फोर्स्टर स्मॉल हायड्रो टर्बाइनसाठी संमिश्र सामग्री कशी वापरली जाऊ शकते

हायड्रोइलेक्ट्रिक पॉवर उद्योगासाठी उपकरणे तयार करण्यासाठी संमिश्र साहित्य प्रवेश करत आहेत.भौतिक सामर्थ्य आणि इतर निकषांच्या तपासणीत आणखी बरेच अनुप्रयोग दिसून येतात, विशेषत: लहान आणि सूक्ष्म युनिट्ससाठी.
संबंधित तज्ञ असलेल्या दोन किंवा अधिक व्यावसायिकांनी केलेल्या पुनरावलोकनांनुसार या लेखाचे मूल्यमापन आणि संपादन केले गेले आहे.हे समीक्षक जलविद्युत उद्योगातील तांत्रिक अचूकता, उपयुक्तता आणि एकूण महत्त्व यासाठी हस्तलिखितांचे न्याय करतात.
नवीन सामग्रीचा उदय जलविद्युत उद्योगासाठी रोमांचक संधी प्रदान करतो.लाकूड - मूळ वॉटरव्हील्स आणि पेनस्टॉकमध्ये वापरलेले - 1800 च्या दशकाच्या सुरुवातीस स्टीलच्या घटकांद्वारे काही प्रमाणात बदलले गेले.उच्च थकवा लोडिंगद्वारे स्टील आपली ताकद टिकवून ठेवते आणि पोकळ्या निर्माण होणे आणि गंजणे यांना प्रतिकार करते.त्याचे गुणधर्म चांगल्या प्रकारे समजले आहेत आणि घटक तयार करण्याच्या प्रक्रिया चांगल्या प्रकारे विकसित केल्या आहेत.मोठ्या युनिट्ससाठी, स्टील ही निवडीची सामग्री राहील.
तथापि, लहान (10 मेगावॅटच्या खाली) ते सूक्ष्म आकाराच्या (100 किलोवॅटच्या खाली) टर्बाइनची वाढ पाहता, कंपोझिटचा वापर वजन वाचवण्यासाठी आणि उत्पादन खर्च आणि पर्यावरणीय प्रभाव कमी करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.वीज पुरवठ्यातील वाढीची सतत गरज लक्षात घेता हे विशेषतः संबंधित आहे.नॉर्वेजियन रिन्युएबल एनर्जी पार्टनर्सच्या 2009 च्या अभ्यासानुसार स्थापित जागतिक जलविद्युत क्षमता, सुमारे 800,000 मेगावॅट, आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य असलेल्या केवळ 10% आणि तांत्रिकदृष्ट्या व्यवहार्य जलविद्युतच्या 6% आहे.आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य असलेल्या अधिक तांत्रिकदृष्ट्या व्यवहार्य जलविद्युत क्षेत्रामध्ये आणण्याची क्षमता संमिश्र घटकांच्या क्षमतेसह वाढते.

संमिश्र घटक उत्पादन
पेनस्टॉक आर्थिकदृष्ट्या आणि सातत्यपूर्ण उच्च शक्तीसह तयार करण्यासाठी, फिलामेंट वाइंडिंग ही सर्वोत्तम पद्धत आहे.रेझिन बाथमधून चालवलेल्या फायबरच्या टॉव्सने एक मोठा मंड्रेल गुंडाळलेला असतो.अंतर्गत दाब, अनुदैर्ध्य वाकणे आणि हाताळणीसाठी ताकद निर्माण करण्यासाठी टो हूप आणि हेलिकल पॅटर्नमध्ये गुंडाळले जातात.खाली दिलेला निकाल विभाग स्थानिक पुरवठादारांच्या कोटच्या आधारे दोन पेनस्टॉक आकारांसाठी प्रति फूट किंमत आणि वजन दर्शवितो.कोटने दर्शविले की डिझाइनची जाडी तुलनेने कमी दाबाच्या भारापेक्षा, स्थापना आणि हाताळणीच्या आवश्यकतांद्वारे चालविली गेली आणि दोन्हीसाठी ते 2.28 सें.मी.
विकेट गेट्स आणि स्टे वेन्ससाठी दोन उत्पादन पद्धतींचा विचार केला गेला;ओले मांडणी आणि व्हॅक्यूम ओतणे.वेट लेअपमध्ये कोरड्या फॅब्रिकचा वापर केला जातो, जो फॅब्रिकवर राळ ओतून आणि फॅब्रिकमध्ये राळ ढकलण्यासाठी रोलर्सचा वापर करून गर्भधारणा केला जातो.ही प्रक्रिया व्हॅक्यूम इन्फ्युजनसारखी स्वच्छ नाही आणि फायबर-टू-रेझिन गुणोत्तराच्या बाबतीत नेहमीच सर्वात अनुकूल रचना तयार करत नाही, परंतु व्हॅक्यूम ओतण्याच्या प्रक्रियेपेक्षा कमी वेळ लागतो.व्हॅक्यूम ओतणे योग्य दिशानिर्देशांमध्ये कोरडे फायबर घालते, आणि कोरड्या स्टॅकला नंतर व्हॅक्यूम बॅग केले जाते आणि अतिरिक्त फिटिंग्ज जोडल्या जातात ज्यामुळे राळचा पुरवठा होतो, जो व्हॅक्यूम लागू केल्यावर त्या भागामध्ये काढला जातो.व्हॅक्यूम इष्टतम स्तरावर राळचे प्रमाण राखण्यास मदत करते आणि अस्थिर ऑर्गेनिक्सचे प्रकाशन कमी करते.
