जलविद्युत उद्योगासाठी उपकरणांच्या बांधकामात संमिश्र साहित्याचा वापर वाढत आहे. भौतिक ताकद आणि इतर निकषांच्या तपासणीतून असे अनेक अनुप्रयोग दिसून येतात, विशेषतः लहान आणि सूक्ष्म युनिट्ससाठी.
या लेखाचे मूल्यांकन आणि संपादन संबंधित तज्ञ असलेल्या दोन किंवा अधिक व्यावसायिकांनी केलेल्या पुनरावलोकनांनुसार केले आहे. हे समवयस्क समीक्षक जलविद्युत उद्योगातील तांत्रिक अचूकता, उपयुक्तता आणि एकूण महत्त्वासाठी हस्तलिखितांचे मूल्यांकन करतात.
नवीन साहित्यांचा उदय जलविद्युत उद्योगासाठी रोमांचक संधी प्रदान करतो. १८०० च्या दशकाच्या सुरुवातीला मूळ वॉटरव्हील आणि पेनस्टॉकमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या लाकडाची जागा स्टीलच्या घटकांनी घेतली. उच्च थकवा भार सहन करूनही स्टील आपली ताकद टिकवून ठेवते आणि पोकळ्या निर्माण होण्याच्या क्षरण आणि गंजला प्रतिकार करते. त्याचे गुणधर्म चांगल्या प्रकारे समजले आहेत आणि घटकांच्या निर्मितीच्या प्रक्रिया चांगल्या प्रकारे विकसित केल्या आहेत. मोठ्या युनिट्ससाठी, स्टील कदाचित पसंतीची सामग्री राहील.
तथापि, लहान (१० मेगावॅटपेक्षा कमी) ते सूक्ष्म आकाराच्या (१०० किलोवॅटपेक्षा कमी) टर्बाइनमध्ये वाढ झाल्यामुळे, वजन वाचवण्यासाठी आणि उत्पादन खर्च आणि पर्यावरणीय परिणाम कमी करण्यासाठी कंपोझिटचा वापर केला जाऊ शकतो. वीज पुरवठ्यात वाढ होण्याची सतत गरज लक्षात घेता हे विशेषतः संबंधित आहे. नॉर्वेजियन रिन्यूएबल एनर्जी पार्टनर्सच्या २००९ च्या अभ्यासानुसार स्थापित जागतिक जलविद्युत क्षमता, जवळजवळ ८००,००० मेगावॅट, आर्थिकदृष्ट्या शक्य असलेल्याच्या फक्त १०% आणि तांत्रिकदृष्ट्या शक्य असलेल्या जलविद्युत क्षमतेच्या ६% आहे. तांत्रिकदृष्ट्या शक्य असलेल्या जलविद्युत क्षमतेचा अधिक भाग आर्थिकदृष्ट्या शक्य असलेल्या क्षेत्रात आणण्याची क्षमता वाढते कारण संमिश्र घटकांची क्षमता मोठ्या प्रमाणात अर्थव्यवस्था प्रदान करते.
संमिश्र घटकांचे उत्पादन
पेनस्टॉक किफायतशीर आणि सातत्यपूर्ण उच्च शक्तीसह तयार करण्यासाठी, सर्वोत्तम पद्धत म्हणजे फिलामेंट वाइंडिंग. रेझिन बाथमधून चालविलेल्या फायबरच्या टोंनी एक मोठे मँड्रेल गुंडाळले जाते. अंतर्गत दाब, रेखांशाचा वाकणे आणि हाताळणीसाठी ताकद निर्माण करण्यासाठी टो हूप आणि हेलिकल पॅटर्नमध्ये गुंडाळले जातात. स्थानिक पुरवठादारांच्या कोटवर आधारित, खालील निकाल विभाग दोन पेनस्टॉक आकारांसाठी प्रति फूट किंमत आणि वजन दर्शवितो. कोट दर्शविते की डिझाइनची जाडी तुलनेने कमी दाबाच्या भारापेक्षा स्थापना आणि हाताळणीच्या आवश्यकतांनुसार चालविली गेली होती आणि दोन्हीसाठी ती 2.28 सेमी होती.
