ஃபோர்ஸ்டர் சிறிய நீர் விசையாழிகளுக்கு கலவைப் பொருட்களை எவ்வாறு பயன்படுத்தலாம்

நீர்மின் சக்தித் தொழில்துறைக்கான உபகரணங்களின் கட்டுமானத்தில் கூட்டுப் பொருட்கள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்டு வருகின்றன. பொருட்களின் வலிமை மற்றும் பிற அளவுகோல்கள் குறித்த ஒரு ஆய்வு, குறிப்பாக சிறிய மற்றும் நுண் அலகுகளுக்கு இன்னும் பல பயன்பாடுகளை வெளிப்படுத்துகிறது.
தொடர்புடைய நிபுணத்துவம் கொண்ட இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வல்லுநர்களால் நடத்தப்பட்ட மதிப்பாய்வுகளுக்கு இணங்க இந்தக் கட்டுரை மதிப்பீடு செய்யப்பட்டுத் திருத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த சக மதிப்பாய்வாளர்கள், நீர்மின் துறையில் கையெழுத்துப் பிரதிகளின் தொழில்நுட்பத் துல்லியம், பயன் மற்றும் ஒட்டுமொத்த முக்கியத்துவம் ஆகியவற்றை மதிப்பிடுகின்றனர்.
புதிய பொருட்களின் வளர்ச்சி, நீர்மின் தொழில்துறைக்கு உற்சாகமான வாய்ப்புகளை வழங்குகிறது. அசல் நீர்ச்சக்கரங்கள் மற்றும் நீர்க்குழாய்களில் பயன்படுத்தப்பட்ட மரத்திற்குப் பதிலாக, 1800-களின் முற்பகுதியில் ஓரளவு எஃகு பாகங்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன. எஃகு, அதிக சோர்வு சுமையின் போதும் தனது வலிமையைத் தக்கவைத்துக்கொள்வதோடு, குழிவு அரிப்பு மற்றும் துருப்பிடித்தலையும் எதிர்க்கிறது. அதன் பண்புகள் நன்கு அறியப்பட்டுள்ளன, மேலும் பாகங்கள் தயாரிப்பதற்கான செயல்முறைகளும் நன்கு மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன. பெரிய அலகுகளுக்கு, எஃகே விரும்பப்படும் பொருளாகத் தொடரும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
இருப்பினும், சிறிய (10 மெகாவாட்டிற்கும் குறைவான) முதல் மிகச்சிறிய (100 கிலோவாட்டிற்கும் குறைவான) டர்பைன்களின் வளர்ச்சியைக் கருத்தில் கொண்டு, எடையைக் குறைக்கவும், உற்பத்திச் செலவையும் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்பையும் குறைக்கவும் கலவைப் பொருட்களைப் பயன்படுத்தலாம். மின்சார விநியோகத்தில் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சித் தேவை இருப்பதால் இது மிகவும் பொருத்தமானதாகிறது. நார்வேயின் புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி கூட்டாளிகள் 2009-ல் நடத்திய ஆய்வின்படி, நிறுவப்பட்ட உலகளாவிய நீர்மின் திறன் கிட்டத்தட்ட 800,000 மெகாவாட் ஆகும். இது பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமான நீர்மின்சக்தியில் 10% ஆகவும், தொழில்நுட்ப ரீதியாக சாத்தியமான நீர்மின்சக்தியில் 6% ஆகவும் மட்டுமே உள்ளது. கலவைப் பொருட்களின் பெருமளவு உற்பத்திச் சிக்கனத்தை வழங்கும் திறனுடன், தொழில்நுட்ப ரீதியாக சாத்தியமான நீர்மின்சக்தியை பொருளாதார ரீதியாக சாத்தியமான நிலைக்குக் கொண்டு வருவதற்கான வாய்ப்பு அதிகரிக்கிறது.

