ఫోర్స్టర్ చిన్న హైడ్రో టర్బైన్‌ల కోసం మిశ్రమ పదార్థాలను ఎలా ఉపయోగించవచ్చు

జలవిద్యుత్ పరిశ్రమ కోసం పరికరాల నిర్మాణంలో మిశ్రమ పదార్థాలు ప్రవేశిస్తున్నాయి. పదార్థ బలం మరియు ఇతర ప్రమాణాలపై పరిశోధన ముఖ్యంగా చిన్న మరియు సూక్ష్మ యూనిట్లకు మరిన్ని అనువర్తనాలను వెల్లడిస్తుంది.
ఈ వ్యాసం సంబంధిత నైపుణ్యం కలిగిన ఇద్దరు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ మంది నిపుణులు నిర్వహించిన సమీక్షలకు అనుగుణంగా మూల్యాంకనం చేయబడింది మరియు సవరించబడింది. ఈ పీర్ సమీక్షకులు జలవిద్యుత్ పరిశ్రమలో సాంకేతిక ఖచ్చితత్వం, ఉపయోగం మరియు మొత్తం ప్రాముఖ్యత కోసం మాన్యుస్క్రిప్ట్‌లను నిర్ణయిస్తారు.
కొత్త పదార్థాల పెరుగుదల జలవిద్యుత్ పరిశ్రమకు ఉత్తేజకరమైన అవకాశాలను అందిస్తుంది. అసలు నీటి చక్రాలు మరియు పెన్‌స్టాక్‌లలో ఉపయోగించే కలపను 1800ల ప్రారంభంలో ఉక్కు భాగాలు భర్తీ చేశాయి. అధిక అలసట లోడింగ్ ద్వారా ఉక్కు దాని బలాన్ని నిలుపుకుంటుంది మరియు పుచ్చు కోత మరియు తుప్పును నిరోధిస్తుంది. దీని లక్షణాలు బాగా అర్థం చేసుకోబడ్డాయి మరియు భాగాల తయారీకి సంబంధించిన ప్రక్రియలు బాగా అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. పెద్ద యూనిట్ల కోసం, ఉక్కు ఎంపిక పదార్థంగా మిగిలిపోయే అవకాశం ఉంది.
అయితే, చిన్న (10 MW కంటే తక్కువ) నుండి సూక్ష్మ-పరిమాణ (100 kW కంటే తక్కువ) టర్బైన్‌ల పెరుగుదల కారణంగా, బరువును ఆదా చేయడానికి మరియు తయారీ వ్యయాన్ని మరియు పర్యావరణ ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి మిశ్రమాలను ఉపయోగించవచ్చు. విద్యుత్ సరఫరాలో నిరంతర వృద్ధి అవసరం దృష్ట్యా ఇది చాలా సందర్భోచితంగా ఉంటుంది. నార్వేజియన్ రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ పార్టనర్స్ 2009 అధ్యయనం ప్రకారం దాదాపు 800,000 MW స్థాపిత ప్రపంచ జల విద్యుత్ సామర్థ్యం ఆర్థికంగా సాధ్యమయ్యే వాటిలో 10% మరియు సాంకేతికంగా సాధ్యమయ్యే జల విద్యుత్‌లో 6% మాత్రమే. ఆర్థికంగా ఆర్థిక వ్యవస్థను అందించడానికి మిశ్రమ భాగాల సామర్థ్యంతో సాంకేతికంగా సాధ్యమయ్యే జల విద్యుత్‌ను ఆర్థికంగా సాధ్యమయ్యే రంగంలోకి తీసుకురావడానికి అవకాశం పెరుగుతుంది.

మిశ్రమ భాగాల తయారీ
పెన్‌స్టాక్‌ను ఆర్థికంగా మరియు స్థిరమైన అధిక బలంతో తయారు చేయడానికి, ఉత్తమ పద్ధతి ఫిలమెంట్ వైండింగ్. ఒక పెద్ద మాండ్రెల్‌ను రెసిన్ బాత్ ద్వారా నడిపిన ఫైబర్ టోలతో చుట్టారు. అంతర్గత పీడనం, రేఖాంశ వంపు మరియు నిర్వహణ కోసం బలాన్ని సృష్టించడానికి టోలను హూప్ మరియు హెలికల్ నమూనాలలో చుట్టారు. స్థానిక సరఫరాదారుల నుండి వచ్చిన కోట్ ఆధారంగా, రెండు పెన్‌స్టాక్ పరిమాణాలకు అడుగుకు ధర మరియు బరువును దిగువ ఫలితాల విభాగం చూపిస్తుంది. డిజైన్ మందం సాపేక్షంగా తక్కువ పీడన భారం కంటే సంస్థాపన మరియు నిర్వహణ అవసరాల ద్వారా నడపబడుతుందని మరియు రెండింటికీ ఇది 2.28 సెం.మీ అని కోట్ చూపించింది.