गुळगुळीत आतील पृष्ठभाग सुनिश्चित करण्यासाठी स्क्रोल केस नर मोल्डवर दोन स्वतंत्र भागांमध्ये हाताने मांडणी करेल.हे दोन भाग नंतर पुरेशी ताकद सुनिश्चित करण्यासाठी बाँडिंग पॉईंटवर बाहेरून जोडलेल्या फायबरसह एकत्र जोडले जातील.स्क्रोल केसमधील प्रेशर लोडसाठी उच्च-शक्तीच्या प्रगत कंपोझिटची आवश्यकता नसते, म्हणून इपॉक्सी रेझिनसह फायबरग्लास फॅब्रिकचे ओले लेअप पुरेसे असेल.स्क्रोल केसची जाडी पेनस्टॉक सारख्याच डिझाइन पॅरामीटरवर आधारित होती.250-kW युनिट एक अक्षीय प्रवाह मशीन आहे, म्हणून कोणतेही स्क्रोल केस नाही.

टर्बाइन रनर उच्च लोड आवश्यकतांसह जटिल भूमिती एकत्र करतो.अलीकडील कामाने हे दाखवून दिले आहे की चिरलेली प्रीप्रेग एसएमसीपासून उत्कृष्ट ताकद आणि कडकपणासह उच्च-शक्तीचे स्ट्रक्चरल घटक तयार केले जाऊ शकतात. 5 लॅम्बोर्गिनी गॅलार्डोच्या सस्पेंशन आर्मची रचना चिरलेली प्रीप्रेग एसएमसीच्या अनेक स्तरांचा वापर करून केली गेली होती ज्याला बनावट संमिश्र, कॉम्प्रेशन मोल्डेड म्हणून ओळखले जाते. आवश्यक जाडी निर्माण करण्यासाठी.हीच पद्धत फ्रान्सिस आणि प्रोपेलर धावपटूंना लागू केली जाऊ शकते.फ्रॅन्सिस रनरला एक युनिट बनवता येत नाही, कारण ब्लेड ओव्हरलॅपची जटिलता मोल्डमधून भाग काढण्यापासून प्रतिबंधित करते.अशा प्रकारे, रनर ब्लेड, मुकुट आणि बँड स्वतंत्रपणे तयार केले जातात आणि नंतर एकत्र जोडले जातात आणि मुकुट आणि बँडच्या बाहेरील बाजूने बोल्टसह मजबूत केले जातात.
फिलामेंट विंडिंग वापरून ड्राफ्ट ट्यूब सर्वात सहजपणे तयार केली जाते, परंतु नैसर्गिक तंतूंचा वापर करून या प्रक्रियेचे व्यावसायिकीकरण केले गेले नाही.अशाप्रकारे, हँड लेअप निवडले गेले, कारण ही उत्पादनाची मानक पद्धत आहे, जास्त मजुरीचा खर्च असूनही.मँडरेल प्रमाणेच नर साचा वापरून, मांडणी आडव्या साच्याने पूर्ण केली जाऊ शकते आणि नंतर बरे होण्यासाठी उभ्या वळवता येते, एका बाजूला सॅगिंग टाळता येते.संमिश्र भागांचे वजन तयार भागामध्ये असलेल्या राळाच्या प्रमाणानुसार थोडेसे बदलू शकते.हे आकडे 50% फायबर वजनावर आधारित आहेत.
स्टील आणि संमिश्र 2-MW टर्बाइनचे एकूण वजन अनुक्रमे 9,888 kg आणि 7,016 kg आहेत.250-kW पोलाद आणि संमिश्र टर्बाइन अनुक्रमे 3,734 kg आणि 1,927 kg आहेत.बेरीज प्रत्येक टर्बाइनसाठी 20 विकेट गेट्स आणि टर्बाइनच्या डोक्याएवढी पेनस्टॉकची लांबी गृहीत धरते.पेनस्टॉक लांब असण्याची आणि फिटिंगची आवश्यकता असण्याची शक्यता आहे, परंतु ही संख्या युनिटच्या वजनाचा आणि संबंधित परिधीयांचा मूलभूत अंदाज देते.जनरेटर, बोल्ट आणि गेट अ‍ॅक्ट्युएटिंग हार्डवेअर समाविष्ट केलेले नाहीत आणि ते कंपोझिट आणि स्टील युनिट्समध्ये समान असल्याचे गृहित धरले जाते.हे देखील लक्षात घेण्यासारखे आहे की FEA मध्ये दिसलेल्या ताण एकाग्रतेसाठी आवश्यक असलेल्या धावपटूच्या पुनर्रचनामुळे संमिश्र युनिट्सचे वजन वाढेल, परंतु ताण एकाग्रतेसह बिंदू मजबूत करण्यासाठी 5 किलोच्या क्रमाने रक्कम कमीतकमी गृहीत धरली जाते.
