Кампазітныя матэрыялы прабіваюцца ў будаўніцтве абсталявання для гідраэлектраэнергетыкі.Даследаванне трываласці матэрыялу і іншых крытэрыяў паказвае нашмат больш ужыванняў, асабліва для малых і мікраагрэгатаў.
Гэты артыкул быў ацэнены і адрэдагаваны ў адпаведнасці з аглядамі, праведзенымі двума ці больш спецыялістамі, якія маюць адпаведны вопыт.Гэтыя рэцэнзенты ацэньваюць рукапісы на прадмет тэхнічнай дакладнасці, карыснасці і агульнай важнасці ў гідраэлектрастанцыі.
З'яўленне новых матэрыялаў дае цікавыя магчымасці для гідраэлектраэлектрастанцыі.Драўніна, якая выкарыстоўвалася ў арыгінальных вадзяных колах і напорных штоках, была часткова выцеснена сталёвымі кампанентамі ў пачатку 1800-х гадоў.Сталь захоўвае сваю трываласць дзякуючы высокай стомленай нагрузцы і супрацьстаіць кавітацыйнай эрозіі і карозіі.Яго ўласцівасці добра зразумелыя, а працэсы вытворчасці кампанентаў добра распрацаваны.Для вялікіх агрэгатаў сталь, верагодна, застанецца матэрыялам выбару.
Тым не менш, улічваючы рост малых (ніжэй 10 МВт) да мікрапамераў (менш за 100 кВт) турбін, кампазіты можна выкарыстоўваць для эканоміі вагі і зніжэння кошту вытворчасці і ўздзеяння на навакольнае асяроддзе.Гэта асабліва актуальна з улікам пастаяннай неабходнасці росту паставак электраэнергіі.Устаноўленая сусветная гідрамагутнасць, амаль 800 000 МВт, паводле даследавання 2009 года, праведзенага Norwegian Renewable Energy Partners, складае толькі 10% эканамічна магчымай і 6% тэхнічна магчымай гідраэнергіі.Патэнцыял перанесці больш тэхнічна магчымых гідраэлектрастанцый у сферу эканамічна магчымых павялічваецца са здольнасцю кампазітных кампанентаў забяспечваць эканомію маштабу.
Вытворчасць кампазітных кампанентаў
Для эканамічнай і стабільнай высокай трываласці вытворчасці напорнага штока лепшым метадам з'яўляецца намотка нітак.Вялікая апраўка абмотваецца валакнамі, прапушчанымі праз смаляную ванну.Пакулле абгорнутыя ў абручы і спіральныя ўзоры для стварэння трываласці для ўнутранага ціску, падоўжнага выгібу і апрацоўкі.У раздзеле з вынікамі ніжэй паказаны кошт і вага за фут для двух памераў напорных шпунтаў на аснове цытат мясцовых пастаўшчыкоў.Цытата паказала, што таўшчыня канструкцыі была абумоўлена патрабаваннямі ўстаноўкі і апрацоўкі, а не адносна нізкай нагрузкай ціску, і для абодвух яна складала 2,28 см.
Два метады вытворчасці былі разгледжаны для брамкі і лопаток;вільготная раскладка і вакуумная настойка.Для мокрага кладкі выкарыстоўваецца сухая тканіна, якая прасякнута шляхам налівання смалы на тканіну і з дапамогай валікаў, каб праціснуць смалу ў тканіну.Гэты працэс не такі чысты, як вакуумнае ўліванне, і не заўсёды забяспечвае найбольш аптымізаваную структуру з пункту гледжання суадносін валакна і смалы, але займае менш часу, чым працэс вакуумнай інфузорыя.Вакуумная інфузорыя ўкладвае сухое валакно ў правільныя арыентацыі, а сухую пачку затым пакуюць у вакуумныя пакеты і далучаюць дадатковыя фітынгі, якія вядуць да падачы смалы, якая ўцягваецца ў дэталь пры ўвядзенні вакууму.Вакуум дапамагае падтрымліваць колькасць смалы на аптымальным узроўні і памяншае вылучэнне лятучых арганічных рэчываў.
