Bahan komposit nggawe terobosan ing konstruksi peralatan kanggo industri tenaga hidroelektrik.Penyelidikan babagan kekuatan material lan kritéria liyane nuduhake luwih akeh aplikasi, utamane kanggo unit cilik lan mikro.
Artikel iki wis dievaluasi lan diowahi miturut review sing ditindakake dening loro utawa luwih profesional sing duwe keahlian sing relevan.Peer reviewer iki ngadili manuskrip kanggo akurasi teknis, migunani, lan pentinge sakabehe ing industri hidroelektrik.
Munggah bahan anyar menehi kesempatan sing nyenengake kanggo industri hidroelektrik.Kayu - digunakake ing waterwheels asli lan penstocks - iki diganti ing bagean dening komponen baja ing awal 1800s.Steel nahan kekuatan liwat loading lemes dhuwur lan nolak erosi cavitation lan karat.Sifat-sifat kasebut dimangerteni kanthi apik lan proses kanggo nggawe komponen dikembangake kanthi apik.Kanggo unit gedhe, baja bakal tetep dadi bahan sing dipilih.
Nanging, amarga mundhake turbin cilik (ing ngisor 10 MW) dadi ukuran mikro (ing ngisor 100 kW), komposit bisa digunakake kanggo ngirit bobot lan nyuda biaya manufaktur lan dampak lingkungan.Iki cocog utamane amarga kabutuhan terus-terusan kanggo pasokan listrik.Kapasitas hidro donya sing diinstal, meh 800.000 MW miturut studi 2009 dening Mitra Energi Terbarukan Norwegia, mung 10% saka daya ekonomi sing layak lan 6% saka tenaga hidro sing bisa ditindakake kanthi teknis.Potensi kanggo nggawa luwih akeh hidro sing bisa ditindakake kanthi teknis menyang wilayah sing bisa ditindakake kanthi ekonomi mundhak kanthi kemampuan komponen komposit kanggo nyedhiyakake skala ekonomi.
Pabrikan komponen komposit
Kanggo nggawe penstock kanthi ekonomis lan kanthi kekuatan dhuwur sing konsisten, cara sing paling apik yaiku filament winding.A mandrel gedhe wis kebungkus karo tows saka serat sing wis mbukak liwat siram resin.Tows kebungkus pola hoop lan heliks kanggo nggawe kekuatan kanggo tekanan internal, mlengkung longitudinal lan penanganan.Bagean asil ing ngisor iki nuduhake biaya lan bobot saben sikil kanggo rong ukuran penstock, adhedhasar kutipan saka pemasok lokal.Kutipan nuduhake yen kekandelan desain iki mimpin dening instalasi lan nangani syarat, tinimbang mbukak meksa relatif kurang, lan kanggo loro iku 2,28 cm.
Rong cara manufaktur dianggep kanggo gerbang wicket lan vanes tetep;layup udan lan infus vakum.Layup udan nggunakake kain garing, sing diresapi kanthi nyemprotake resin ing kain lan nggunakake roller kanggo nyurung resin menyang kain.Proses iki ora resik kaya infus vakum lan ora tansah ngasilake struktur sing paling optimal saka segi rasio serat-kanggo-resin, nanging butuh wektu kurang saka proses infus vakum.Infus vakum nyeleh munggah serat garing ing orientations bener, lan tumpukan garing banjur vakum tas lan fittings ekstra ditempelake sing mimpin kanggo sumber resin, kang digambar menyang bagean nalika vakum wis Applied.Vakum mbantu njaga jumlah resin ing tingkat optimal lan nyuda pelepasan bahan organik sing molah malih.
Kasus gulung bakal nggunakake layup tangan ing loro halves kapisah ing jamur lanang kanggo mesthekake lumahing utama Gamelan.Iki rong bagian banjur bakal diikat bebarengan karo serat sing ditambahake ing njaba ing titik ikatan kanggo njamin kekuatan sing cukup.Beban tekanan ing kasus gulung ora mbutuhake komposit majeng kanthi kekuatan dhuwur, saéngga layup teles saka kain fiberglass kanthi resin epoksi bakal cukup.Kekandelan kasus gulung adhedhasar parameter desain sing padha karo penstock.Unit 250-kW minangka mesin aliran aksial, saengga ora ana kasus gulung.
Pelari turbin nggabungake geometri kompleks kanthi syarat beban dhuwur.Karya anyar wis nuduhake manawa komponen struktural kanthi kekuatan dhuwur bisa digawe saka SMC prepreg sing disigar kanthi kekuatan lan kaku sing apik.5 Lengan suspensi Lamborghini Gallardo dirancang kanthi nggunakake pirang-pirang lapisan prepreg SMC sing disigar dikenal minangka komposit palsu, cetakan kompresi. kanggo ngasilake kekandelan sing dibutuhake.Cara sing padha bisa ditrapake kanggo pelari Francis lan baling-baling.Pelari Francis ora bisa digawe minangka siji unit, amarga kerumitan agul-agul tumpang tindih bakal nyegah bagean kasebut diekstrak saka cetakan.Mangkono, agul-agul pelari, makutha lan pita diprodhuksi kanthi kapisah lan banjur diikat bebarengan lan dikuatake nganggo baut liwat njaba makutha lan pita.