கூட்டு கூறு உற்பத்தி
பேனாத்தண்டை சிக்கனமாகவும், சீரான உயர் வலிமையுடனும் உற்பத்தி செய்ய, இழைச் சுருட்டு முறையே சிறந்த முறையாகும். ஒரு பெரிய அச்சு, பிசின் கரைசலில் நனைக்கப்பட்ட இழைக் கற்றைகளால் சுற்றப்படுகிறது. உள்ளக அழுத்தம், நீளவாட்டு வளைவு மற்றும் கையாளுதலுக்கான வலிமையை உருவாக்க, இந்த இழைக் கற்றைகள் வளைய மற்றும் சுருள் வடிவங்களில் சுற்றப்படுகின்றன. கீழே உள்ள முடிவுகள் பகுதியானது, உள்ளூர் விநியோகஸ்தர்களிடமிருந்து பெறப்பட்ட விலைப்புள்ளியின் அடிப்படையில், இரண்டு பேனாத்தண்டு அளவுகளுக்கான ஒரு அடிக்கான விலை மற்றும் எடையைக் காட்டுகிறது. ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த அழுத்தச் சுமையைக் காட்டிலும், நிறுவுதல் மற்றும் கையாளுதல் தேவைகளாலேயே வடிவமைப்புத் தடிமன் தீர்மானிக்கப்பட்டது என்றும், இரண்டு அளவுகளுக்குமே அது 2.28 செ.மீ. ஆக இருந்தது என்றும் அந்த விலைப்புள்ளி காட்டியது.
விக்கெட் கேட்கள் மற்றும் ஸ்டே வேன்களுக்காக இரண்டு உற்பத்தி முறைகள் பரிசீலிக்கப்பட்டன; வெட் லேஅப் மற்றும் வேக்யூம் இன்ஃப்யூஷன். வெட் லேஅப் முறையில், உலர்ந்த துணியின் மீது ரெசின் ஊற்றப்பட்டு, உருளைகளைப் பயன்படுத்தி அந்த ரெசின் துணிக்குள் செலுத்தப்படுகிறது. இந்த செயல்முறை வேக்யூம் இன்ஃப்யூஷன் அளவுக்குத் தூய்மையானது அல்ல, மேலும் ஃபைபர்-டு-ரெசின் விகிதத்தின் அடிப்படையில் இது எப்போதும் மிகவும் உகந்த கட்டமைப்பை உருவாக்குவதில்லை, ஆனால் இது வேக்யூம் இன்ஃப்யூஷன் செயல்முறையை விடக் குறைவான நேரத்தையே எடுத்துக்கொள்கிறது. வேக்யூம் இன்ஃப்யூஷன் முறையில், உலர்ந்த ஃபைபர் சரியான திசைகளில் அடுக்கப்படுகிறது. பின்னர் அந்த உலர்ந்த அடுக்கு வேக்யூம் பைகளில் அடைக்கப்பட்டு, ரெசின் விநியோகத்திற்கு வழிவகுக்கும் கூடுதல் இணைப்புகள் பொருத்தப்படுகின்றன. வேக்யூம் பயன்படுத்தப்படும்போது, ​​அந்த ரெசின் பாகத்திற்குள் இழுக்கப்படுகிறது. இந்த வேக்யூம், ரெசினின் அளவை உகந்த மட்டத்தில் பராமரிக்கவும், ஆவியாகும் கரிமப் பொருட்களின் வெளியீட்டைக் குறைக்கவும் உதவுகிறது.
ஒரு வழவழப்பான உள் மேற்பரப்பை உறுதி செய்வதற்காக, சுருள் உறையானது ஒரு ஆண் அச்சில் இரண்டு தனித்தனி பாதிகளாகக் கையால் அடுக்கப்படும். போதுமான வலிமையை உறுதி செய்வதற்காக, இந்த இரண்டு பாதிகளும் பிணைப்புப் புள்ளியில் வெளிப்புறத்தில் இழை சேர்க்கப்பட்டு ஒன்றாகப் பிணைக்கப்படும். சுருள் உறையில் உள்ள அழுத்தச் சுமைக்கு அதிக வலிமை கொண்ட மேம்பட்ட கலவைப் பொருள் தேவையில்லை, எனவே எப்பாக்சி பிசினுடன் கூடிய கண்ணாடியிழைத் துணியின் ஈரமான அடுக்கே போதுமானதாக இருக்கும். சுருள் உறையின் தடிமன், பேனாத்தண்டின் அதே வடிவமைப்பு அளவுருவை அடிப்படையாகக் கொண்டது. 250-kW அலகு ஒரு அச்சுவழிப் பாய்வு இயந்திரம் என்பதால், அதில் சுருள் உறை இல்லை.

