ჰიდროელექტროენერგეტიკული ინდუსტრიის აღჭურვილობის მშენებლობაში კომპოზიტური მასალები შემოიჭრება.მატერიალური სიმტკიცისა და სხვა კრიტერიუმების გამოკვლევა ავლენს კიდევ ბევრ გამოყენებას, განსაკუთრებით მცირე და მიკრო ერთეულებისთვის.
ეს სტატია შეფასებულია და რედაქტირებულია ორი ან მეტი პროფესიონალის მიერ ჩატარებული მიმოხილვის შესაბამისად, რომლებსაც აქვთ შესაბამისი ექსპერტიზა.ეს რეცენზენტები აფასებენ ხელნაწერებს ტექნიკური სიზუსტით, სარგებლიანობით და საერთო მნიშვნელობით ჰიდროელექტრო ინდუსტრიაში.
ახალი მასალების ზრდა საინტერესო შესაძლებლობებს აძლევს ჰიდროელექტრო ინდუსტრიას.ხე - გამოყენებული ორიგინალური წყლის ბორბლებში და საყრდენებში - ნაწილობრივ ჩაანაცვლა ფოლადის კომპონენტებით 1800-იანი წლების დასაწყისში.ფოლადი ინარჩუნებს თავის სიმტკიცეს მაღალი დაღლილობის დატვირთვით და ეწინააღმდეგება კავიტაციის ეროზიას და კოროზიას.მისი თვისებები კარგად არის გასაგები და კომპონენტების წარმოების პროცესები კარგად არის განვითარებული.დიდი ერთეულებისთვის, ფოლადი დარჩება არჩევანის მასალად.
თუმცა, თუ გავითვალისწინებთ მცირე ზომის (10 მგვტ-ზე ქვემოთ) მიკრო ზომის (100 კვტ-მდე) ტურბინების ზრდას, კომპოზიტები შეიძლება გამოყენებულ იქნას წონის დაზოგვისა და წარმოების ხარჯების შესამცირებლად და გარემოზე ზემოქმედების შესამცირებლად.ეს განსაკუთრებით აქტუალურია ელექტროენერგიის მიწოდების ზრდის მუდმივი საჭიროების გათვალისწინებით.დაყენებული მსოფლიო ჰიდრო სიმძლავრე, თითქმის 800,000 მეგავატი ნორვეგიის განახლებადი ენერგიის პარტნიორების 2009 წლის კვლევის მიხედვით, არის ეკონომიკურად მიზანშეწონილი ჰიდროენერგიის მხოლოდ 10% და ტექნიკურად შესაძლებელი ჰიდროენერგეტიკის 6%.ტექნიკურად შესაძლებელი ჰიდროელექტროსადგურების მეტი ეკონომიკურად მიზანშეწონილობის სფეროში მოყვანის პოტენციალი იზრდება კომპოზიციური კომპონენტების შესაძლებლობით, უზრუნველყონ მასშტაბის ეკონომია.
კომპოზიტური კომპონენტების წარმოება
სამაგრის ეკონომიურად და თანმიმდევრული მაღალი სიმტკიცის წარმოებისთვის საუკეთესო მეთოდია ძაფის გრაგნილი.დიდი მანდრილი შეფუთულია ბოჭკოების ტოტებით, რომლებიც გავლებულია ფისოვანი აბანოში.ბუქსირები შეფუთულია რგოლში და ხვეული შაბლონებში, რათა შეიქმნას ძალა შიდა წნევისთვის, გრძივი მოხრა და მართვა.ქვემოთ მოყვანილი შედეგების განყოფილება გვიჩვენებს ღირებულებას და წონას თითო ფუტზე ორი საცობის ზომისთვის, ადგილობრივი მომწოდებლების შეთავაზების საფუძველზე.ციტატამ აჩვენა, რომ დიზაინის სისქე განპირობებული იყო ინსტალაციისა და დამუშავების მოთხოვნებით და არა შედარებით დაბალი წნევის დატვირთვით და ორივესთვის ეს იყო 2,28 სმ.
