Ang mga materyales nga komposito nagsugod na og uswag sa pagtukod og mga kagamitan para sa industriya sa hydroelectric power. Ang imbestigasyon sa kalig-on sa materyal ug uban pang mga criteria nagpadayag og daghan pang mga aplikasyon, ilabina para sa gagmay ug gagmay nga mga yunit.
Kini nga artikulo gisusi ug gi-edit subay sa mga pagsusi nga gihimo sa duha o daghan pang mga propesyonal nga adunay may kalabutan nga kahanas. Kini nga mga peer reviewer naghukom sa mga manuskrito alang sa teknikal nga katukma, pagkamapuslanon, ug kinatibuk-ang importansya sulod sa industriya sa hydroelectric.
Ang pag-usbaw sa mga bag-ong materyales naghatag ug kulbahinam nga mga oportunidad alang sa industriya sa hydroelectric. Ang kahoy — nga gigamit sa orihinal nga mga waterwheel ug penstock — gipulihan sa bahin sa mga sangkap sa asero sa sayong bahin sa 1800s. Ang asero nagpabilin sa kusog niini bisan pa sa taas nga kakapoy ug nakasukol sa cavitation erosion ug corrosion. Ang mga kabtangan niini nasabtan pag-ayo ug ang mga proseso alang sa paghimo sa mga sangkap naugmad pag-ayo. Alang sa dagkong mga yunit, ang asero lagmit nga magpabilin nga materyal nga gipili.
Apan, tungod sa pag-usbaw sa gagmay (ubos sa 10 MW) ngadto sa micro-sized (ubos sa 100 kW) nga mga turbine, ang mga composite magamit aron makadaginot sa gibug-aton ug makunhuran ang gasto sa paggama ug epekto sa kalikopan. Kini labi ka may kalabutan tungod sa padayon nga panginahanglan alang sa pagtubo sa suplay sa kuryente. Ang na-install nga kapasidad sa hydro sa kalibutan, hapit 800,000 MW sumala sa usa ka pagtuon sa Norwegian Renewable Energy Partners niadtong 2009, 10% ra sa ekonomikanhong mahimo ug 6% sa teknikal nga mahimo nga hydropower. Ang potensyal sa pagdala sa dugang nga teknikal nga mahimo nga hydro ngadto sa natad sa ekonomikanhong mahimo nagdugang uban ang abilidad sa mga composite nga sangkap sa paghatag og ekonomiya sa sukod.
Paggama sa mga component
Aron makagama ang penstock nga barato ug makanunayon nga lig-on, ang labing maayong pamaagi mao ang filament winding. Usa ka dako nga mandrel ang giputos sa mga tow sa fiber nga gipaagi sa resin bath. Ang mga tow giputos sa hoop ug helical patterns aron makamugna og kalig-on para sa internal pressure, longitudinal bending ug handling. Ang seksyon sa mga resulta sa ubos nagpakita sa gasto ug gibug-aton kada tiil para sa duha ka gidak-on sa penstock, base sa usa ka quote gikan sa lokal nga mga supplier. Ang quote nagpakita nga ang gibag-on sa disenyo gimaneho sa mga kinahanglanon sa pag-instalar ug pagdumala, imbes sa medyo ubos nga pressure load, ug para sa duha kini 2.28 cm.
Duha ka pamaagi sa paggama ang gikonsiderar para sa mga wicket gates ug stay vanes; wet layup ug vacuum infusion. Ang wet layup naggamit ug uga nga panapton, nga gipahumok pinaagi sa pagbubo ug resin ibabaw sa panapton ug paggamit ug mga roller aron iduso ang resin ngadto sa panapton. Kini nga proseso dili sama ka limpyo sa vacuum infusion ug dili kanunay makahatag sa labing maayo nga istruktura sa termino sa fiber-to-resin ratio, apan kini mokabat ug mas mubo nga oras kaysa sa proseso sa vacuum infusion. Ang vacuum infusion magtipig sa uga nga fiber sa husto nga oryentasyon, ug ang dry stack dayon i-vacuum bag ug ang dugang nga mga fitting gilakip nga mosangpot sa suplay sa resin, nga gisuyop ngadto sa bahin kung ang vacuum gigamit. Ang vacuum makatabang sa pagmintinar sa gidaghanon sa resin sa usa ka labing maayo nga lebel ug pagpakunhod sa pagpagawas sa mga volatile organics.
