Нийлмэл материалууд нь усан цахилгаан станцын тоног төхөөрөмжийн бүтээн байгуулалтад нэвтэрч байна. Материалын бат бөх байдал болон бусад шалгуур үзүүлэлтүүдийг судлахад илүү олон хэрэглээ, ялангуяа жижиг болон микро нэгжүүдэд зориулагдсан болно.
Энэ нийтлэлийг холбогдох туршлагатай хоёр ба түүнээс дээш мэргэжилтнүүдийн хийсэн үнэлгээний дагуу үнэлж, засварласан болно. Эдгээр шинжээчид гар бичмэлийг техникийн нарийвчлал, ашиг тустай байдал, усан цахилгаан станцын ерөнхий ач холбогдлоор үнэлдэг.
Шинэ материалын өсөлт нь усан цахилгаан станцад сонирхолтой боломжийг олгож байна. Анхны усны дугуй болон бэхэлгээнд ашигласан модыг 1800-аад оны эхээр ган эд ангиудыг хэсэгчлэн сольсон. Ган нь өндөр ядаргаатай ачааллын ачаар хүч чадлаа хадгалж, хөндийн элэгдэл, зэврэлтийг эсэргүүцдэг. Түүний шинж чанарууд нь сайн ойлгогдож, эд анги үйлдвэрлэх процессууд нь сайн хөгжсөн байдаг. Том нэгжийн хувьд ган нь сонгох материал хэвээр байх болно.
Гэсэн хэдий ч жижиг (10 МВт-аас доош) микро хэмжээтэй (100 кВт-аас доош) турбин нэмэгдэж байгаа тул нийлмэл материалыг жин хэмнэж, үйлдвэрлэлийн өртөг болон байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулахад ашиглаж болно. Энэ нь ялангуяа цахилгаан эрчим хүчний хангамжийн өсөлтийн хэрэгцээг харгалзан үзэхэд онцгой ач холбогдолтой юм. Норвегийн Сэргээгдэх эрчим хүчний түншүүдийн 2009 оны судалгаагаар дэлхийн усан цахилгаан станцын суурилагдсан хүчин чадал нь бараг 800,000 МВт бөгөөд энэ нь эдийн засгийн боломжийн ердөө 10%, техникийн хувьд боломжтой усан цахилгаан станцын 6% юм. Нийлмэл бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь хэмнэлттэй хэмнэлттэй байхын хэрээр техникийн хувьд боломжтой усан сангуудыг эдийн засгийн хувьд боломжтой түвшинд хүргэх боломж нэмэгддэг.
Нийлмэл бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн үйлдвэрлэл
Тогтвортой, өндөр бат бэхийг хэмнэлттэй үйлдвэрлэхийн тулд хамгийн сайн арга бол судалтай ороомог юм. Том эрд нь давирхайтай ванны дундуур урссан эслэгээр ороосон байна. Чиргүүлүүдийг цагираг болон мушгиа хэлбэрээр ороож, дотоод даралт, уртааш гулзайлгах, харьцах хүчийг бий болгодог. Доорх үр дүнгийн хэсэгт орон нутгийн ханган нийлүүлэгчдээс ирүүлсэн үнийн саналд тулгуурлан хоёр төрлийн ганзагын үнэ, жинг харуулав. Уг ишлэлээс харахад дизайны зузаан нь харьцангуй бага даралтын ачаалал гэхээсээ илүү угсралт, ашиглалтын шаардлагаас шалтгаалсан бөгөөд хоёуланд нь 2.28 см байна.
Хаалга болон сэнсийг үйлдвэрлэх хоёр аргыг авч үзсэн; нойтон давхарга ба вакуум дусаах. Нойтон давхарга нь хуурай даавууг ашигладаг бөгөөд даавуун дээр давирхайг асгаж, булны тусламжтайгаар давирхайг даавуунд түлхэх замаар шингээдэг. Энэ процесс нь вакуум дусаах шиг цэвэр биш бөгөөд шилэн ба давирхайн харьцааны хувьд хамгийн оновчтой бүтцийг үргэлж гаргаж чаддаггүй, гэхдээ вакуум дусаах процессоос бага хугацаа шаарддаг. Вакуум дусаах нь хуурай эслэгийг зөв чиглэлд байрлуулж, дараа нь хуурай стекийг вакуум уутанд хийж, нэмэлт холбох хэрэгслийг хавсаргаж, вакуум хэрэглэх үед давирхайг нийлүүлэхэд хүргэдэг. Вакуум нь давирхайн хэмжээг оновчтой түвшинд байлгахад тусалдаг ба дэгдэмхий органик бодисын ялгаралтыг бууруулдаг.