განხილული იყო დამზადების ორი მეთოდი ჭიშკრის კარიბჭეებისა და საყრდენი ფლოტებისთვის;სველი განლაგება და ვაკუუმის ინფუზია.სველი განლაგება იყენებს მშრალ ქსოვილს, რომელიც გაჟღენთილია ქსოვილზე ფისის ჩამოსხმით და ლილვაკების გამოყენებით ფისის ქსოვილში გადასატანად.ეს პროცესი არ არის ისეთივე სუფთა, როგორც ვაკუუმური ინფუზია და ყოველთვის არ აწარმოებს ყველაზე ოპტიმიზებულ სტრუქტურას ბოჭკო-ფისოვანი თანაფარდობის თვალსაზრისით, მაგრამ მას ნაკლები დრო სჭირდება, ვიდრე ვაკუუმური ინფუზიის პროცესს.ვაკუუმური ინფუზია ათავსებს მშრალ ბოჭკოს სწორ ორიენტაციაში, შემდეგ კი მშრალი დასტა იკვრება ვაკუუმში და მიმაგრებულია დამატებითი ფიტინგები, რომლებიც მიგვიყვანს ფისოვანი მიწოდებისკენ, რომელიც ჩაედინება იმ ნაწილში, როდესაც ვაკუუმი გამოიყენება.ვაკუუმი ხელს უწყობს ფისის ოდენობის ოპტიმალურ დონეზე შენარჩუნებას და ამცირებს აქროლადი ორგანული ნივთიერებების გამოყოფას.
გადახვევის ჩანთა გამოიყენებს ხელის დალაგებას ორ ცალკეულ ნაწილად მამრობითი ყალიბზე, რათა უზრუნველყოს გლუვი შიდა ზედაპირი.შემდეგ ეს ორი ნახევარი შეკრული იქნება ბოჭკოსთან, რომელიც დაემატება გარედან შემაკავშირებელ წერტილში, რათა უზრუნველყოფილი იყოს შესაბამისი სიმტკიცე.ზეწოლის დატვირთვა გრაგნილ კორპუსში არ საჭიროებს მაღალი სიმტკიცის მოწინავე კომპოზიტს, ამიტომ მინაბოჭკოვანი ქსოვილის სველი განლაგება ეპოქსიდური ფისით საკმარისი იქნება.გრაგნილის კორპუსის სისქე დაფუძნებული იყო იმავე დიზაინის პარამეტრზე, როგორც პენსტოკი.250 კვტ-იანი დანადგარი არის ღერძული ნაკადის მანქანა, ასე რომ არ არის გადახვევის საქმე.
ტურბინის მორბენალი აერთიანებს რთულ გეომეტრიას მაღალი დატვირთვის მოთხოვნებთან.ბოლოდროინდელმა სამუშაოებმა აჩვენა, რომ მაღალი სიმტკიცის სტრუქტურული კომპონენტების დამზადება შესაძლებელია დაჭრილი პრეპრეგირებული SMC-დან, შესანიშნავი გამძლეობითა და სიმტკიცით.5 Lamborghini Gallardo-ს საკიდური მკლავი შექმნილია დაჭრილი პრეპრეგირებული SMC-ის მრავალი ფენის გამოყენებით, რომელიც ცნობილია როგორც ყალბი კომპოზიტი, შეკუმშვით ჩამოსხმული. საჭირო სისქის წარმოებისთვის.იგივე მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფრენსის და პროპელერის მორბენალებზე.ფრენსის მორბენალი არ შეიძლება გაკეთდეს როგორც ერთი ერთეული, რადგან დანის გადახურვის სირთულე ხელს შეუშლის ნაწილის ამოღებას ყალიბიდან.ამრიგად, სარბენი პირები, გვირგვინი და ზოლები მზადდება ცალ-ცალკე, შემდეგ შეკრულია ერთმანეთთან და ამაგრებენ ჭანჭიკებით გვირგვინისა და ზოლის გარედან.