Ang scroll case mogamit og hand layup sa duha ka managlahing bahin sa usa ka male mold aron masiguro ang hamis nga sulod nga bahin. Kining duha ka bahin idugtong dayon gamit ang fiber nga idugang sa gawas sa bonding point aron masiguro ang igong kusog. Ang pressure load sa scroll case dili magkinahanglan og high-strength advanced composite, busa ang basa nga layup sa fiberglass fabric nga adunay epoxy resin igo na. Ang gibag-on sa scroll case gibase sa parehas nga design parameter sa penstock. Ang 250-kW unit usa ka axial flow machine, busa walay scroll case.
Ang usa ka turbine runner naghiusa sa usa ka komplikado nga geometry nga adunay taas nga kinahanglanon sa karga. Ang bag-o nga trabaho nagpakita nga ang mga high-strength structural components mahimong himoon gikan sa usa ka tinadtad nga prepreg SMC nga adunay maayo kaayo nga kusog ug katig-a.5 Ang suspension arm sa Lamborghini Gallardo gidisenyo gamit ang daghang mga layer sa usa ka tinadtad nga prepreg SMC nga nailhan nga forged composite, compression molded aron makahimo sa gikinahanglan nga gibag-on. Ang parehas nga pamaagi magamit sa Francis ug propeller runners. Ang Francis runner dili mahimo nga usa ka yunit, tungod kay ang pagkakomplikado sa blade overlap makapugong sa bahin nga makuha gikan sa molde. Busa, ang mga runner blades, crown ug band gihimo nga gilain ug dayon gihiusa ug gipalig-on gamit ang mga bolt sa gawas sa crown ug band.
Samtang ang draft tube labing sayon nga himoon gamit ang filament winding, kini nga proseso wala pa mabaligya gamit ang natural nga mga lanot. Busa, gipili ang hand layup, tungod kay kini ang standard nga pamaagi sa paghimo, bisan pa sa mas taas nga gasto sa trabaho. Gamit ang male mold nga susama sa mandrel, ang layup mahimong makompleto nga ang molde pinahigda ug dayon ibaliko nga patindog aron mogahi, nga malikayan ang paglubay sa usa ka kilid. Ang gibug-aton sa mga composite nga bahin gamay nga magkalainlain depende sa gidaghanon sa resin sa nahuman nga bahin. Kini nga mga numero gibase sa 50% nga gibug-aton sa fiber.
Ang kinatibuk-ang gibug-aton para sa steel ug composite 2-MW turbine kay 9,888 kg ug 7,016 kg, matag usa. Ang 250-kW steel ug composite turbine kay 3,734 kg ug 1,927 kg, matag usa. Ang kinatibuk-ang gibug-aton nag-asumir og 20 ka wicket gates para sa matag turbine ug usa ka penstock length nga katumbas sa head sa turbine. Lagmit nga ang penstock mas taas ug magkinahanglan og mga fitting, apan kini nga numero naghatag og sukaranang banabana sa gibug-aton sa unit ug mga kaubang peripheral. Ang generator, bolts ug gate actuating hardware wala gilakip ug gituohan nga parehas tali sa composite ug steel units. Angayan usab nga matikdan nga ang runner redesign nga gikinahanglan aron maisip ang stress concentrations nga makita sa FEA makadugang og gibug-aton sa composite units, apan ang kantidad gituohan nga gamay ra, mga 5 kg aron mapalig-on ang mga punto nga adunay stress concentration.
