Nyenzo mchanganyiko zinaingia katika ujenzi wa vifaa vya sekta ya umeme wa maji. Uchunguzi kuhusu nguvu ya nyenzo na vigezo vingine unaonyesha matumizi mengi zaidi, hasa kwa vitengo vidogo na vidogo.
Makala haya yametathminiwa na kuhaririwa kulingana na mapitio yaliyofanywa na wataalamu wawili au zaidi ambao wana utaalamu husika. Wakaguzi hawa rika huhukumu hati kwa usahihi wa kiufundi, manufaa, na umuhimu kwa ujumla ndani ya tasnia ya umeme wa maji.
Kuibuka kwa nyenzo mpya hutoa fursa za kusisimua kwa tasnia ya umeme wa maji. Mbao — iliyotumika katika magurudumu ya maji ya awali na vifuniko vya awali — ilibadilishwa kwa sehemu na vipengele vya chuma mwanzoni mwa miaka ya 1800. Chuma huhifadhi nguvu zake kupitia mzigo mkubwa wa uchovu na hupinga mmomonyoko na kutu kutokana na kutu. Sifa zake zinaeleweka vyema na michakato ya utengenezaji wa vipengele imetengenezwa vizuri. Kwa vitengo vikubwa, chuma huenda kikabaki kuwa nyenzo inayopendwa.
Hata hivyo, kutokana na kupanda kwa turbine ndogo (chini ya MW 10) hadi ndogo (chini ya kW 100), mchanganyiko unaweza kutumika kuokoa uzito na kupunguza gharama za utengenezaji na athari za mazingira. Hii ni muhimu hasa kutokana na hitaji linaloendelea la ukuaji wa usambazaji wa umeme. Uwezo wa maji duniani uliowekwa, karibu MW 800,000 kulingana na utafiti wa 2009 na Washirika wa Nishati Mbadala wa Norway, ni 10% tu ya umeme unaowezekana kiuchumi na 6% ya umeme unaowezekana kitaalamu. Uwezo wa kuleta zaidi ya umeme unaowezekana kitaalamu katika ulimwengu unaowezekana kiuchumi huongezeka kadri uwezo wa vipengele mchanganyiko kutoa uchumi wa kiwango.
Utengenezaji wa vipengele vya mchanganyiko
Ili kutengeneza penstock kwa ufanisi na kwa nguvu ya juu thabiti, njia bora ni kuzungusha nyuzi. Mandrel kubwa hufungwa kwa mikunjo ya nyuzi ambayo imepitishwa kwenye bafu ya resini. Mikunjo hufungwa kwa mpangilio wa kitanzi na misombo ya mviringo ili kuunda nguvu ya shinikizo la ndani, kupinda na kushughulikia kwa muda mrefu. Sehemu ya matokeo hapa chini inaonyesha gharama na uzito kwa kila futi kwa ukubwa wa penstock mbili, kulingana na nukuu kutoka kwa wauzaji wa ndani. Nukuu ilionyesha kuwa unene wa muundo uliendeshwa na mahitaji ya usakinishaji na utunzaji, badala ya mzigo mdogo wa shinikizo, na kwa zote mbili ilikuwa sentimita 2.28.
Njia mbili za utengenezaji zilizingatiwa kwa milango ya wiketi na vane za kubaki; layup ya mvua na infusion ya utupu. Layup ya mvua hutumia kitambaa kikavu, ambacho hutiwa ndani kwa kumimina resini juu ya kitambaa na kutumia roller kusukuma resini ndani ya kitambaa. Mchakato huu si safi kama infusion ya utupu na sio kila wakati hutoa muundo ulioboreshwa zaidi kwa upande wa uwiano wa nyuzi-kwa-resini, lakini inachukua muda mfupi kuliko mchakato wa infusion ya utupu. Infusion ya utupu huweka nyuzi kavu katika mwelekeo sahihi, na rundo kavu kisha huwekwa kwenye mifuko ya utupu na vifaa vya ziada huunganishwa ambavyo husababisha usambazaji wa resini, ambao huvutwa kwenye sehemu wakati utupu unatumika. Utupu husaidia kudumisha kiwango cha resini katika kiwango bora na hupunguza kutolewa kwa vitu tete vya kikaboni.
