Bahan komposit nuju ngadamel kamajuan dina konstruksi peralatan pikeun industri pembangkit listrik tenaga cai. Panilitian ngeunaan kakuatan bahan sareng kriteria sanésna ngungkabkeun seueur deui aplikasi, khususna pikeun unit alit sareng mikro.
Artikel ieu parantos dievaluasi sareng diédit saluyu sareng ulasan anu dilakukeun ku dua atanapi langkung profésional anu gaduh kaahlian anu relevan. Para reviewer sejawat ieu ngaevaluasi naskah pikeun akurasi téknis, mangpaat, sareng pentingna sacara umum dina industri hidroelektrik.
Munculna bahan-bahan anyar nyadiakeun kasempetan anu pikaresepeun pikeun industri hidroelektrik. Kai — anu dianggo dina kincir cai sareng penstock asli — digentos sabagian ku komponén baja dina awal taun 1800-an. Baja nahan kakuatanna sanajan beban kacapean anu luhur sareng tahan kana erosi kavitasi sareng korosi. Sipat-sipatna kahartos kalayan saé sareng prosés pikeun ngadamel komponén parantos dimekarkeun kalayan saé. Pikeun unit anu ageung, baja sigana bakal tetep janten bahan pilihan.
Nanging, kumargi ningkatna turbin alit (di handap 10 MW) dugi ka mikro (di handap 100 kW), komposit tiasa dianggo pikeun ngahémat beurat sareng ngirangan biaya manufaktur sareng dampak lingkungan. Ieu khususna relevan kumargi kabutuhan anu terus-terusan pikeun kamekaran suplai listrik. Kapasitas hidro dunya anu dipasang, ampir 800.000 MW numutkeun panilitian taun 2009 ku Norwegian Renewable Energy Partners, ngan ukur 10% tina layak sacara ékonomis sareng 6% tina PLTA anu layak sacara téknis. Poténsi pikeun mawa langkung seueur hidro anu layak sacara téknis kana ranah layak sacara ékonomis ningkat kalayan kamampuan komponén komposit pikeun nyayogikeun ékonomi skala.
Pabrik komponén komposit
Pikeun ngadamel penstock sacara ekonomis sareng kalayan kakuatan anu konsisten, metode anu pangsaéna nyaéta ngagulung filamén. Mandrel ageung dibungkus ku derek serat anu parantos dijalankeun ngaliwatan bak résin. Tow dibungkus ku pola hoop sareng heliks pikeun nyiptakeun kakuatan pikeun tekanan internal, lenturan longitudinal sareng penanganan. Bagian hasil di handap ieu nunjukkeun biaya sareng beurat per kaki pikeun dua ukuran penstock, dumasar kana kutipan ti supplier lokal. Kutipan nunjukkeun yén ketebalan desain didorong ku sarat pamasangan sareng penanganan, tinimbang beban tekanan anu relatif rendah, sareng pikeun duanana éta 2,28 cm.
Dua metode manufaktur dipertimbangkeun pikeun gerbang wicket sareng stay vanes; layup baseuh sareng infus vakum. Layup baseuh nganggo lawon garing, anu diresapi ku cara ngucurkeun résin kana lawon sareng nganggo rol pikeun ngadorong résin kana lawon. Prosés ieu henteu sabersih infus vakum sareng henteu salawasna ngahasilkeun struktur anu paling optimal dina hal babandingan serat-ka-résin, tapi peryogi waktos anu langkung pondok tibatan prosés infus vakum. Infus vakum nyimpen serat garing dina orientasi anu leres, sareng tumpukan garing teras dibungkus vakum sareng fitting tambahan dipasang anu ngarah kana suplai résin, anu ditarik kana bagian nalika vakum diterapkeun. Vakum ngabantosan ngajaga jumlah résin dina tingkat anu optimal sareng ngirangan pelepasan organik anu nguap.
Kotak gulung bakal ngagunakeun layup leungeun dina dua bagian anu misah dina cetakan jalu pikeun mastikeun permukaan jero anu mulus. Dua bagian ieu teras bakal dihijikeun babarengan ku serat anu ditambahkeun ka luar dina titik beungkeutan pikeun mastikeun kakuatan anu nyukupan. Beban tekanan dina kotak gulung henteu meryogikeun komposit canggih kakuatan tinggi, janten layup baseuh lawon fiberglass nganggo résin époksi bakal cekap. Kandel kotak gulung dumasar kana parameter desain anu sami sareng penstock. Unit 250-kW mangrupikeun mesin aliran aksial, janten teu aya kotak gulung.
Runner turbin ngagabungkeun géométri anu rumit kalayan sarat beban anu luhur. Panilitian anyar nunjukkeun yén komponén struktural kakuatan tinggi tiasa didamel tina SMC prepreg anu dicincang kalayan kakuatan sareng kaku anu saé.5 Lengan suspénsi Lamborghini Gallardo dirancang nganggo sababaraha lapisan SMC prepreg anu dicincang anu dikenal salaku komposit tempa, komprési dibentuk pikeun ngahasilkeun ketebalan anu diperyogikeun. Métode anu sami tiasa diterapkeun kana runner Francis sareng baling-baling. Runner Francis teu tiasa didamel salaku hiji unit, sabab kompléksitas tumpang tindih bilah bakal nyegah bagian éta diekstrak tina cetakan. Ku kituna, bilah runner, makuta sareng pita diproduksi sacara misah teras dihijikeun sareng dikuatkeun ku baut ngalangkungan luar makuta sareng pita.