వికెట్ గేట్లు మరియు స్టే వేన్ల కోసం రెండు తయారీ పద్ధతులు పరిగణించబడ్డాయి; వెట్ లేఅప్ మరియు వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్. వెట్ లేఅప్ పొడి ఫాబ్రిక్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది ఫాబ్రిక్‌పై రెసిన్ పోయడం ద్వారా మరియు ఫాబ్రిక్‌లోకి రెసిన్‌ను నెట్టడానికి రోలర్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా చొప్పించబడుతుంది. ఈ ప్రక్రియ వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్ వలె శుభ్రంగా ఉండదు మరియు ఫైబర్-టు-రెసిన్ నిష్పత్తి పరంగా ఎల్లప్పుడూ అత్యంత ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన నిర్మాణాన్ని ఉత్పత్తి చేయదు, కానీ ఇది వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్ ప్రక్రియ కంటే తక్కువ సమయం పడుతుంది. వాక్యూమ్ ఇన్ఫ్యూషన్ డ్రై ఫైబర్‌ను సరైన ధోరణులలో ఉంచుతుంది మరియు డ్రై స్టాక్‌ను వాక్యూమ్ బ్యాగ్ చేస్తారు మరియు అదనపు ఫిట్టింగ్‌లు జతచేయబడతాయి, ఇది రెసిన్ సరఫరాకు దారితీస్తుంది, ఇది వాక్యూమ్ వర్తించినప్పుడు ఆ భాగంలోకి లాగబడుతుంది. వాక్యూమ్ రెసిన్ మొత్తాన్ని సరైన స్థాయిలో నిర్వహించడానికి సహాయపడుతుంది మరియు అస్థిర జీవుల విడుదలను తగ్గిస్తుంది.
స్క్రోల్ కేస్ లోపలి ఉపరితలం నునుపుగా ఉండేలా చూసుకోవడానికి మగ అచ్చుపై రెండు వేర్వేరు భాగాలలో హ్యాండ్ లేఅప్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. తగినంత బలాన్ని నిర్ధారించడానికి ఈ రెండు భాగాలు బంధన బిందువు వద్ద బయటి వైపు ఫైబర్ జోడించడంతో కలిసి బంధించబడతాయి. స్క్రోల్ కేసులో ప్రెజర్ లోడ్‌కు అధిక-బలం కలిగిన అధునాతన మిశ్రమ పదార్థం అవసరం లేదు, కాబట్టి ఎపాక్సీ రెసిన్‌తో ఫైబర్‌గ్లాస్ ఫాబ్రిక్ యొక్క తడి లేఅప్ సరిపోతుంది. స్క్రోల్ కేస్ యొక్క మందం పెన్‌స్టాక్ వలె అదే డిజైన్ పరామితిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. 250-kW యూనిట్ ఒక అక్షసంబంధ ప్రవాహ యంత్రం, కాబట్టి స్క్రోల్ కేస్ లేదు.

టర్బైన్ రన్నర్ అధిక లోడ్ అవసరాలతో సంక్లిష్టమైన జ్యామితిని మిళితం చేస్తుంది. ఇటీవలి పరిశోధనలు అధిక-బలం కలిగిన నిర్మాణ భాగాలను తరిగిన ప్రీప్రెగ్ SMC నుండి అద్భుతమైన బలం మరియు దృఢత్వంతో తయారు చేయవచ్చని నిరూపించాయి. లంబోర్గిని గల్లార్డో యొక్క సస్పెన్షన్ ఆర్మ్ నకిలీ మిశ్రమమని పిలువబడే తరిగిన ప్రీప్రెగ్ SMC యొక్క బహుళ పొరలను ఉపయోగించి రూపొందించబడింది, అవసరమైన మందాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి కంప్రెషన్ అచ్చు వేయబడింది. ఫ్రాన్సిస్ మరియు ప్రొపెల్లర్ రన్నర్‌లకు కూడా ఇదే పద్ధతిని అన్వయించవచ్చు. ఫ్రాన్సిస్ రన్నర్‌ను ఒకే యూనిట్‌గా తయారు చేయలేము, ఎందుకంటే బ్లేడ్ అతివ్యాప్తి యొక్క సంక్లిష్టత అచ్చు నుండి భాగాన్ని తీయకుండా నిరోధిస్తుంది. అందువలన, రన్నర్ బ్లేడ్‌లు, క్రౌన్ మరియు బ్యాండ్ విడిగా తయారు చేయబడతాయి మరియు తరువాత కలిసి బంధించబడతాయి మరియు క్రౌన్ మరియు బ్యాండ్ వెలుపల బోల్ట్‌లతో బలోపేతం చేయబడతాయి.