Для таго, каб унутраная паверхня была гладкай, у футляру для пракрутак будзе выкарыстоўвацца ручная кладка на дзве асобныя паловы на мужчынскай форме.Гэтыя дзве паловы затым будуць злучаныя разам з валакном, дададзеным звонку ў месцы злучэння, каб забяспечыць адэкватную трываласць.Нагрузка ціску ў спіральным корпусе не патрабуе высокатрывалага ўдасканаленага кампазіта, таму будзе дастаткова вільготнай раскладкі шклотканіны з эпаксіднай смалой.Таўшчыня корпуса пракруткі была заснавана на тым жа канструктыўным параметре, што і напірны шток.Агрэгат магутнасцю 250 кВт з'яўляецца восевым патокам, таму ў ім няма пракруткі.
Турбінны бегунок спалучае ў сабе складаную геаметрыю з высокімі патрабаваннямі да нагрузкі.Нядаўнія працы прадэманстравалі, што высокатрывалыя канструктыўныя кампаненты могуць быць выраблены з здробненага препрега SMC з выдатнай трываласцю і калянасцю.5 Рычаг падвескі Lamborghini Gallardo быў распрацаваны з выкарыстаннем некалькіх слаёў нарэзанага препрега SMC, вядомага як кованый кампазіт, фармаваны пад ціскам. для атрымання неабходнай таўшчыні.Такі ж метад можна прымяніць да Фрэнсіс і прапелерных бегуноў.Бягун Фрэнсіс не можа быць выкананы як адзін блок, так як складанасць перакрыцця ляза прадухіляла б выманне дэталі з формы.Такім чынам, ляза, каронка і стужка вырабляюцца асобна, а затым злучаюцца разам і ўмацоўваюцца нітамі праз знешнюю частку каронкі і стужкі.
Нягледзячы на тое, што апорную трубу лягчэй за ўсё вырабіць з дапамогай намоткі нітак, гэты працэс не быў камерцыялізаваны з выкарыстаннем натуральных валокнаў.Такім чынам, была абраная ручная раскладка, бо гэта стандартны спосаб вырабу, нягледзячы на больш высокія працоўныя затраты.Выкарыстоўваючы мужчынскую форму, падобную на апраўку, можна завяршыць раскладку гарызантальнай, а затым павярнуць вертыкальна для зацвярдзення, прадухіляючы правісання з аднаго боку.Вага кампазітных дэталяў будзе нязначна адрознівацца ў залежнасці ад колькасці смалы ў гатовай дэталі.Гэтыя лічбы заснаваныя на 50% масы валакна.
Агульная вага сталёвай і кампазітнай турбіны магутнасцю 2 МВт складае 9 888 кг і 7 016 кг адпаведна.Сталёвая і кампазітная турбіны магутнасцю 250 кВт складаюць 3734 кг і 1927 кг адпаведна.Агульныя вынікі мяркуюць 20 брамак для кожнай турбіны і даўжыню напорнага штока, роўнай галоўцы турбіны.Верагодна, што шлагбаум будзе даўжэй і патрабуе арматуры, але гэтая лічба дае асноўную ацэнку вагі прылады і спадарожных перыферыйных прылад.Генератар, балты і прывад варот не ўключаны і мяркуецца, што яны падобныя паміж кампазітнымі і сталёвымі блокамі.Варта таксама адзначыць, што рэканструкцыя бегуноў, неабходная для ўліку канцэнтрацый напружання, назіраных у FEA, дадасць вагі кампазітным адзінкам, але мяркуецца, што колькасць будзе мінімальным, парадку 5 кг для ўмацавання кропак з канцэнтрацыяй напружання
Пры дадзеным вазе кампазітную турбіну магутнасцю 2 МВт і яе напорны шток можна было падняць з дапамогай хуткага V-22 Osprey, у той час як для сталёвай машыны спатрэбіцца больш павольны, менш манеўраны верталёт з двума ротарамі Chinook.Акрамя таго, кампазітную турбіну і напорны шток магутнасцю 2 МВт можна было буксіраваць F-250 4×4, тады як для сталёвага блока спатрэбіцца большы грузавік, якім было б цяжка манеўраваць па лясных дарогах, калі ўстаноўка была аддаленай.