ஒரு டர்பைன் ரன்னர், சிக்கலான வடிவவியலையும் அதிக சுமைத் தேவைகளையும் ஒருங்கிணைக்கிறது. சிறந்த வலிமை மற்றும் விறைப்புத்தன்மையுடன் கூடிய, துண்டாக்கப்பட்ட ப்ரீப்ரெக் எஸ்எம்சி-யிலிருந்து உயர்-வலிமை கட்டமைப்பு கூறுகளைத் தயாரிக்க முடியும் என்பதை சமீபத்திய ஆய்வுகள் நிரூபித்துள்ளன.5 லம்போர்கினி கல்லார்டோவின் சஸ்பென்ஷன் ஆர்ம், ஃபோர்ஜ்டு காம்போசிட் எனப்படும் துண்டாக்கப்பட்ட ப்ரீப்ரெக் எஸ்எம்சி-யின் பல அடுக்குகளைப் பயன்படுத்தி வடிவமைக்கப்பட்டது; தேவையான தடிமனை உருவாக்க இது அழுத்த வார்ப்பு செய்யப்பட்டது. இதே முறையை ஃபிரான்சிஸ் மற்றும் புரொப்பல்லர் ரன்னர்களுக்கும் பயன்படுத்தலாம். ஃபிரான்சிஸ் ரன்னரை ஒரே அலகாக உருவாக்க முடியாது, ஏனெனில் பிளேடுகளின் ஒன்றுடன் ஒன்று சேரும் சிக்கலான தன்மை, அச்சிலிருந்து அந்தப் பகுதியை வெளியே எடுப்பதைத் தடுத்துவிடும். எனவே, ரன்னர் பிளேடுகள், கிரவுன் மற்றும் பேண்ட் ஆகியவை தனித்தனியாகத் தயாரிக்கப்பட்டு, பின்னர் ஒன்றாகப் பிணைக்கப்பட்டு, கிரவுன் மற்றும் பேண்டின் வெளிப்புறம் வழியாக போல்ட்டுகளால் வலுவூட்டப்படுகின்றன.
இழைச் சுருட்டல் முறையைப் பயன்படுத்தி வரைவுக் குழாயை மிக எளிதாகத் தயாரிக்க முடிந்தாலும், இந்தச் செயல்முறை இயற்கை இழைகளைப் பயன்படுத்தி வணிகமயமாக்கப்படவில்லை. எனவே, அதிக உழைப்புச் செலவுகள் இருந்தபோதிலும், கையால் அடுக்குதல் முறை ஒரு நிலையான உற்பத்தி முறையாக இருப்பதால் அது தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது. ஒரு மாண்டரலைப் போன்ற ஒரு மேல் அச்சைப் பயன்படுத்தி, அச்சைக் கிடைமட்டமாக வைத்து அடுக்குதலை முடிக்கலாம், பின்னர் ஒரு பக்கத்தில் தொய்வு ஏற்படுவதைத் தடுக்க, அதை இறுகுவதற்காகச் செங்குத்தாகத் திருப்பலாம். முடிக்கப்பட்ட பாகத்தில் உள்ள ரெசினின் அளவைப் பொறுத்து, கூட்டுப் பாகங்களின் எடை சற்றே மாறுபடும். இந்த எண்கள் 50% இழை எடையை அடிப்படையாகக் கொண்டவை.