दिलेल्या वजनासह, 2-MW संमिश्र टर्बाइन आणि त्याचा पेनस्टॉक वेगवान V-22 ऑस्प्रे द्वारे उचलला जाऊ शकतो, तर स्टील मशीनला हळुवार, कमी चालवण्यायोग्य चिनूक ट्विन रोटर हेलिकॉप्टरची आवश्यकता असेल.तसेच, 2-MW कम्पोझिट टर्बाइन आणि पेनस्टॉक F-250 4×4 द्वारे ओढले जाऊ शकते, तर स्टील युनिटला मोठ्या ट्रकची आवश्यकता असेल ज्याची स्थापना रिमोट असल्यास जंगलातील रस्त्यावर युक्ती करणे कठीण होईल.

निष्कर्ष
संमिश्र सामग्रीपासून टर्बाइन तयार करणे व्यवहार्य आहे आणि पारंपारिक पोलाद घटकांच्या तुलनेत 50% ते 70% वजन कमी झाल्याचे दिसून आले.कमी वजनामुळे संमिश्र टर्बाइन दुर्गम ठिकाणी स्थापित केले जाऊ शकतात.याव्यतिरिक्त, या संयुक्त संरचनांच्या असेंब्लीसाठी वेल्डिंग उपकरणे आवश्यक नाहीत.घटकांना देखील कमी भाग एकत्र जोडणे आवश्यक आहे, कारण प्रत्येक तुकडा एक किंवा दोन विभागात बनविला जाऊ शकतो.या अभ्यासात तयार केलेल्या छोट्या उत्पादनाच्या वेळी, मोल्ड्स आणि इतर टूलिंगची किंमत घटकांच्या खर्चावर वर्चस्व गाजवते.
येथे दर्शविलेल्या छोट्या धावा या सामग्रीवर पुढील संशोधन सुरू करण्यासाठी किती खर्च येईल हे दर्शविते.हे संशोधन पोकळ्या निर्माण होणे आणि स्थापनेनंतर घटकांच्या अतिनील संरक्षणास संबोधित करू शकते.पोकळ्या निर्माण होणे कमी करण्यासाठी इलॅस्टोमर किंवा सिरॅमिक कोटिंग्ज वापरणे शक्य आहे किंवा टर्बाइन प्रवाह आणि डोकेमध्ये चालते याची खात्री करा जे पोकळ्या निर्माण होण्यापासून प्रतिबंधित करते.युनिट्स स्टील टर्बाइन प्रमाणेच विश्वासार्हता प्राप्त करू शकतील याची खात्री करण्यासाठी या आणि इतर समस्यांची चाचणी घेणे आणि त्यांचे निराकरण करणे महत्वाचे आहे, विशेषत: जर ते अशा ठिकाणी स्थापित केले जातील जेथे देखभाल क्वचितच होईल.
या छोट्या धावांवरही, उत्पादनासाठी लागणारे श्रम कमी झाल्यामुळे काही संमिश्र घटक किफायतशीर ठरू शकतात.उदाहरणार्थ, 2-MW फ्रान्सिस युनिटच्या स्क्रोल केसची किंमत संयुक्त उत्पादनासाठी $25,000 च्या तुलनेत स्टीलपासून वेल्ड करण्यासाठी $80,000 लागेल.तथापि, टर्बाइन रनर्सची यशस्वी रचना गृहीत धरल्यास, संयुक्त धावपटूंना मोल्डिंगसाठी लागणारा खर्च समतुल्य स्टीलच्या घटकांपेक्षा जास्त आहे.2-MW धावणार्‍याला स्टीलपासून तयार करण्यासाठी सुमारे $23,000 खर्च येईल, त्या तुलनेत $27,000 कंपोझिटमधून.मशीननुसार खर्च बदलू शकतात.आणि जर मोल्ड्स पुन्हा वापरता येत असतील तर संमिश्र घटकांची किंमत जास्त प्रमाणात उत्पादनात कमी होईल.
संशोधकांनी संमिश्र सामग्रीपासून टर्बाइन रनर्सच्या बांधकामाची आधीच तपासणी केली आहे. 8 तथापि, या अभ्यासाने पोकळ्या निर्माण होणे आणि बांधकामाची व्यवहार्यता यावर लक्ष दिले नाही.कंपोझिट टर्बाइनची पुढील पायरी म्हणजे एक स्केल मॉडेल डिझाइन करणे आणि तयार करणे जे व्यवहार्यता आणि उत्पादनाच्या अर्थव्यवस्थेचा पुरावा देईल.या युनिटची कार्यक्षमता आणि उपयुक्तता, तसेच अतिरिक्त पोकळ्या निर्माण होणे टाळण्यासाठी पद्धती निर्धारित करण्यासाठी चाचणी केली जाऊ शकते.