მიუხედავად იმისა, რომ გამწოვი მილი ყველაზე ადვილად იწარმოება ძაფის გრაგნილით, ეს პროცესი არ ყოფილა კომერციალიზაცია ბუნებრივი ბოჭკოების გამოყენებით.ამრიგად, აირჩიეს ხელის დალაგება, რადგან ეს არის წარმოების სტანდარტული მეთოდი, მიუხედავად მაღალი შრომის ხარჯებისა.მანდრილის მსგავსი მამრობითი ყალიბის გამოყენებით, განლაგება შეიძლება დასრულდეს ყალიბით ჰორიზონტალურად და შემდეგ გადაბრუნდეს ვერტიკალურად გასაშრობად, რაც თავიდან აიცილებს დახშობას ერთ მხარეს.კომპოზიტური ნაწილების წონა ოდნავ განსხვავდება მზა ნაწილში ფისის ოდენობიდან გამომდინარე.ეს რიცხვები ეფუძნება 50% ბოჭკოს წონას.
ფოლადის და კომპოზიტური 2-მგვტ ტურბინის ჯამური მასა არის 9,888 კგ და 7,016 კგ, შესაბამისად.250 კვტ ფოლადის და კომპოზიტური ტურბინები არის 3,734 კგ და 1,927 კგ, შესაბამისად.ჯამებში ვარაუდობენ 20 ვიკეტის კარიბჭე თითოეული ტურბინისთვის და საყრდენის სიგრძე, რომელიც ტოლია ტურბინის სათავეზე.სავარაუდოა, რომ სამაგრი უფრო გრძელი იქნება და საჭიროებს ფიტინგებს, მაგრამ ეს რიცხვი იძლევა ერთეულისა და მასთან დაკავშირებული პერიფერიული მოწყობილობების წონის ძირითად შეფასებას.გენერატორი, ჭანჭიკები და კარიბჭის ამძრავი აპარატურა არ შედის და ვარაუდობენ, რომ მსგავსია კომპოზიციურ და ფოლადის ერთეულებს შორის.აღსანიშნავია ისიც, რომ მორბენალის ხელახალი დიზაინი, რომელიც საჭიროა FEA-ში სტრესის კონცენტრაციის გასათვალისწინებლად, დაამატებდა წონას კომპოზიციურ ერთეულებს, მაგრამ ეს რაოდენობა ითვლება მინიმალური, 5 კგ-ის ბრძანებით, რათა გააძლიეროს წერტილები სტრესის კონცენტრაციით.
მოცემული წონებით, 2-მგვტ სიმძლავრის კომპოზიტური ტურბინა და მისი აწევა შეიძლება ამაღლდეს სწრაფი V-22 Osprey-ით, ხოლო ფოლადის მანქანას დასჭირდება უფრო ნელი, ნაკლებად მანევრირებადი Chinook ტყუპი როტორის ვერტმფრენი.ასევე, 2-მგვტ სიმძლავრის კომპოზიტური ტურბინა და საყრდენი შეიძლება ბუქსირდეს F-250 4×4-ით, ხოლო ფოლადის ბლოკს დასჭირდება უფრო დიდი სატვირთო მანქანა, რომლის მანევრირება რთული იქნებოდა ტყის გზებზე, თუ ინსტალაცია დისტანციური იყო.