எஃகு மற்றும் கலப்பு 2-மெகாவாட் டர்பைனின் மொத்த எடைகள் முறையே 9,888 கிலோ மற்றும் 7,016 கிலோ ஆகும். 250-கிலோவாட் எஃகு மற்றும் கலப்பு டர்பைன்களின் எடைகள் முறையே 3,734 கிலோ மற்றும் 1,927 கிலோ ஆகும். இந்த மொத்த எடைகள், ஒவ்வொரு டர்பைனுக்கும் 20 விக்கெட் கேட்கள் மற்றும் டர்பைனின் தலைப்பகுதிக்கு சமமான பென்ஸ்டாக் நீளம் ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொண்டு கணக்கிடப்பட்டுள்ளன. பென்ஸ்டாக் நீளமாக இருப்பதற்கும், அதற்கான இணைப்புகள் தேவைப்படுவதற்கும் வாய்ப்புள்ளது, ஆனால் இந்த எண், அந்த அலகு மற்றும் அதனுடன் தொடர்புடைய துணைக்கருவிகளின் எடை குறித்த ஒரு அடிப்படை மதிப்பீட்டை வழங்குகிறது. ஜெனரேட்டர், போல்ட்கள் மற்றும் கேட்டை இயக்கும் வன்பொருட்கள் இதில் சேர்க்கப்படவில்லை, மேலும் அவை கலப்பு மற்றும் எஃகு அலகுகளுக்கு இடையில் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும் என்று கருதப்படுகிறது. FEA-வில் காணப்படும் அழுத்தச் செறிவுகளைக் கணக்கில் கொள்ளத் தேவைப்படும் ரன்னர் மறுவடிவமைப்பு, கலப்பு அலகுகளின் எடையை அதிகரிக்கும் என்பதும் குறிப்பிடத்தக்கது. இருப்பினும், அழுத்தச் செறிவுள்ள புள்ளிகளை வலுப்படுத்துவதற்காக, இந்த எடை அதிகரிப்பு மிகக் குறைவாக, சுமார் 5 கிலோ அளவில் இருக்கும் என்று கருதப்படுகிறது.
கொடுக்கப்பட்ட எடைகளுடன், 2-மெகாவாட் கலப்பு விசையாழியையும் அதன் உந்துகுழாயையும் வேகமான V-22 ஆஸ்ப்ரே ஹெலிகாப்டரால் தூக்க முடியும். ஆனால், அந்த எஃகு இயந்திரத்திற்கு மெதுவானதும், எளிதில் கையாள முடியாததுமான சினூக் இரட்டை சுழலி ஹெலிகாப்டர் தேவைப்படும். மேலும், 2-மெகாவாட் கலப்பு விசையாழியையும் உந்துகுழாயையும் ஒரு F-250 4x4 வாகனத்தால் இழுத்துச் செல்ல முடியும். ஆனால், அந்த எஃகு அலகிற்கு ஒரு பெரிய டிரக் தேவைப்படும். நிறுவல் தொலைதூரத்தில் அமைந்திருந்தால், அந்த டிரக்கை வனச் சாலைகளில் இயக்குவது கடினமாக இருக்கும்.

முடிவுகள்
கலவைப் பொருட்களிலிருந்து டர்பைன்களை உருவாக்குவது சாத்தியமானது, மேலும் வழக்கமான எஃகு பாகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது 50% முதல் 70% வரை எடை குறைப்பு காணப்பட்டது. இந்த குறைந்த எடை, தொலைதூர இடங்களில் கலவை டர்பைன்களை நிறுவ அனுமதிக்கிறது. கூடுதலாக, இந்த கலவைக் கட்டமைப்புகளை ஒன்றிணைக்க பற்றவைப்பு உபகரணங்கள் தேவையில்லை. ஒவ்வொரு பகுதியையும் ஒன்று அல்லது இரண்டு பிரிவுகளாக உருவாக்க முடியும் என்பதால், பாகங்களை ஒன்றாக இணைக்க குறைவான பாகங்களே தேவைப்படுகின்றன. இந்த ஆய்வில் மாதிரியாகக் கொள்ளப்பட்ட சிறிய உற்பத்தித் தொகுப்புகளில், அச்சுகள் மற்றும் பிற கருவிகளின் செலவே பாகங்களின் செலவில் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது.