विकेट गेट्स आणि स्टे व्हॅनसाठी दोन उत्पादन पद्धतींचा विचार करण्यात आला; वेट लेअप आणि व्हॅक्यूम इन्फ्युजन. वेट लेअपमध्ये कोरड्या कापडाचा वापर केला जातो, जो कापडावर रेझिन ओतून आणि रोलर्स वापरून रेझिन फॅब्रिकमध्ये ढकलून गर्भवती केला जातो. ही प्रक्रिया व्हॅक्यूम इन्फ्युजनइतकी स्वच्छ नाही आणि फायबर-टू-रेझिन रेशोच्या बाबतीत नेहमीच सर्वात अनुकूल रचना तयार करत नाही, परंतु व्हॅक्यूम इन्फ्युजन प्रक्रियेपेक्षा कमी वेळ लागतो. व्हॅक्यूम इन्फ्युजन योग्य दिशेने कोरडे फायबर घालते आणि नंतर ड्राय स्टॅक व्हॅक्यूम बॅगमध्ये ठेवला जातो आणि अतिरिक्त फिटिंग्ज जोडल्या जातात ज्यामुळे रेझिन पुरवठा होतो, जो व्हॅक्यूम लागू केल्यावर त्या भागात ओढला जातो. व्हॅक्यूम रेझिनचे प्रमाण इष्टतम पातळीवर राखण्यास मदत करते आणि अस्थिर सेंद्रिय पदार्थांचे प्रकाशन कमी करते.
स्क्रोल केसमध्ये गुळगुळीत आतील पृष्ठभाग सुनिश्चित करण्यासाठी पुरुष साच्यावर दोन वेगवेगळ्या भागांमध्ये हाताने लेअप वापरला जाईल. नंतर हे दोन्ही भाग बाँडिंग पॉईंटवर बाहेरील बाजूस फायबर जोडून एकत्र जोडले जातील जेणेकरून पुरेशी ताकद मिळेल. स्क्रोल केसमध्ये प्रेशर लोडसाठी उच्च-शक्तीच्या प्रगत कंपोझिटची आवश्यकता नसते, म्हणून इपॉक्सी रेझिनसह फायबरग्लास फॅब्रिकचा ओला लेअप पुरेसा असेल. स्क्रोल केसची जाडी पेनस्टॉक सारख्याच डिझाइन पॅरामीटरवर आधारित होती. २५०-किलोवॅट युनिट एक अक्षीय प्रवाह मशीन आहे, म्हणून स्क्रोल केस नाही.
टर्बाइन रनरमध्ये उच्च भार आवश्यकतांसह जटिल भूमिती एकत्र केली जाते. अलिकडच्या कामातून असे दिसून आले आहे की उच्च-शक्तीचे स्ट्रक्चरल घटक उत्कृष्ट ताकद आणि कडकपणासह चिरलेल्या प्रीप्रेग एसएमसीपासून बनवता येतात.5 लॅम्बोर्गिनी गॅलार्डोचा सस्पेंशन आर्म बनावट कंपोझिट म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या चिरलेल्या प्रीप्रेग एसएमसीच्या अनेक थरांचा वापर करून डिझाइन करण्यात आला होता, आवश्यक जाडी तयार करण्यासाठी कॉम्प्रेशन मोल्ड केले जाते. हीच पद्धत फ्रान्सिस आणि प्रोपेलर रनर्सवर लागू केली जाऊ शकते. फ्रान्सिस रनर एका युनिट म्हणून बनवता येत नाही, कारण ब्लेड ओव्हरलॅपची जटिलता भाग साच्यातून काढता येणार नाही. अशा प्रकारे, रनर ब्लेड, क्राउन आणि बँड स्वतंत्रपणे तयार केले जातात आणि नंतर एकत्र जोडले जातात आणि क्राउन आणि बँडच्या बाहेरून बोल्टसह मजबूत केले जातात.