డ్రాఫ్ట్ ట్యూబ్‌ను ఫిలమెంట్ వైండింగ్ ఉపయోగించి చాలా సులభంగా తయారు చేయవచ్చు, అయితే ఈ ప్రక్రియను సహజ ఫైబర్‌లను ఉపయోగించి వాణిజ్యీకరించలేదు. అందువల్ల, అధిక శ్రమ ఖర్చులు ఉన్నప్పటికీ, ఇది ప్రామాణిక తయారీ పద్ధతి కాబట్టి హ్యాండ్ లేఅప్‌ను ఎంచుకున్నారు. మాండ్రెల్‌ను పోలిన మగ అచ్చును ఉపయోగించి, లేఅప్‌ను అచ్చును క్షితిజ సమాంతరంగా పూర్తి చేసి, ఆపై నయం చేయడానికి నిలువుగా మార్చవచ్చు, ఒక వైపు కుంగిపోకుండా నిరోధించవచ్చు. పూర్తయిన భాగంలోని రెసిన్ మొత్తాన్ని బట్టి మిశ్రమ భాగాల బరువు కొద్దిగా మారుతుంది. ఈ సంఖ్యలు 50% ఫైబర్ బరువుపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
స్టీల్ మరియు కాంపోజిట్ 2-MW టర్బైన్ యొక్క మొత్తం బరువులు వరుసగా 9,888 కిలోలు మరియు 7,016 కిలోలు. 250-kW స్టీల్ మరియు కాంపోజిట్ టర్బైన్లు వరుసగా 3,734 కిలోలు మరియు 1,927 కిలోలు. మొత్తాలు ప్రతి టర్బైన్‌కు 20 వికెట్ గేట్లు మరియు టర్బైన్ హెడ్‌కు సమానమైన పెన్‌స్టాక్ పొడవును ఊహిస్తాయి. పెన్‌స్టాక్ పొడవుగా ఉండే అవకాశం ఉంది మరియు ఫిట్టింగ్‌లు అవసరమవుతాయి, కానీ ఈ సంఖ్య యూనిట్ మరియు సంబంధిత పెరిఫెరల్స్ బరువు యొక్క ప్రాథమిక అంచనాను ఇస్తుంది. జనరేటర్, బోల్ట్‌లు మరియు గేట్ యాక్చుయేటింగ్ హార్డ్‌వేర్ చేర్చబడలేదు మరియు కాంపోజిట్ మరియు స్టీల్ యూనిట్ల మధ్య సారూప్యంగా ఉంటుందని భావించబడుతుంది. FEAలో కనిపించే ఒత్తిడి సాంద్రతలను లెక్కించడానికి అవసరమైన రన్నర్ పునఃరూపకల్పన మిశ్రమ యూనిట్లకు బరువును జోడిస్తుందని కూడా గమనించాలి, కానీ ఒత్తిడి సాంద్రతతో పాయింట్లను బలోపేతం చేయడానికి మొత్తం 5 కిలోల క్రమంలో తక్కువగా ఉంటుందని భావించబడుతుంది.