Kisanduku cha kusogeza kitatumia mpangilio wa mkono katika nusu mbili tofauti kwenye ukungu wa kiume ili kuhakikisha uso laini wa ndani. Nusu hizi mbili zitaunganishwa pamoja na nyuzinyuzi zikiongezwa nje katika sehemu ya kuunganisha ili kuhakikisha nguvu ya kutosha. Mzigo wa shinikizo katika kisanduku cha kusogeza hauhitaji mchanganyiko wa hali ya juu wenye nguvu nyingi, kwa hivyo mpangilio wa mvua wa kitambaa cha fiberglass chenye resini ya epoxy utatosha. Unene wa kisanduku cha kusogeza ulitegemea kigezo sawa cha muundo na penstock. Kitengo cha 250-kW ni mashine ya mtiririko wa axial, kwa hivyo hakuna kisanduku cha kusogeza.
Kikimbiaji cha turbine huchanganya jiometri tata na mahitaji ya juu ya mzigo. Kazi ya hivi karibuni imeonyesha kuwa vipengele vya kimuundo vyenye nguvu nyingi vinaweza kutengenezwa kutoka kwa SMC iliyokatwakatwa iliyo na nguvu na ugumu bora.5 Mkono wa kusimamishwa wa Lamborghini Gallardo ulibuniwa kwa kutumia tabaka nyingi za SMC iliyokatwakatwa inayojulikana kama mchanganyiko ulioghushiwa, uliofinyazwa ili kutoa unene unaohitajika. Njia hiyo hiyo inaweza kutumika kwa Francis na vikimbiaji vya propela. Kikimbiaji cha Francis hakiwezi kutengenezwa kama kitengo kimoja, kwani ugumu wa mwingiliano wa blade ungezuia sehemu hiyo kutolewa kwenye ukungu. Kwa hivyo, vile vya vikimbiaji, taji na bendi hutengenezwa kando na kisha kuunganishwa pamoja na kuimarishwa kwa boliti kupitia nje ya taji na bendi.
Ingawa bomba la rasimu hutengenezwa kwa urahisi zaidi kwa kutumia uzio wa nyuzi, mchakato huu haujafanywa kibiashara kwa kutumia nyuzi asilia. Kwa hivyo, uzio wa mkono ulichaguliwa, kwani hii ni njia ya kawaida ya utengenezaji, licha ya gharama kubwa za kazi. Kwa kutumia ukungu wa kiume unaofanana na mandrel, uzio unaweza kukamilishwa na ukungu mlalo na kisha kugeuzwa wima ili kupona, kuzuia kulegea upande mmoja. Uzito wa sehemu zilizochanganywa utatofautiana kidogo kulingana na kiasi cha resini katika sehemu iliyomalizika. Nambari hizi zinategemea uzito wa nyuzi 50%.
Uzito wa jumla wa turbine ya chuma na mchanganyiko wa MW 2 ni kilo 9,888 na kilo 7,016, mtawalia. Turbine za chuma na mchanganyiko za kW 250 ni kilo 3,734 na kilo 1,927, mtawalia. Jumla zinadhania milango 20 ya wiketi kwa kila turbine na urefu wa penstock sawa na kichwa cha turbine. Inawezekana kwamba penstock ingekuwa ndefu zaidi na inahitaji vifaa, lakini nambari hii inatoa makadirio ya msingi ya uzito wa kitengo na vifaa vya pembeni vinavyohusiana. Jenereta, boliti na vifaa vya kuendesha lango havijajumuishwa na vinadhaniwa kuwa sawa kati ya vitengo vya mchanganyiko na chuma. Pia ni muhimu kuzingatia kwamba muundo mpya wa runner unaohitajika kuzingatia viwango vya mkazo vinavyoonekana katika FEA ungeongeza uzito kwa vitengo vya mchanganyiko, lakini kiasi hicho kinadhaniwa kuwa kidogo zaidi, kwa mpangilio wa kilo 5 ili kuimarisha nukta zenye mkusanyiko wa mkazo.