ड्राफ्ट ट्यूब फिलामेंट वाइंडिंग वापरून सर्वात सहजपणे तयार केली जाते, परंतु नैसर्गिक तंतू वापरून ही प्रक्रिया व्यावसायिकीकृत केलेली नाही. अशाप्रकारे, जास्त श्रम खर्च असूनही, उत्पादनाची ही मानक पद्धत असल्याने, हाताने लेअप निवडण्यात आले. मॅन्डरेलसारख्या नर साच्याचा वापर करून, लेअप साच्याला आडव्या ठेवून पूर्ण केले जाऊ शकते आणि नंतर उभ्या वळवून बरे केले जाऊ शकते, ज्यामुळे एका बाजूला सॅगिंग होणार नाही. तयार झालेल्या भागात रेझिनच्या प्रमाणात अवलंबून संमिश्र भागांचे वजन थोडेसे बदलेल. हे आकडे 50% फायबर वजनावर आधारित आहेत.
स्टील आणि कंपोझिट २-मेगावॅट टर्बाइनचे एकूण वजन अनुक्रमे ९,८८८ किलो आणि ७,०१६ किलो आहे. २५०-किलोवॅट स्टील आणि कंपोझिट टर्बाइन अनुक्रमे ३,७३४ किलो आणि १,९२७ किलो आहेत. एकूण वजन प्रत्येक टर्बाइनसाठी २० विकेट गेट्स आणि टर्बाइनच्या डोक्याइतकी पेनस्टॉक लांबी गृहीत धरते. पेनस्टॉक लांब असण्याची शक्यता आहे आणि त्यासाठी फिटिंग्जची आवश्यकता असेल, परंतु ही संख्या युनिट आणि संबंधित पेरिफेरल्सच्या वजनाचा मूलभूत अंदाज देते. जनरेटर, बोल्ट आणि गेट अॅक्च्युएटिंग हार्डवेअर समाविष्ट केलेले नाहीत आणि ते कंपोझिट आणि स्टील युनिट्समध्ये समान असल्याचे गृहीत धरले आहे. हे देखील लक्षात घेण्यासारखे आहे की FEA मध्ये दिसणारे ताण सांद्रता लक्षात घेण्यासाठी आवश्यक असलेले रनर रीडिझाइन कंपोझिट युनिट्समध्ये वजन वाढवेल, परंतु ताण सांद्रता असलेल्या बिंदूंना बळकट करण्यासाठी ही रक्कम किमान ५ किलो असल्याचे गृहीत धरले जाते.
दिलेल्या वजनांसह, २-मेगावॅट कंपोझिट टर्बाइन आणि त्याचे पेनस्टॉक वेगवान V-२२ ऑस्प्रे द्वारे उचलले जाऊ शकते, तर स्टील मशीनला हळू, कमी हाताळता येणारे चिनूक ट्विन रोटर हेलिकॉप्टर आवश्यक असेल. तसेच, २-मेगावॅट कंपोझिट टर्बाइन आणि पेनस्टॉक F-२५० ४×४ द्वारे ओढले जाऊ शकतात, तर स्टील युनिटला मोठ्या ट्रकची आवश्यकता असेल जे जर रिमोट इन्स्टॉलेशन असेल तर जंगलातील रस्त्यांवर हालचाल करणे कठीण होईल.
