Нийлмэл материалууд усан цахилгаан станцын тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд нэвтэрч байна. Материалын бат бөх чанар болон бусад шалгуурыг судалснаар ялангуяа жижиг болон бичил төхөөрөмжүүдэд илүү олон хэрэглээ байгааг харуулж байна.
Энэхүү нийтлэлийг холбогдох мэргэжлийн хоёр ба түүнээс дээш мэргэжилтний хийсэн тоймуудын дагуу үнэлж, засварласан болно. Эдгээр үе тэнгийн шүүмжлэгчид гар бичмэлийг техникийн нарийвчлал, ашиг тус, усан цахилгаан станцын салбарт нийт ач холбогдлоор нь үнэлдэг.
Шинэ материалын өсөлт нь усан цахилгаан станцын салбарт сэтгэл хөдөлгөм боломжуудыг нээж өгч байна. Анхны усны дугуй болон зотон дээр ашигласан модыг 1800-аад оны эхээр ган эд ангиудаар хэсэгчлэн орлуулсан. Ган нь өндөр ядаргааны ачааллын үед бат бөх чанараа хадгалж, хонхорхой элэгдэл, зэврэлтэд тэсвэртэй байдаг. Түүний шинж чанаруудыг сайн ойлгодог бөгөөд эд анги үйлдвэрлэх үйл явц нь сайн хөгжсөн байдаг. Том төхөөрөмжүүдийн хувьд ган нь сонгосон материал хэвээр байх магадлалтай.
Гэсэн хэдий ч жижиг (10 МВт-аас доош) турбинууд бичил хэмжээтэй (100 кВт-аас доош) болж өссөн тул жинг хэмнэх, үйлдвэрлэлийн өртөг болон байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулахын тулд нийлмэл материалыг ашиглаж болно. Энэ нь цахилгаан эрчим хүчний хангамжийн өсөлтийн хэрэгцээ үргэлжилсээр байгаа тул онцгой ач холбогдолтой юм. Норвегийн Сэргээгдэх Эрчим Хүчний Түншүүдийн 2009 оны судалгаагаар дэлхийн хэмжээнд бараг 800,000 МВт-ын суурилагдсан усан цахилгаан станцын хүчин чадал нь эдийн засгийн хувьд боломжтой усан цахилгаан станцын ердөө 10%, техникийн хувьд боломжтой усан цахилгаан станцын 6% -тай тэнцүү байна. Техникийн хувьд боломжтой усан цахилгаан станцыг эдийн засгийн хувьд боломжтой хэмжээнд хүргэх боломж нь нийлмэл бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн цар хүрээг хэмнэх чадварын ачаар нэмэгдэж байна.
Нийлмэл эд анги үйлдвэрлэл
Хэвтээ оосорыг эдийн засгийн хувьд хэмнэлттэй, тогтвортой өндөр бат бэхтэй үйлдвэрлэхийн тулд хамгийн сайн арга бол утаслаг ороомог юм. Том цоргыг давирхайн ваннд хийсэн ширхэгтэй чиргүүлээр ороосон. Дотоод даралт, уртааш нугалах, зөөвөрлөхөд бат бөх чанарыг бий болгохын тулд чиргүүлийг цагираг болон мушгиа хээгээр ороосон. Доорх үр дүнгийн хэсэгт орон нутгийн нийлүүлэгчдийн үнийн саналд үндэслэн хоёр хэмжээтэй хээ оосорны фут тутамд ногдох өртөг болон жинг харуулав. Үнийн саналд дизайны зузаан нь харьцангуй бага даралтын ачааллаас илүү суурилуулалт болон зөөвөрлөлтийн шаардлагаас шалтгаалсан бөгөөд хоёулангийнх нь хувьд 2.28 см байв.
Хаалганы хаалга болон бэхэлгээний сэнсний үйлдвэрлэлийн хоёр аргыг авч үзсэн: нойтон давхарга болон вакуум дусаагуур. Нойтон давхарга нь хуурай даавууг ашигладаг бөгөөд үүнийг даавуун дээр давирхай асгаж, булны тусламжтайгаар давирхайг даавуунд түлхэж шингээдэг. Энэ процесс нь вакуум дусаагуур шиг цэвэр биш бөгөөд эслэг-давирхайн харьцааны хувьд хамгийн оновчтой бүтцийг үргэлж гаргаж авдаггүй ч вакуум дусаагуурын процессоос бага хугацаа шаарддаг. Вакуум дусаагуур нь хуурай эслэгийг зөв чиглэлд хуримтлуулдаг бөгөөд хуурай овоолгыг вакуум уутанд хийж, давирхайн хангамжид хүргэдэг нэмэлт холбох хэрэгслийг холбодог бөгөөд вакуум хэрэглэх үед энэ нь эд анги руу татагддаг. Вакуум нь давирхайн хэмжээг оновчтой түвшинд байлгахад тусалдаг бөгөөд дэгдэмхий органик бодисын ялгаралтыг бууруулдаг.