Sanaos tabung draf paling gampang diproduksi nganggo lilitan filamén, prosés ieu tacan dikomersialkeun nganggo serat alami. Ku kituna, layup manual dipilih, sabab ieu mangrupikeun metode manufaktur standar, sanaos biaya tanaga kerja langkung luhur. Nganggo cetakan jalu anu sami sareng mandrel, layup tiasa réngsé kalayan cetakan horizontal teras diputer vertikal pikeun ngeringkeun, nyegah kendur dina hiji sisi. Beurat bagian komposit bakal rada bénten gumantung kana jumlah résin dina bagian anu réngsé. Angka-angka ieu dumasar kana 50% beurat serat.
Beurat total pikeun turbin baja sareng komposit 2-MW masing-masing nyaéta 9.888 kg sareng 7.016 kg. Turbin baja sareng komposit 250-kW masing-masing nyaéta 3.734 kg sareng 1.927 kg. Totalna nganggap 20 gerbang wicket pikeun unggal turbin sareng panjang penstock sami sareng sirah turbin. Kamungkinan penstock bakal langkung panjang sareng meryogikeun fitting, tapi angka ieu masihan perkiraan dasar beurat unit sareng periferal anu aya hubunganana. Generator, baut sareng perangkat keras penggerak gerbang henteu kalebet sareng dianggap sami antara unit komposit sareng baja. Perlu ogé dicatet yén desain ulang runner anu diperyogikeun pikeun ngitung konsentrasi tegangan anu katingali dina FEA bakal nambihan beurat kana unit komposit, tapi jumlahna dianggap minimal, sakitar 5 kg pikeun nguatkeun titik kalayan konsentrasi tegangan.
Kalayan beurat anu dipasihkeun, turbin komposit 2-MW sareng penstock-na tiasa diangkat ku V-22 Osprey anu gancang, sedengkeun mesin baja peryogi helikopter rotor kembar Chinook anu langkung laun sareng kirang manuver. Ogé, turbin komposit 2-MW sareng penstock tiasa ditarik ku F-250 4×4, sedengkeun unit baja peryogi treuk anu langkung ageung anu bakal sesah manuver di jalan leuweung upami pamasanganna jarak jauh.
Kacindekan
Turbin tina bahan komposit téh bisa dijieun kalawan gampang, sarta beuratna bisa ngurangan 50% nepi ka 70% dibandingkeun jeung komponén baja konvensional. Beurat nu ngurangan ieu ngamungkinkeun turbin komposit dipasang di lokasi nu jauh. Salian ti éta, perakitan struktur komposit ieu teu merlukeun alat las. Komponén-komponénna ogé merlukeun bagian nu leuwih saeutik pikeun dibaut, sabab unggal bagian bisa dijieun dina hiji atawa dua bagian. Dina produksi leutik nu dimodelkeun dina ieu panalungtikan, biaya citakan jeung pakakas séjénna ngadominasi biaya komponén.
Runtuyan leutik anu dituduhkeun di dieu nunjukkeun sabaraha biaya pikeun ngamimitian panalungtikan salajengna kana bahan-bahan ieu. Panalungtikan ieu tiasa ngabahas erosi kavitasi sareng panyalindungan UV komponén saatos dipasang. Bisa jadi tiasa nganggo lapisan elastomer atanapi keramik pikeun ngirangan kavitasi atanapi mastikeun yén turbin jalan dina rezim aliran sareng sirah anu nyegah kavitasi kajadian. Penting pikeun nguji sareng ngabéréskeun masalah ieu sareng anu sanésna pikeun mastikeun unit tiasa ngahontal reliabilitas anu sami sareng turbin baja, khususna upami aranjeunna badé dipasang di daérah dimana pangropéa jarang.
Sanajan dina prosés leutik ieu, sababaraha komponén komposit tiasa efektif biaya kusabab ngirangan tanaga gawé anu diperyogikeun pikeun manufaktur. Salaku conto, wadah gulung pikeun unit Francis 2-MW bakal ngarugikeun $80.000 pikeun dilas tina baja dibandingkeun sareng $25.000 pikeun manufaktur komposit. Nanging, upami desain runner turbin anu suksés, biaya pikeun nyetak runner komposit langkung ti komponén baja anu sami. Runner 2-MW bakal ngarugikeun sakitar $23.000 pikeun diproduksi tina baja, dibandingkeun sareng $27.000 tina komposit. Biaya tiasa bénten-bénten gumantung kana mesin. Sareng biaya pikeun komponén komposit bakal turun sacara signifikan dina prosés produksi anu langkung luhur upami cetakan tiasa dianggo deui.
Para panalungtik parantos nalungtik konstruksi runner turbin tina bahan komposit.8 Nanging, panilitian ieu henteu ngabahas erosi kavitasi sareng kalayakan konstruksi. Léngkah salajengna pikeun turbin komposit nyaéta ngarancang sareng ngawangun modél skala anu bakal ngamungkinkeun bukti kalayakan sareng ékonomi manufaktur. Unit ieu teras tiasa diuji pikeun nangtukeun efisiensi sareng aplikasi, ogé metode pikeun nyegah erosi kavitasi anu kaleuleuwihi.
Waktos posting: 15-Peb-2022