निष्कर्ष
कंपोझिट मटेरियलपासून टर्बाइन बनवणे शक्य आहे आणि पारंपारिक स्टील घटकांच्या तुलनेत वजनात ५०% ते ७०% घट दिसून आली. कमी वजनामुळे कंपोझिट टर्बाइन दुर्गम ठिकाणी बसवता येतात. याव्यतिरिक्त, या कंपोझिट स्ट्रक्चर्सच्या असेंब्लीसाठी वेल्डिंग उपकरणांची आवश्यकता नसते. घटकांना कमी भाग एकत्र बोल्ट करावे लागतात, कारण प्रत्येक तुकडा एक किंवा दोन विभागात बनवता येतो. या अभ्यासात मॉडेल केलेल्या लहान उत्पादन धावांमध्ये, साच्यांचा खर्च आणि इतर टूलिंग घटकांच्या किमतीवर वर्चस्व गाजवतात.
येथे दर्शविलेल्या छोट्या धावांवरून या पदार्थांमध्ये पुढील संशोधन सुरू करण्यासाठी किती खर्च येईल हे दिसून येते. हे संशोधन पोकळ्या निर्माण होण्यापासून होणारी क्षरण आणि स्थापनेनंतर घटकांचे अतिनील संरक्षण यावर लक्ष केंद्रित करू शकते. पोकळ्या निर्माण होणे कमी करण्यासाठी इलास्टोमर किंवा सिरेमिक कोटिंग्ज वापरणे शक्य असू शकते किंवा टर्बाइन प्रवाह आणि हेड रेजिमेन्समध्ये चालते याची खात्री करणे शक्य आहे जे पोकळ्या निर्माण होण्यापासून रोखतात. स्टील टर्बाइनसारखीच विश्वासार्हता युनिट्स मिळवू शकतील याची खात्री करण्यासाठी या आणि इतर समस्यांची चाचणी घेणे आणि त्यांचे निराकरण करणे महत्वाचे असेल, विशेषतः जर ते अशा ठिकाणी स्थापित करायचे असतील जिथे देखभाल क्वचितच होईल.
या छोट्या रनमध्येही, काही कंपोझिट घटक उत्पादनासाठी लागणारे कमी श्रम असल्यामुळे किफायतशीर ठरू शकतात. उदाहरणार्थ, २-मेगावॅट फ्रान्सिस युनिटसाठी स्क्रोल केस स्टीलपासून वेल्डिंग करण्यासाठी $८०,००० खर्च येईल, तर कंपोझिट उत्पादनासाठी $२५,००० खर्च येईल. तथापि, टर्बाइन रनर्सची यशस्वी रचना गृहीत धरल्यास, कंपोझिट रनर्स मोल्डिंगचा खर्च समतुल्य स्टील घटकांपेक्षा जास्त आहे. २-मेगावॅट रनर स्टीलपासून बनवण्यासाठी सुमारे $२३,००० खर्च येईल, तर कंपोझिटपासून बनवण्यासाठी $२७,००० खर्च येईल. मशीननुसार खर्च बदलू शकतो. आणि जर साचा पुन्हा वापरता आला तर जास्त उत्पादन रनमध्ये कंपोझिट घटकांची किंमत लक्षणीयरीत्या कमी होईल.
संशोधकांनी आधीच संमिश्र पदार्थांपासून टर्बाइन रनर्सच्या बांधकामाचा तपास केला आहे.8 तथापि, या अभ्यासात पोकळ्या निर्माण होण्याच्या क्षरणाचा आणि बांधकामाच्या व्यवहार्यतेचा उल्लेख केला गेला नाही. संमिश्र टर्बाइनसाठी पुढील पायरी म्हणजे एक स्केल मॉडेल डिझाइन करणे आणि तयार करणे जे व्यवहार्यता आणि उत्पादनाच्या किफायतशीरतेचा पुरावा देईल. त्यानंतर कार्यक्षमता आणि उपयुक्तता निश्चित करण्यासाठी तसेच अतिरिक्त पोकळ्या निर्माण होण्यापासून रोखण्यासाठी पद्धती निश्चित करण्यासाठी या युनिटची चाचणी केली जाऊ शकते.
पोस्ट वेळ: फेब्रुवारी-१५-२०२२