Гүйлгэх хайрцаг нь дотор талын гадаргууг жигд болгохын тулд эрэгтэй хэв дээр хоёр тусдаа хагас гараар давхарлах аргыг ашиглана. Дараа нь эдгээр хоёр хагасыг хангалттай бат бөх байдлыг хангахын тулд гадна талд нь холбох цэг дээр эслэг нэмж холбоно. Гүйлгэх хайрцаг дахь даралтын ачаалал нь өндөр бат бэхтэй дэвшилтэт нийлмэл материал шаарддаггүй тул эпокси давирхайтай шилэн хөвөн даавууг нойтон давхарлах нь хангалттай байх болно. Гүйлгэх хайрцагны зузааныг үзэгний суурьтай ижил дизайны параметр дээр үндэслэсэн болно. 250 кВт-ын төхөөрөмж нь тэнхлэгийн урсгалын машин тул гүйлгэх хайрцаг байхгүй.
Турбины гүйгч нь нарийн төвөгтэй геометрийг өндөр ачааллын шаардлагатай хослуулсан. Саяхны судалгаагаар өндөр бат бэхтэй бүтцийн эд ангиудыг маш сайн бат бөх, хатуулагтай жижиглэсэн препрег SMC-ээс үйлдвэрлэж болохыг харуулсан.5 Lamborghini Gallardo-ийн түдгэлзүүлэлтийн гарыг шаардлагатай зузааныг гаргахын тулд шахаж хэвэнд оруулсан хуурамч нийлмэл гэгддэг жижиглэсэн препрег SMC-ийн олон давхаргыг ашиглан зохион бүтээжээ. Үүнтэй ижил аргыг Francis болон сэнсний гүйгчдэд хэрэглэж болно. Francis гүйгчийг нэг нэгж болгон хийж болохгүй, учир нь ирний давхцлын нарийн төвөгтэй байдал нь эд ангийг хэвнээс гаргаж авахаас сэргийлнэ. Тиймээс гүйгчийн ир, титэм болон туузыг тусад нь үйлдвэрлэж, дараа нь хооронд нь холбож, титэм болон туузны гадна талаас боолтоор бэхжүүлдэг.
Хэдийгээр таталтын хоолойг судалтай ороомог ашиглан хамгийн хялбар үйлдвэрлэдэг боловч энэ процессыг байгалийн ширхэг ашиглан арилжааны хэмжээнд нэвтрүүлээгүй байна. Тиймээс хөдөлмөрийн зардал өндөр байгаа хэдий ч гараар хэвийг нь сонгосон бөгөөд энэ нь үйлдвэрлэлийн стандарт арга юм. Мандрелтэй төстэй эрэгтэй хэвийг ашиглан хэвийг хэвтээ байдлаар, дараа нь босоо чиглэлд эргүүлж, нэг тал нь унжихаас сэргийлж хэвийг нь хэвэнд нь хийж болно. Нийлмэл эд ангийн жин нь бэлэн болсон хэсэгт байгаа давирхайн хэмжээнээс хамааран бага зэрэг өөрчлөгдөнө. Эдгээр тоо нь ширхэгийн жингийн 50%-д үндэслэсэн болно.
Ган болон нийлмэл 2 МВт турбины нийт жин тус тус 9,888 кг ба 7,016 кг байна. 250 кВт-ын ган болон нийлмэл турбинууд тус тус 3,734 кг ба 1,927 кг байна. Нийт тоо нь турбин тус бүрт 20 хаалга, турбины толгойтой тэнцүү урттай гэж үздэг. Хаалт нь урт бөгөөд холбох хэрэгсэл шаардлагатай байх магадлалтай ч энэ тоо нь нэгжийн жин болон холбогдох захын төхөөрөмжүүдийн үндсэн тооцооллыг өгдөг. Генератор, боолт, хаалганы идэвхжүүлэгч тоног төхөөрөмж ороогүй бөгөөд нийлмэл болон ган нэгжүүдийн хооронд ижил төстэй гэж үздэг. Мөн FEA-д ажиглагдсан стрессийн концентрацийг харгалзан үзэх шаардлагатай гүйлтийн дахин дизайн нь нийлмэл нэгжүүдэд жин нэмэх боловч стрессийн концентрацитай цэгүүдийг бэхжүүлэхийн тулд хэмжээ нь хамгийн бага буюу 5 кг орчим гэж үздэг болохыг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Өгөгдсөн жингээр 2 МВт-ын нийлмэл турбин болон түүний тулгуурыг хурдан V-22 Osprey өргөх боломжтой байсан бол ган машинд удаан, маневрлах чадвар багатай Chinook хос ротортой нисдэг тэрэг шаардлагатай болно. Түүнчлэн, 2 МВт-ын нийлмэл турбин болон тулгуурыг F-250 4×4 онгоцоор чирж болох бол ган төхөөрөмжийг суурилуулах ажил алслагдсан бол ойн зам дээр маневр хийхэд хэцүү том ачааны машин шаардлагатай болно.