Гүйлгэх хайрцаг нь гөлгөр дотоод гадаргууг хангахын тулд эрэгтэй хэвэнд хоёр тусад нь гар хэвийг ашиглана. Эдгээр хоёр талыг дараа нь хангалттай бат бөх байдлыг хангахын тулд холбох цэг дээр гадна талд нь нэмсэн эслэгээр холбоно. Гүйлгэх хайрцагны даралтын ачаалал нь өндөр бат бэх дэвшилтэт нийлмэл материалыг шаарддаггүй тул эпокси давирхайтай шилэн даавууг нойтон давхаргад оруулахад хангалттай. Гүйлгэх хайрцагны зузааныг пенстоктой ижил загварын параметр дээр үндэслэсэн. 250 кВт-ын хүчин чадалтай төхөөрөмж нь тэнхлэгийн урсгалтай машин тул гүйлгэх хайрцаг байхгүй.
Турбин гүйгч нь ачааллын өндөр шаардлага бүхий нарийн төвөгтэй геометрийг хослуулсан. Сүүлийн үеийн ажил нь маш сайн бат бөх, хөшүүн чанар бүхий жижиглэсэн prepreg SMC-ээс өндөр бат бэх бүтцийн эд ангиудыг үйлдвэрлэж болохыг харуулж байна.5 Lamborghini Gallardo-ийн дүүжлүүрийн гар нь шаардлагатай зузааныг гаргахын тулд шахмал хэлбэрээр цутгасан хуурамч нийлмэл гэж нэрлэгддэг жижиглэсэн prepreg SMC-ийн олон давхаргыг ашиглан бүтээгдсэн. Үүнтэй ижил аргыг Фрэнсис болон сэнсний гүйгчдэд хэрэглэж болно. Фрэнсис гүйгчийг нэг нэгж болгон хийх боломжгүй, учир нь хутганы нарийн төвөгтэй байдал нь уг хэсгийг хэвнээс гаргаж авахаас сэргийлдэг. Тиймээс гүйлтийн ир, титэм, туузыг тусад нь үйлдвэрлэж, дараа нь титэм болон туузны гадна талд боолтоор холбож, бэхэлсэн байна.
Ноорхой хоолойг судалтай ороомог ашиглан хамгийн амархан үйлдвэрлэдэг боловч энэ процессыг байгалийн утас ашиглан худалдаанд оруулаагүй болно. Тиймээс хөдөлмөрийн өндөр өртөгтэй хэдий ч энэ нь үйлдвэрлэлийн стандарт арга тул гар хийцийг сонгосон. Мандрелтай төстэй эрэгтэй хэвийг ашиглан хэвийг хэвтээ байдлаар хийж дуусгаад дараа нь босоо тэнхлэгт эргүүлж хатууруулж, нэг талдаа унжихаас сэргийлнэ. Нийлмэл эд ангиудын жин нь эцсийн хэсэг дэх давирхайн хэмжээнээс хамаарч бага зэрэг ялгаатай байна. Эдгээр тоонууд нь эслэгийн 50% жинд үндэслэсэн болно.
Ган болон нийлмэл 2 МВт турбины нийт жин нь тус тус 9,888 кг ба 7,016 кг байна. 250 кВт-ын хүчин чадалтай ган болон нийлмэл турбинууд нь 3,734 кг ба 1,927 кг жинтэй. Нийт дүнгүүд нь турбин тус бүрт 20 хаалгатай байх ба турбины толгойтой тэнцэх тэнхлэгийн урттай байна. Хавтанцар нь илүү урт бөгөөд холбох хэрэгсэл шаардлагатай байх магадлалтай боловч энэ тоо нь нэгжийн жин ба холбогдох дагалдах хэрэгслийн үндсэн тооцоог өгдөг. Генератор, боолт, хаалганы идэвхжүүлэгч төхөөрөмжүүдийг оруулаагүй бөгөөд нийлмэл болон ган хэсгүүдийн хооронд ижил төстэй гэж үздэг. FEA-д харагдсан стрессийн концентрацийг тооцоолоход шаардагдах гүйгчийг дахин төлөвлөх нь нийлмэл нэгжүүдэд жин нэмэх боловч стрессийн концентрацитай цэгүүдийг бэхжүүлэхийн тулд 5 кг-ийн дарааллаар хамгийн бага хэмжээ гэж үздэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Өгөгдсөн жингийн дагуу 2 МВт-ын нийлмэл турбин болон түүний бэхэлгээг хурдан V-22 Osprey-ээр өргөх боломжтой бол ган машинд илүү удаан, маневр багатай Chinook хос ротортой нисдэг тэрэг шаардлагатай болно. Мөн 2 МВт-ын нийлмэл турбин болон бэхэлгээний бэхэлгээг F-250 4×4 маркийн машинаар чирэх боломжтой бол ган төхөөрөмж нь алслагдсан бол ойн замд маневрлахад хэцүү байх том ачааны машин шаарддаг.