დასკვნები
შესაძლებელია ტურბინების აგება კომპოზიტური მასალებისგან და წონის შემცირება 50%-დან 70%-მდე დაფიქსირდა ჩვეულებრივი ფოლადის კომპონენტებთან შედარებით.შემცირებულ წონას შეუძლია კომპოზიტური ტურბინების დაყენება შორეულ ადგილებში.გარდა ამისა, ამ კომპოზიციური სტრუქტურების შეკრება არ საჭიროებს შედუღების აღჭურვილობას.კომპონენტებს ასევე სჭირდებათ ნაკლები ნაწილის ერთმანეთთან დამაგრება, რადგან თითოეული ნაწილის დამზადება შესაძლებელია ერთ ან ორ განყოფილებად.ამ კვლევაში მოდელირებულ მცირე წარმოების ეტაპებზე, ყალიბებისა და სხვა ხელსაწყოების ღირებულება დომინირებს კომპონენტის ღირებულებაზე.
აქ მითითებული მცირე სერიები გვიჩვენებს, თუ რა დაჯდება ამ მასალების შემდგომი კვლევის დაწყება.ამ კვლევას შეუძლია მიმართოს კავიტაციის ეროზიას და კომპონენტების UV დაცვას ინსტალაციის შემდეგ.შესაძლოა შესაძლებელი იყოს ელასტომერის ან კერამიკული საფარის გამოყენება კავიტაციის შესამცირებლად ან ტურბინის ნაკადის და სათავე რეჟიმებში მუშაობის უზრუნველსაყოფად, რაც ხელს უშლის კავიტაციის წარმოქმნას.მნიშვნელოვანი იქნება ამ და სხვა საკითხების ტესტირება და გადაწყვეტა, რათა დარწმუნდეთ, რომ დანაყოფებს შეუძლიათ მიაღწიონ ფოლადის ტურბინების ანალოგიურ საიმედოობას, განსაკუთრებით იმ შემთხვევაში, თუ ისინი უნდა დამონტაჟდეს ისეთ ადგილებში, სადაც მოვლა იშვიათი იქნება.
ამ მცირე გაშვებებშიც კი, ზოგიერთი კომპოზიტური კომპონენტი შეიძლება იყოს ეკონომიური, წარმოებისთვის საჭირო შრომის შემცირების გამო.მაგალითად, 2-მგვტ ფრენსის ბლოკის გრაგნილი ღირდა 80 000 აშშ დოლარი ფოლადისგან შედუღებაზე, კომპოზიციური წარმოებისთვის 25 000 დოლართან შედარებით.თუმცა, თუ ვივარაუდებთ, რომ ტურბინის მორბენალი წარმატებული დიზაინია, კომპოზიტური მორბენალი ჩამოსხმის ღირებულება უფრო მეტია, ვიდრე ექვივალენტური ფოლადის კომპონენტები.2-მგვტ სიმძლავრის სარბენი ფოლადისგან დამზადება დაახლოებით 23,000 დოლარი დაჯდება, კომპოზიციისგან 27,000 აშშ დოლარის შედარებით.ხარჯები შეიძლება განსხვავდებოდეს მანქანის მიხედვით.და კომპოზიტური კომპონენტების ღირებულება მნიშვნელოვნად შემცირდება მაღალი წარმოების დროს, თუ ყალიბები ხელახლა გამოიყენებოდა.
მკვლევარებმა უკვე გამოიკვლიეს ტურბინის მორბენალი კომპოზიტური მასალებისგან.8 თუმცა, ეს კვლევა არ შეეხო კავიტაციის ეროზიას და მშენებლობის მიზანშეწონილობას.შემდეგი ნაბიჯი კომპოზიტური ტურბინებისთვის არის მასშტაბური მოდელის დაპროექტება და აშენება, რომელიც საშუალებას მისცემს დაამტკიცოს წარმოების მიზანშეწონილობა და ეკონომიურობა.ამის შემდეგ ეს ერთეული შეიძლება შემოწმდეს, რათა დადგინდეს ეფექტურობა და გამოყენებადობა, აგრეთვე მეთოდები ჭარბი კავიტაციის ეროზიის თავიდან ასაცილებლად.
გამოქვეყნების დრო: თებ-15-2022