Дүгнэлт
Нийлмэл материалаар турбин барих боломжтой бөгөөд уламжлалт ган эд ангиудтай харьцуулахад жин 50%-70% буурсан байна. Багасгасан жин нь нийлмэл турбинуудыг алслагдсан байршилд суурилуулах боломжийг олгодог. Үүнээс гадна эдгээр нийлмэл бүтцийг угсрахад гагнуурын тоног төхөөрөмж шаардлагагүй. Мөн эд анги бүрийг нэг эсвэл хоёр хэсэгт хийж болох тул цөөн эд ангиудыг хооронд нь боолтоор бэхлэх шаардлагатай. Энэхүү судалгаанд загварчилсан жижиг үйлдвэрлэлийн шугамуудад хэв болон бусад багаж хэрэгслийн өртөг нь эд ангийн өртгөөс давамгайлдаг.
Энд дурдсан жижиг гүйлгүүд нь эдгээр материалын цаашдын судалгааг эхлүүлэхэд хэр их зардал гарахыг харуулж байна. Энэхүү судалгаа нь угсралтын дараа эд ангиудын хонхорхой элэгдэл болон хэт ягаан туяаны хамгаалалтыг авч үзэж болно. Кавитацийг багасгах эсвэл турбин нь хонхорхой үүсэхээс сэргийлдэг урсгал болон толгойн горимд ажиллаж байгаа эсэхийг баталгаажуулахын тулд эластомер эсвэл керамик бүрхүүл ашиглах боломжтой байж магадгүй юм. Эдгээр болон бусад асуудлыг туршиж, шийдвэрлэх нь чухал бөгөөд ингэснээр төхөөрөмжүүд нь ган турбинтай ижил төстэй найдвартай байдлыг хангаж чадна, ялангуяа засвар үйлчилгээ ховор хийгддэг газруудад суурилуулах шаардлагатай болно.
Эдгээр жижиг гүйлтүүдэд ч гэсэн зарим нийлмэл эд ангиуд үйлдвэрлэхэд шаардагдах хөдөлмөрийн хэмжээ багассан тул зардал багатай байж болно. Жишээлбэл, 2 МВт-ын Фрэнсис төхөөрөмжийн эргэлдэгч хайрцгийг гангаар гагнахад 80,000 ам.доллар, нийлмэл үйлдвэрлэлийн 25,000 ам.доллар шаардлагатай болно. Гэсэн хэдий ч турбины гүйлтийн загварыг амжилттай хийвэл нийлмэл гүйлтийн загварыг хэвлэх зардал нь тэнцүү ган эд ангиас илүү үнэтэй болно. 2 МВт-ын гүйлтийн загварыг гангаар үйлдвэрлэхэд нийлмэл материалаас 27,000 ам.доллар шаардлагатай болно. Зардал нь машинаас хамаарч өөр өөр байж болно. Хэрэв хэвийг дахин ашиглах боломжтой бол нийлмэл эд ангиудын өртөг нь үйлдвэрлэлийн өндөр гүйлтүүдэд мэдэгдэхүйц буурах болно.
Судлаачид нийлмэл материалаар хийсэн турбины гүйлтийн төхөөрөмжийг аль хэдийн судалжээ.8 Гэсэн хэдий ч энэхүү судалгаагаар хонхорхойн элэгдэл болон барилгын боломжийн талаар авч үзээгүй болно. Нийлмэл турбины дараагийн алхам бол үйлдвэрлэлийн боломж болон эдийн засгийн үр ашгийг нотлох боломжийг олгох масштабын загварыг зохион бүтээх, бүтээх явдал юм. Дараа нь энэ төхөөрөмжийг үр ашиг, хэрэглээг тодорхойлох, мөн хэт их хонхорхойн элэгдлээс урьдчилан сэргийлэх аргуудыг тодорхойлохын тулд туршиж болно.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 2-р сарын 15
