxılma yolu ilə qəliblənmiş, döymə kompozit kimi tanınan doğranmış prepreq SMC-nin bir neçə təbəqəsindən istifadə edilməklə hazırlanmışdır. Eyni üsul Francis və pervan ötürücülərinə də tətbiq oluna bilər. Francis ötürücüsü vahid bir vahid kimi hazırlana bilməz, çünki bıçağın üst-üstə düşməsinin mürəkkəbliyi hissənin qəlibdən çıxarılmasına mane olardı. Beləliklə, ötürücü bıçaqlar, tac və zolaq ayrıca istehsal olunur və sonra bir-birinə yapışdırılır və tacın və zolağın xarici tərəfindən boltlarla möhkəmləndirilir.
Çəkmə borusu ən asan filament sarğı ilə istehsal olunsa da, bu proses təbii liflərdən istifadə etməklə kommersiya məqsədli istifadə olunmayıb. Beləliklə, daha yüksək əmək xərclərinə baxmayaraq, standart istehsal üsulu olduğundan, əl ilə düzülmə üsulu seçilib. Mandrala bənzər bir qəlibdən istifadə edərək, düzülmə qəlib üfüqi vəziyyətdə tamamlana və sonra bir tərəfin sallanmasının qarşısını almaq üçün şaquli şəkildə bərkidilməklə tamamlana bilər. Kompozit hissələrin çəkisi hazır hissədəki qətran miqdarından asılı olaraq bir qədər dəyişəcək. Bu rəqəmlər lif çəkisinin 50%-nə əsaslanır.
Polad və kompozit 2 MVt turbinin ümumi çəkisi müvafiq olaraq 9888 kq və 7016 kq-dır. 250 kVt-lıq polad və kompozit turbinlərin çəkisi müvafiq olaraq 3734 kq və 1927 kq-dır. Cəmi hər turbin üçün 20 darvaza qapısı və turbinin başlığına bərabər olan dayaq uzunluğunu nəzərdə tutur. Dayaq dayağının daha uzun olacağı və fitinq tələb edəcəyi ehtimal olunur, lakin bu rəqəm qurğunun və əlaqəli periferik cihazların çəkisinin əsas təxminini verir. Generator, boltlar və qapını işə salan aparatlar daxil deyil və kompozit və polad qurğular arasında oxşar olduğu güman edilir. Həmçinin qeyd etmək lazımdır ki, FEA-da müşahidə olunan gərginlik konsentrasiyalarını nəzərə almaq üçün tələb olunan dayaq yenidən dizaynı kompozit qurğulara çəki əlavə edəcək, lakin gərginlik konsentrasiyası olan nöqtələri gücləndirmək üçün miqdarın minimal, təxminən 5 kq olduğu güman edilir.
Verilən çəkilərlə, 2 MVt-lıq kompozit turbin və onun dayaq bloku sürətli V-22 Osprey tərəfindən qaldırıla bilərdi, polad maşın isə daha yavaş və daha az manevr edilə bilən Chinook ikili rotorlu helikopter tələb edirdi. Həmçinin, 2 MVt-lıq kompozit turbin və dayaq bloku F-250 4×4 ilə çəkilə bilərdi, polad qurğu isə quraşdırma uzaqda aparıldığı təqdirdə meşə yollarında manevr etmək çətin olacaq daha böyük bir yük maşını tələb edirdi.
Nəticələr
Turbinlərin kompozit materiallardan qurulması mümkündür və ənənəvi polad komponentlərlə müqayisədə çəkidə 50%-dən 70%-ə qədər azalma müşahidə edilmişdir. Azaldılmış çəki kompozit turbinlərin ucqar yerlərdə quraşdırılmasına imkan verə bilər. Bundan əlavə, bu kompozit konstruksiyaların yığılması üçün qaynaq avadanlığı tələb olunmur. Komponentlərin bir-birinə boltla bərkidilməsi üçün daha az hissə tələb olunur, çünki hər bir hissə bir və ya iki hissədə hazırlana bilər. Bu tədqiqatda modelləşdirilmiş kiçik istehsal proseslərində qəliblərin və digər alətlərin dəyəri komponentlərin qiymətində üstünlük təşkil edir.
Burada göstərilən kiçik miqyaslar bu materiallar üzərində əlavə tədqiqatlara başlamağın nə qədər başa gələcəyini göstərir. Bu tədqiqat quraşdırmadan sonra komponentlərin kavitasiya eroziyası və UB qorunması məsələlərinə toxuna bilər. Kavitasiyanı azaltmaq və ya turbinin kavitasiyanın baş verməsinin qarşısını alan axın və təzyiq rejimlərində işləməsini təmin etmək üçün elastomer və ya keramika örtüklərindən istifadə etmək mümkün ola bilər. Xüsusilə də nadir hallarda təmir olunacağı ərazilərdə quraşdırılacaq qurğuların polad turbinlərə bənzər etibarlılığa nail ola bilməsini təmin etmək üçün bu və digər problemləri sınaqdan keçirmək və həll etmək vacib olacaq.
Hətta bu kiçik məsafələrdə belə, bəzi kompozit komponentlər istehsal üçün tələb olunan əmək haqqının azalması səbəbindən səmərəli ola bilər. Məsələn, 2 MVt-lıq Fransis qurğusu üçün bir rulon korpusunun poladdan qaynaqlanması kompozit istehsalın 25.000 dollarına qarşı 80.000 dollara başa gələcək. Lakin, turbin rulonlarının uğurlu dizaynı nəzərə alınmaqla, kompozit rulonların qəliblənməsinin dəyəri ekvivalent polad komponentlərindən daha çoxdur. 2 MVt-lıq rulonun poladdan istehsalı kompozit istehsalın 27.000 dollarına qarşı təxminən 23.000 dollara başa gələcək. Xərclər maşından maşına görə dəyişə bilər. Qəliblər təkrar istifadə edilə bilsəydi, kompozit komponentlərin dəyəri daha yüksək istehsal mərhələlərində xeyli aşağı düşərdi.
Tədqiqatçılar artıq kompozit materiallardan turbin qaçışlarının qurulmasını araşdırıblar.8 Lakin bu tədqiqat kavitasiya eroziyası və tikintinin mümkünlüyünü əhatə etməyib. Kompozit turbinlər üçün növbəti addım istehsal imkanlarının və iqtisadiyyatının sübut edilməsinə imkan verən miqyaslı modelin dizaynı və qurulmasıdır. Daha sonra bu qurğu səmərəliliyi və tətbiq olunma qabiliyyətini, eləcə də artıq kavitasiya eroziyasının qarşısının alınması üsullarını müəyyən etmək üçün sınaqdan keçirilə bilər.
Yayımlanma vaxtı: 15 Fevral 2022
