Materyèl konpoze yo ap fè pwogrè nan konstriksyon ekipman pou endistri enèji idwoelektrik la. Yon envestigasyon sou rezistans materyèl ak lòt kritè revele anpil plis aplikasyon, patikilyèman pou ti inite ak mikwo inite.
Atik sa a te evalye epi modifye dapre revizyon ki te fèt pa de oswa plis pwofesyonèl ki gen ekspètiz nan domèn nan. Moun ki fè revizyon sa yo jije maniskri yo pou presizyon teknik, itilite, ak enpòtans jeneral nan endistri idwoelektrik la.
Aparisyon nouvo materyèl yo ofri opòtinite enteresan pou endistri idwoelektrik la. Bwa — yo te itilize nan premye wou dlo yo ak tiyo fòse yo — te ranplase an pati pa konpozan asye nan kòmansman ane 1800 yo. Asye konsève fòs li menm lè li sibi gwo chaj fatig epi li reziste kont ewozyon ak korozyon kavitasyon. Pwopriyete li yo byen konprann epi pwosesis fabrikasyon konpozan yo byen devlope. Pou gwo inite yo, asye ap pwobableman rete materyèl ki pi pito a.
Sepandan, lè nou konsidere ogmantasyon ti turbin (anba 10 MW) pou rive nan mikwo turbin (anba 100 kW), yo ka itilize konpoze pou ekonomize pwa epi diminye pri fabrikasyon ak enpak anviwònman an. Sa a patikilyèman enpòtan lè nou konsidere bezwen kontinyèl pou kwasans nan ekipman pou elektrisite. Kapasite idwoelektrik ki enstale nan mond lan, prèske 800,000 MW dapre yon etid an 2009 pa Norwegian Renewable Energy Partners, se sèlman 10% nan sa ki ekonomikman posib ak 6% nan sa ki teknikman posib. Potansyèl pou pote plis idwoelektrik teknikman posib nan domèn sa ki ekonomikman posib ogmante ak kapasite konpozan konpoze yo pou bay ekonomi de echèl.
Fabrikasyon konpozan konpoze
Pou fabrike forkstock la yon fason ekonomik epi avèk yon fòs ki konsistan, pi bon metòd la se bobinaj filaman. Yo vlope yon gwo mandren ak fil fib ki pase nan yon beny résine. Yo vlope fil yo nan modèl sèk ak elikoid pou kreye fòs pou presyon entèn, koube longitudinal ak manyen. Seksyon rezilta ki anba a montre pri ak pwa pa pye pou de gwosè forkstock yo, ki baze sou yon pri nan men founisè lokal yo. Pri a te montre ke epesè konsepsyon an te detèmine pa egzijans enstalasyon ak manyen, olye de chaj presyon relativman ba a, epi pou toude li te 2.28 cm.
Yo te konsidere de metòd fabrikasyon pou baryè yo ak lam sipò yo; kouch mouye ak perfusion vakyòm. Kouch mouye a itilize twal sèk, ki enpreye lè yo vide résine sou twal la epi sèvi ak woulo pou pouse résine a nan twal la. Pwosesis sa a pa pwòp tankou perfusion vakyòm epi li pa toujou pwodui estrikti ki pi optimize an tèm de rapò fib-résine, men li pran mwens tan pase pwosesis perfusion vakyòm nan. Perfusion vakyòm mete fib sèk la nan oryantasyon ki kòrèk yo, epi yo mete pil sèk la nan yon sache vakyòm epi yo tache ekipman siplemantè ki mennen nan yon rezèv résine, ki rale nan pyès la lè yo aplike vakyòm nan. Vakyòm nan ede kenbe kantite résine a nan yon nivo optimal epi li diminye liberasyon òganik temèt yo.
Bwat espiral la pral sèvi ak yon kouch alamen an de mwatye separe sou yon mwazi gason pou asire yon sifas enteryè lis. De mwatye sa yo pral kole ansanm ak fib ajoute sou deyò a nan pwen koneksyon an pou asire yon fòs adekwat. Chaj presyon nan bwat espiral la pa mande pou yon konpoze avanse ki gen gwo fòs, kidonk yon kouch mouye an twal fib vè ak yon résine epoksi pral sifi. Epesè bwat espiral la te baze sou menm paramèt konsepsyon ak tiyo forcé a. Inite 250-kW la se yon machin koule axial, kidonk pa gen okenn bwat espiral.
Yon turbine runner konbine yon jeyometri konplèks ak gwo egzijans chaj. Travay resan yo demontre ke konpozan estriktirèl ki gen gwo rezistans yo ka fabrike apati yon SMC prepreg koupe ak ekselan rezistans ak rèd.5 Bra sispansyon Lamborghini Gallardo a te fèt lè l sèvi avèk plizyè kouch yon SMC prepreg koupe ke yo rekonèt kòm yon konpoze fòje, moule pa konpresyon pou pwodui epesè ki nesesè a. Menm metòd la ka aplike pou runner Francis ak elis yo. Runner Francis la pa ka fèt kòm yon sèl inite, paske konpleksite sipèpoze lam yo ta anpeche pyès la soti nan mwazi an. Kidonk, lam runner yo, kouwòn lan ak bann lan fabrike separeman epi answit kole ansanm epi ranfòse ak boulon atravè deyò kouwòn lan ak bann lan.