Высновы
Цалкам магчыма будаваць турбіны з кампазітных матэрыялаў, і было заўважана зніжэнне вагі на 50-70% у параўнанні са звычайнымі сталёвымі кампанентамі.Паменшаная вага дазваляе ўсталёўваць кампазітныя турбіны ў аддаленых месцах.Акрамя таго, для зборкі гэтых кампазітных канструкцый не патрабуецца зварачнае абсталяванне.Кампаненты таксама патрабуюць меншай колькасці дэталяў, якія трэба змацаваць паміж сабой, бо кожная частка можа быць зроблена з адной або дзвюх секцый.Пры невялікіх серыях вытворчасці, змадэляваных у гэтым даследаванні, кошт формаў і іншага інструмента дамінуе над коштам кампанентаў.
Пазначаныя тут невялікія серыі паказваюць, чаго будзе каштаваць пачаць далейшае даследаванне гэтых матэрыялаў.Гэта даследаванне можа вырашыць праблемы кавітацыйнай эрозіі і абароны ад ультрафіялету кампанентаў пасля ўстаноўкі.Магчыма выкарыстанне эластомерных або керамічных пакрыццяў, каб паменшыць кавітацыю або гарантаваць, што турбіна працуе ў рэжыме патоку і напору, якія прадухіляюць узнікненне кавітацыі.Важна будзе праверыць і вырашыць гэтыя і іншыя праблемы, каб гарантаваць, што агрэгаты могуць дасягнуць такой жа надзейнасці, як і сталёвыя турбіны, асабліва калі яны будуць устаноўлены ў раёнах, дзе тэхнічнае абслугоўванне будзе праводзіцца рэдка.
Нават пры такіх невялікіх тыражах некаторыя кампазітныя кампаненты могуць быць эканамічна эфектыўнымі з-за памяншэння працы, неабходнай для вытворчасці.Напрыклад, зварка са сталі корпуса для блока Francis магутнасцю 2 МВт будзе каштаваць 80 000 долараў у параўнанні з 25 000 долараў для вытворчасці кампазітаў.Аднак, пры ўмове паспяховай канструкцыі турбінных бегуноў, кошт ліцця кампазітных бегуноў больш, чым эквівалентныя сталёвыя кампаненты.Вытворчасць бегуна магутнасцю 2 МВт будзе каштаваць каля 23 000 долараў ЗША, у параўнанні з 27 000 долараў з кампазіта.Кошт можа адрознівацца ў залежнасці ад машыны.І кошт кампазітных кампанентаў значна знізілася б пры больш высокіх аб'ёмах вытворчасці, калі б формы можна было выкарыстоўваць паўторна.
Даследчыкі ўжо даследавалі канструкцыю турбінных бегуноў з кампазітных матэрыялаў.8 Аднак у гэтым даследаванні не разглядаліся кавітацыйная эрозія і мэтазгоднасць будаўніцтва.Наступным крокам для кампазітных турбін з'яўляецца распрацоўка і стварэнне маштабнай мадэлі, якая дазволіць даказаць мэтазгоднасць і эканамічнасць вытворчасці.Затым гэты блок можа быць пратэставаны для вызначэння эфектыўнасці і прыдатнасці, а таксама метадаў прадухілення залішняй кавітацыйнай эрозіі.
Час публікацыі: 15 лютага 2022 г