Uban sa gihatag nga mga gibug-aton, ang 2-MW composite turbine ug ang penstock niini mahimong i-alsa sa paspas nga V-22 Osprey, samtang ang steel machine magkinahanglan og mas hinay ug dili kaayo maniobrahon nga Chinook twin rotor helicopter. Usab, ang 2-MW composite turbine ug penstock mahimong guyoron sa usa ka F-250 4×4, samtang ang steel unit magkinahanglan og mas dako nga trak nga lisod maniobrahon sa mga dalan sa kalasangan kon ang instalasyon layo.
Mga Konklusyon
Posible ang paghimo og mga turbine gikan sa mga composite nga materyales, ug nakita ang pagkunhod sa gibug-aton nga 50% ngadto sa 70% kon itandi sa naandan nga mga sangkap sa asero. Ang pagkunhod sa gibug-aton makatugot sa pag-instalar sa mga composite turbine sa mga hilit nga lokasyon. Dugang pa, ang pag-assemble niining mga composite nga istruktura wala magkinahanglan og kagamitan sa pagwelding. Ang mga sangkap nanginahanglan usab og gamay nga mga bahin nga i-bolt, tungod kay ang matag piraso mahimong himoon sa usa o duha ka seksyon. Sa gagmay nga mga proseso sa produksiyon nga gimodelo niini nga pagtuon, ang gasto sa mga molde ug uban pang mga himan ang nagdominar sa gasto sa sangkap.
Ang gagmay nga mga pag-agi nga gipakita dinhi nagpakita kung pila ang gasto aron masugdan ang dugang nga panukiduki bahin niini nga mga materyales. Kini nga panukiduki makatubag sa pagbanlas sa cavitation ug proteksyon sa UV sa mga sangkap pagkahuman sa pag-instalar. Mahimong posible nga gamiton ang elastomer o ceramic coatings aron makunhuran ang cavitation o masiguro nga ang turbine modagan sa mga rehimen sa agos ug ulo nga makapugong sa pagkahitabo sa cavitation. Importante nga sulayan ug sulbaron kini ug uban pang mga isyu aron masiguro nga ang mga yunit makab-ot ang parehas nga kasaligan sa mga steel turbine, labi na kung kini i-install sa mga lugar diin ang pagmentinar dili kanunay mahitabo.
Bisan sa kini nga gagmay nga mga operasyon, ang pipila ka mga composite component mahimong epektibo sa gasto tungod sa pagkunhod sa trabaho nga gikinahanglan alang sa paggama. Pananglitan, ang usa ka scroll case alang sa 2-MW Francis unit mogasto og $80,000 nga i-weld gikan sa asero kon itandi sa $25,000 alang sa composite manufacture. Bisan pa, kon ang malampuson nga disenyo sa mga turbine runner, ang gasto sa paghulma sa mga composite runner mas taas pa kay sa katumbas nga mga component sa asero. Ang 2-MW runner mogasto og mga $23,000 sa paggama gikan sa asero, kon itandi sa $27,000 gikan sa composite. Ang mga gasto mahimong magkalainlain depende sa makina. Ug ang gasto alang sa mga composite component moubos pag-ayo sa mas taas nga mga operasyon sa produksiyon kon ang mga molde magamit pag-usab.
Gisusi na sa mga tigdukiduki ang pagtukod og mga turbine runner gikan sa mga composite nga materyales.8 Bisan pa, kini nga pagtuon wala maghisgot sa cavitation erosion ug sa posibilidad sa pagtukod. Ang sunod nga lakang alang sa mga composite turbine mao ang pagdesinyo ug pagtukod og scale model nga magtugot sa pamatuod sa posibilidad ug ekonomiya sa paggama. Kini nga yunit mahimo unya nga sulayan aron mahibal-an ang kahusayan ug pagkagamit, ingon man mga pamaagi aron mapugngan ang sobra nga cavitation erosion.
Oras sa pag-post: Pebrero 15, 2022