இங்கு சுட்டிக்காட்டப்பட்டுள்ள சிறிய அளவிலான சோதனைகள், இந்தப் பொருட்கள் குறித்த மேலதிக ஆராய்ச்சியைத் தொடங்குவதற்கு ஆகும் செலவைக் காட்டுகின்றன. இந்த ஆராய்ச்சி, நிறுவிய பிறகு ஏற்படும் குழிவு அரிப்பு மற்றும் பாகங்களுக்கான புற ஊதாக் கதிர் பாதுகாப்பு ஆகியவற்றை நிவர்த்தி செய்ய முடியும். குழிவுறுதலைக் குறைப்பதற்கோ அல்லது குழிவுறுதல் ஏற்படுவதைத் தடுக்கும் ஓட்டம் மற்றும் அழுத்த நிலைகளில் விசையாழி இயங்குவதை உறுதி செய்வதற்கோ, எலாஸ்டோமர் அல்லது செராமிக் பூச்சுகளைப் பயன்படுத்துவது சாத்தியமாகலாம். இந்த அலகுகள் எஃகு விசையாழிகளுக்கு இணையான நம்பகத்தன்மையை அடைய முடியும் என்பதை உறுதிப்படுத்த, இவை மற்றும் பிற சிக்கல்களைச் சோதித்துத் தீர்ப்பது முக்கியமானதாக இருக்கும்; குறிப்பாக, பராமரிப்பு அரிதாக இருக்கும் பகுதிகளில் அவை நிறுவப்படவிருந்தால் இது அவசியமாகும்.
இந்தச் சிறிய உற்பத்தி எண்ணிக்கைகளில்கூட, உற்பத்திக்குத் தேவைப்படும் உழைப்பு குறைவதால், சில கலவைப் பாகங்கள் செலவு குறைந்தவையாக இருக்கக்கூடும். உதாரணமாக, 2-மெகாவாட் ஃபிரான்சிஸ் யூனிட்டிற்கான ஒரு ஸ்க்ரோல் கேஸை எஃகிலிருந்து வெல்டிங் செய்ய $80,000 செலவாகும், ஆனால் கலவைப் பாகங்களாகத் தயாரிக்க $25,000 மட்டுமே செலவாகும். இருப்பினும், டர்பைன் ரன்னர்களின் வடிவமைப்பு வெற்றிகரமாக அமைந்தால், கலவைப் பாகங்களைக் கொண்டு வார்ப்பதற்கான செலவு, அதற்கு இணையான எஃகு பாகங்களை விட அதிகமாகும். 2-மெகாவாட் ரன்னரை எஃகிலிருந்து தயாரிக்க சுமார் $23,000 செலவாகும், ஆனால் கலவைப் பாகங்களிலிருந்து தயாரிக்க $27,000 மட்டுமே செலவாகும். செலவுகள் இயந்திரத்தைப் பொறுத்து மாறுபடலாம். மேலும், வார்ப்புகளை மீண்டும் பயன்படுத்த முடிந்தால், அதிக உற்பத்தி எண்ணிக்கைகளில் கலவைப் பாகங்களின் விலை கணிசமாகக் குறையும்.
ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கனவே கலவைப் பொருட்களிலிருந்து டர்பைன் ரன்னர்களை உருவாக்குவது குறித்து ஆய்வு செய்துள்ளனர்.8 இருப்பினும், இந்த ஆய்வு குழிவு அரிப்பு மற்றும் கட்டுமானத்தின் சாத்தியக்கூறு குறித்து ஆராயவில்லை. கலவை டர்பைன்களுக்கான அடுத்த கட்டம், சாத்தியக்கூறு மற்றும் உற்பத்திச் சிக்கனத்தை நிரூபிக்க உதவும் ஒரு சிறிய அளவிலான மாதிரியை வடிவமைத்து உருவாக்குவதாகும். இந்த அலகை அதன் செயல்திறன் மற்றும் பயன்பாட்டினைத் தீர்மானிக்கவும், அத்துடன் அதிகப்படியான குழிவு அரிப்பைத் தடுப்பதற்கான முறைகளைக் கண்டறியவும் சோதிக்கலாம்.