Дүгнэлт
Нийлмэл материалаар турбин барих боломжтой бөгөөд ердийн ган эд ангитай харьцуулахад жин 50-70% буурсан байна. Жин багассан нь нийлмэл турбиныг алслагдсан байршилд суурилуулах боломжийг олгоно. Үүнээс гадна эдгээр нийлмэл бүтцийг угсрах нь гагнуурын тоног төхөөрөмж шаарддаггүй. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэг эсвэл хоёр хэсэгт хийж болох тул боолтоор холбоход цөөн тооны эд анги шаардагдана. Энэхүү судалгаанд загварчилсан жижиг үйлдвэрлэлд хэвний үнэ болон бусад багаж хэрэгслийн өртөг нь эд ангиудын өртөгт давамгайлж байна.
Энд заасан жижиг гүйлтүүд нь эдгээр материалын талаар цаашдын судалгааг эхлүүлэхэд ямар зардал гарахыг харуулж байна. Энэхүү судалгаа нь угсралтын дараа эд ангиудын хөндийн элэгдэл, хэт ягаан туяанаас хамгаалах асуудлыг шийдэж чадна. Хөндий үүсэхээс сэргийлж турбиныг урсгал ба толгойн горимд ажиллуулахын тулд эластомер эсвэл керамик бүрээсийг ашиглах боломжтой. Эдгээр болон бусад асуудлуудыг туршиж, шийдвэрлэх нь нэгжүүд нь ган турбинтай ижил найдвартай байдлыг хангахын тулд, ялангуяа засвар үйлчилгээ байнга хийгддэггүй газруудад суурилуулах нь чухал юм.
Эдгээр жижиг гүйлтэд ч гэсэн зарим нийлмэл бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь үйлдвэрлэхэд шаардагдах хөдөлмөр багассан тул өртөг багатай байж болно. Жишээлбэл, 2 МВт-ын хүчин чадалтай Фрэнсис нэгжийн гүйлгэх хайрцаг нь гангаар гагнахад 80,000 долларын үнэтэй байсан бол нийлмэл материал үйлдвэрлэхэд 25,000 доллар зарцуулагдана. Гэсэн хэдий ч турбины гүйгчийг амжилттай зохион бүтээсэн гэж үзвэл нийлмэл гүйгчийг хэвэнд оруулах зардал нь ижил төстэй ган эд ангиудаас илүү байна. 2 МВт-ын хүчин чадалтай гүйгчийг гангаар үйлдвэрлэхэд ойролцоогоор 23,000 долларын өртөгтэй байсан бол нийлмэл материалаас 27,000 доллар зарцуулдаг. Зардал нь машинаас хамаарч өөр өөр байж болно. Мөөгөнцөрийг дахин ашиглах боломжтой бол нийлмэл эд ангиудын өртөг өндөр үйлдвэрлэлийн явцад мэдэгдэхүйц буурах болно.
Эрдэмтэд нийлмэл материалаар турбин гүйгчийг бүтээх талаар аль хэдийн судалжээ.8 Гэсэн хэдий ч энэ судалгаанд хөндийн элэгдэл болон барилгын техник эдийн засгийн үндэслэлийг авч үзээгүй. Нийлмэл турбинуудын дараагийн алхам бол үйлдвэрлэлийн техник эдийн засгийн үндэслэл, эдийн засгийн үндэслэлийг нотлох боломжийг олгодог загвар зохион бүтээх, бүтээх явдал юм. Энэ нэгжийг дараа нь үр ашиг, хэрэглэх чадвар, түүнчлэн хөндийн илүүдэл элэгдлээс урьдчилан сэргийлэх аргуудыг тодорхойлохын тулд туршиж болно.
Шуудангийн цаг: 2022 оны 2-р сарын 15