Malgre ke tib tire a pi fasil pou fabrike lè l sèvi avèk bobin filaman, pwosesis sa a pa ko komèsyalize lè l sèvi avèk fib natirèl. Kidonk, yo te chwazi kouch alamen, paske sa a se yon metòd fabrikasyon estanda, malgre pri travay la ki pi wo. Lè l sèvi avèk yon mwazi gason menm jan ak yon mandren, yo ka fè kouch la ak mwazi a orizontal epi answit vire l vètikal pou l geri, sa ki anpeche l afesman sou yon bò. Pwa pati konpoze yo ap varye yon ti kras selon kantite résine ki nan pati fini an. Chif sa yo baze sou 50% pwa fib.
Pwa total pou turbin asye ak konpoze 2-MW yo se 9,888 kg ak 7,016 kg respektivman. Turbin asye ak konpoze 250-kW yo se 3,734 kg ak 1,927 kg respektivman. Total yo sipoze 20 pòtay pou chak turbin ak yon longè tiyo foren egal a tèt turbin lan. Li pwobab ke tiyo foren an ta pi long epi li ta bezwen ekipman, men nimewo sa a bay yon estimasyon debaz sou pwa inite a ak periferik ki asosye yo. Jeneratè a, boulon yo ak pyès ki nan konpitè pou deklanche pòtay la pa enkli epi yo sipoze yo sanble ant inite konpoze ak asye yo. Li enpòtan tou pou note ke nouvo konsepsyon kourè ki nesesè pou pran an kont konsantrasyon estrès yo wè nan FEA a ta ajoute pwa nan inite konpoze yo, men yo sipoze kantite a minimòm, nan lòd 5 kg pou ranfòse pwen ki gen konsantrasyon estrès.
Avèk pwa yo bay yo, turbin konpoze 2-MW a ak tiyo kondui li a te kapab leve pa rapid V-22 Osprey la, alòske machin asye a ta mande yon elikoptè Chinook doub rotor ki pi dousman, ki mwens fasil pou manevre. Epitou, turbin konpoze 2-MW a ak tiyo kondui a te kapab remorke pa yon F-250 4×4, alòske inite asye a ta mande yon kamyon ki pi gwo ki ta difisil pou manevre sou wout forè si enstalasyon an te lwen.
Konklizyon
Li posib pou konstwi turbin ak materyèl konpoze, epi yo te wè yon rediksyon pwa 50% a 70% konpare ak konpozan asye konvansyonèl yo. Pwa redwi a ka pèmèt enstale turbin konpoze nan kote ki lwen. Anplis de sa, asanblaj estrikti konpoze sa yo pa bezwen ekipman soude. Konpozan yo mande tou mwens pyès pou boulonnen ansanm, paske chak pyès ka fèt an youn oubyen de seksyon. Nan ti kantite pwodiksyon yo modle nan etid sa a, pri mwazi yo ak lòt zouti yo domine pri konpozan an.
Ti kantite yo endike la a montre konbyen li ta koute pou kòmanse plis rechèch sou materyèl sa yo. Rechèch sa a ka adrese ewozyon kavitasyon ak pwoteksyon UV konpozan yo apre enstalasyon. Li posib pou itilize kouch elastomè oswa seramik pou diminye kavitasyon oswa asire ke turbin lan fonksyone nan rejim koule ak wotè ki anpeche kavitasyon rive. Li pral enpòtan pou teste epi rezoud pwoblèm sa yo ak lòt pwoblèm pou asire inite yo ka reyalize yon fyab menm jan ak turbin asye yo, sitou si yo pral enstale nan zòn kote antretyen an p ap souvan.
Menm nan ti kantite lajan sa yo, kèk konpozan konpoze ka koute mwens akòz mwens travay ki nesesè pou fabrike. Pa egzanp, yon bwat espiral pou inite Francis 2-MW a ta koute $80,000 pou soude ak asye konpare ak $25,000 pou fabrike ak konpoze. Sepandan, si nou sipoze yon konsepsyon turbin ki reyisi, pri pou moule turbin konpoze yo pi plis pase konpozan asye ekivalan yo. Manivèl 2-MW a ta koute anviwon $23,000 pou fabrike ak asye, konpare ak $27,000 pou konpoze. Pri yo ka varye selon machin nan. Epi pri pou konpozan konpoze yo ta diminye anpil nan pi gwo kantite lajan si yo te ka reitilize mwazi yo.
Chèchè yo deja envestige konstriksyon turbin ki fèt ak materyèl konpoze.8 Sepandan, etid sa a pa t adrese ewozyon kavitasyon ak posibilite konstriksyon an. Pwochen etap la pou turbin konpoze yo se pou konsepsyon ak konstwi yon modèl echèl ki pral pèmèt prèv posibilite ak ekonomi fabrikasyon. Apre sa, yo ka teste inite sa a pou detèmine efikasite ak aplikabilite, ansanm ak metòd pou anpeche ewozyon kavitasyon depase.
Dat piblikasyon: 15 Fevriye 2022