Kwa uzito uliotolewa, turbine ya mchanganyiko ya MW 2 na penstock yake ingeweza kuinuliwa na Osprey ya kasi ya V-22, ilhali mashine ya chuma ingehitaji helikopta ya rotor ya Chinook ya polepole na isiyoweza kuendeshwa kwa urahisi. Pia, turbine ya mchanganyiko ya MW 2 na penstock ingeweza kuvutwa na F-250 4×4, ilhali kitengo cha chuma kingehitaji lori kubwa ambalo lingekuwa gumu kuliendesha kwenye barabara za misitu ikiwa usakinishaji ulikuwa wa mbali.
Hitimisho
Inawezekana kujenga turbine kutoka kwa vifaa vya mchanganyiko, na kupungua kwa uzito kwa 50% hadi 70% kulionekana ikilinganishwa na vipengele vya kawaida vya chuma. Uzito uliopunguzwa unaweza kuruhusu turbine za mchanganyiko kusakinishwa katika maeneo ya mbali. Zaidi ya hayo, mkusanyiko wa miundo hii ya mchanganyiko hauhitaji vifaa vya kulehemu. Vipengele pia vinahitaji sehemu chache kuunganishwa pamoja, kwani kila kipande kinaweza kutengenezwa katika sehemu moja au mbili. Katika uzalishaji mdogo ulioonyeshwa katika utafiti huu, gharama ya ukungu na vifaa vingine vya zana hutawala gharama ya vipengele.
Mizunguko midogo iliyoonyeshwa hapa inaonyesha gharama itakayotumika kuanza utafiti zaidi kuhusu nyenzo hizi. Utafiti huu unaweza kushughulikia mmomonyoko wa cavitation na ulinzi wa UV wa vipengele baada ya usakinishaji. Inawezekana kutumia mipako ya elastoma au kauri ili kupunguza cavitation au kuhakikisha kwamba turbine inaendesha katika mifumo ya mtiririko na kichwa ambayo huzuia cavitation kutokea. Itakuwa muhimu kujaribu na kutatua masuala haya na mengine ili kuhakikisha vitengo vinaweza kufikia uaminifu sawa na turbine za chuma, hasa ikiwa vitawekwa katika maeneo ambayo matengenezo hayatakuwa ya mara kwa mara.
Hata katika vipimo hivi vidogo, baadhi ya vipengele vya mchanganyiko vinaweza kuwa na gharama nafuu kutokana na kupungua kwa kazi inayohitajika kwa ajili ya utengenezaji. Kwa mfano, kisanduku cha kusogeza cha kitengo cha Francis cha MW 2 kingegharimu $80,000 ili kuunganishwa kutoka kwa chuma ikilinganishwa na $25,000 kwa ajili ya utengenezaji wa mchanganyiko. Hata hivyo, tukichukulia muundo uliofanikiwa wa vifaa vya turbine, gharama ya kuunda vifaa vya mchanganyiko ni zaidi ya vipengele sawa vya chuma. Kifaa cha 2-MW kingegharimu takriban $23,000 kutengeneza kutoka kwa chuma, ikilinganishwa na $27,000 kutoka kwa mchanganyiko. Gharama zinaweza kutofautiana kulingana na mashine. Na gharama ya vipengele vya mchanganyiko ingeshuka sana katika vipimo vya juu vya uzalishaji ikiwa ukungu ungeweza kutumika tena.
Watafiti tayari wamechunguza ujenzi wa viendeshaji vya turbine kutoka kwa nyenzo mchanganyiko.8 Hata hivyo, utafiti huu haukushughulikia mmomonyoko wa cavitation na uwezekano wa ujenzi. Hatua inayofuata kwa turbine mchanganyiko ni kubuni na kujenga modeli ya kiwango ambacho kitaruhusu uthibitisho wa uwezekano na uchumi wa utengenezaji. Kitengo hiki kinaweza kupimwa ili kubaini ufanisi na utumiaji, pamoja na mbinu za kuzuia mmomonyoko mwingi wa cavitation.
Muda wa chapisho: Februari 15-2022