Nalika tabung konsep paling gampang digawe nggunakake gulungan filamen, proses iki durung dikomersialake nggunakake serat alam.Mangkono, layup tangan dipilih, amarga iki minangka cara produksi standar, sanajan biaya tenaga kerja sing luwih dhuwur.Nggunakake jamur lanang padha mandrel a, layup bisa rampung karo jamur horisontal banjur nguripake vertikal kanggo tamba, nyegah sagging ing sisih siji.Bobot bagean komposit bakal beda-beda gumantung saka jumlah resin ing bagean rampung.Angka kasebut adhedhasar bobot serat 50%.
Bobot total kanggo turbin baja lan komposit 2-MW yaiku 9.888 kg lan 7.016 kg, masing-masing.Turbin baja lan komposit 250-kW yaiku 3.734 kg lan 1.927 kg, masing-masing.Gunggunge nganggep 20 gerbang wicket kanggo saben turbin lan dawa penstock padha karo kepala turbin.Iku kamungkinan sing penstock bakal maneh lan mbutuhake fittings, nanging nomer iki menehi prakiraan dhasar saka bobot saka unit lan peripherals gadhah.Generator, bolt lan hardware aktuator gapura ora kalebu lan dianggep padha antarane unit komposit lan baja.Iku uga worth kang lagi nyimak sing runner didesain ulang dibutuhake kanggo akun konsentrasi kaku katon ing FEA bakal nambah bobot kanggo Unit gabungan, nanging jumlah wis dianggep paling tithik, ing urutan 5 kg kanggo ngiyataken TCTerms karo konsentrasi kaku.
Kanthi bobot sing diwenehake, turbin komposit 2-MW lan penstock bisa diangkat kanthi cepet V-22 Osprey, dene mesin baja mbutuhake helikopter rotor kembar Chinook sing luwih alon lan ora bisa maneuver.Uga, turbin komposit 2-MW lan penstock bisa ditarik nganggo F-250 4×4, dene unit baja mbutuhake truk sing luwih gedhe sing bakal angel maneuver ing dalan alas yen instalasi kasebut adoh.
Kesimpulan
Iku layak kanggo mbangun turbin saka bahan komposit, lan abang bobot saka 50% kanggo 70% katon dibandhingake karo komponen baja conventional.Bobot suda bisa ngidini turbin komposit dipasang ing lokasi sing adoh.Kajaba iku, perakitan struktur komposit kasebut ora mbutuhake peralatan welding.Komponen kasebut uga mbutuhake bagean sing luwih sithik kanggo diikat, amarga saben potongan bisa digawe ing siji utawa rong bagean.Ing produksi cilik sing dimodelake ing panliten iki, biaya cetakan lan perkakas liyane ndominasi biaya komponen.
Mlaku cilik sing dituduhake ing kene nuduhake biaya kanggo miwiti riset luwih lanjut babagan bahan kasebut.Riset iki bisa ngatasi erosi cavitation lan proteksi UV saka komponen sawise instalasi.Bisa uga nggunakake lapisan elastomer utawa keramik kanggo nyuda cavitation utawa mesthekake yen turbin mlaku ing aliran lan rezim sirah sing nyegah cavitation saka kedadeyan.Penting kanggo nyoba lan ngrampungake masalah kasebut lan liya-liyane kanggo mesthekake yen unit kasebut bisa dipercaya kaya turbin baja, utamane yen dipasang ing wilayah sing jarang pangopènan.
Malah ing cilik iki, sawetara komponen komposit bisa biaya-efektif amarga suda tenaga kerja dibutuhake kanggo Pabrik.Contone, kasus gulung kanggo unit Francis 2-MW bakal biaya $ 80.000 kanggo dilas saka baja dibandhingake $ 25.000 kanggo pabrik komposit.Nanging, nganggep sukses desain pelari turbin, biaya kanggo ngecor pelari komposit luwih saka komponen baja sing padha.Pelari 2-MW bakal biaya kira-kira $23.000 kanggo nggawe saka baja, dibandhingake $27.000 saka komposit.Biaya bisa beda-beda miturut mesin.Lan biaya kanggo komponen komposit bakal mudhun banget nalika produksi luwih dhuwur yen cetakan bisa digunakake maneh.
Para panaliti wis nyelidiki pambangunan turbin pelari saka bahan komposit.8 Nanging, panliten iki ora nyinaoni erosi kavitasi lan kelayakan konstruksi.Langkah sabanjure kanggo turbin komposit yaiku ngrancang lan mbangun model skala sing bakal ngidini bukti kelayakan lan ekonomi manufaktur.Unit iki banjur bisa diuji kanggo nemtokake efisiensi lan ditrapake, uga cara kanggo nyegah erosi kavitasi sing berlebihan.
Wektu kirim: Feb-15-2022