ఇచ్చిన బరువులతో, 2-MW కాంపోజిట్ టర్బైన్ మరియు దాని పెన్‌స్టాక్‌ను వేగవంతమైన V-22 ఓస్ప్రే ద్వారా ఎత్తవచ్చు, అయితే స్టీల్ యంత్రానికి నెమ్మదిగా, తక్కువ యుక్తి చేయగల చినూక్ ట్విన్ రోటర్ హెలికాప్టర్ అవసరం అవుతుంది. అలాగే, 2-MW కాంపోజిట్ టర్బైన్ మరియు పెన్‌స్టాక్‌ను F-250 4×4 ద్వారా లాగవచ్చు, అయితే స్టీల్ యూనిట్‌కు పెద్ద ట్రక్కు అవసరం అవుతుంది, సంస్థాపన రిమోట్‌గా ఉంటే అటవీ రోడ్లపై యుక్తి చేయడం కష్టం.

ముగింపులు
మిశ్రమ పదార్థాల నుండి టర్బైన్లను నిర్మించడం సాధ్యమే, మరియు సాంప్రదాయ ఉక్కు భాగాలతో పోలిస్తే 50% నుండి 70% బరువు తగ్గింపు కనిపించింది. తగ్గిన బరువు మిశ్రమ టర్బైన్లను మారుమూల ప్రాంతాలలో వ్యవస్థాపించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. అదనంగా, ఈ మిశ్రమ నిర్మాణాల అసెంబ్లీకి వెల్డింగ్ పరికరాలు అవసరం లేదు. ప్రతి భాగాన్ని ఒకటి లేదా రెండు విభాగాలలో తయారు చేయవచ్చు కాబట్టి, భాగాలకు తక్కువ భాగాలను బోల్ట్ చేయడం కూడా అవసరం. ఈ అధ్యయనంలో నమూనా చేయబడిన చిన్న ఉత్పత్తి పరుగుల వద్ద, అచ్చులు మరియు ఇతర సాధనాల ధర భాగాల ధరను ఆధిపత్యం చేస్తుంది.
ఇక్కడ సూచించబడిన చిన్న పరుగులు ఈ పదార్థాలపై మరింత పరిశోధనను ప్రారంభించడానికి ఎంత ఖర్చవుతుందో చూపుతాయి. ఈ పరిశోధన సంస్థాపన తర్వాత భాగాల పుచ్చు కోత మరియు UV రక్షణను పరిష్కరించగలదు. పుచ్చును తగ్గించడానికి ఎలాస్టోమర్ లేదా సిరామిక్ పూతలను ఉపయోగించడం లేదా పుచ్చు జరగకుండా నిరోధించే ప్రవాహం మరియు ప్రధాన పాలనలలో టర్బైన్ నడుస్తుందని నిర్ధారించుకోవడం సాధ్యమవుతుంది. స్టీల్ టర్బైన్‌ల మాదిరిగానే యూనిట్లు విశ్వసనీయతను సాధించగలవని నిర్ధారించుకోవడానికి ఈ మరియు ఇతర సమస్యలను పరీక్షించడం మరియు పరిష్కరించడం చాలా ముఖ్యం, ప్రత్యేకించి నిర్వహణ అరుదుగా ఉండే ప్రాంతాల్లో వాటిని ఇన్‌స్టాల్ చేయాల్సి వస్తే.
ఈ చిన్న పరుగుల వద్ద కూడా, తయారీకి అవసరమైన శ్రమ తగ్గడం వల్ల కొన్ని మిశ్రమ భాగాలు ఖర్చుతో కూడుకున్నవిగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, 2-MW ఫ్రాన్సిస్ యూనిట్ కోసం స్క్రోల్ కేస్‌ను ఉక్కు నుండి వెల్డింగ్ చేయడానికి $80,000 ఖర్చవుతుంది, మిశ్రమ తయారీకి $25,000 ఖర్చవుతుంది. అయితే, టర్బైన్ రన్నర్ల విజయవంతమైన రూపకల్పనను ఊహించుకుంటే, మిశ్రమ రన్నర్‌లను అచ్చు వేయడానికి అయ్యే ఖర్చు సమానమైన ఉక్కు భాగాల కంటే ఎక్కువ. 2-MW రన్నర్‌ను ఉక్కు నుండి తయారు చేయడానికి దాదాపు $23,000 ఖర్చవుతుంది, మిశ్రమ నుండి $27,000 ఖర్చవుతుంది. యంత్రాన్ని బట్టి ఖర్చులు మారవచ్చు. మరియు అచ్చులను తిరిగి ఉపయోగించగలిగితే అధిక ఉత్పత్తి పరుగుల వద్ద మిశ్రమ భాగాల ధర గణనీయంగా తగ్గుతుంది.
పరిశోధకులు ఇప్పటికే మిశ్రమ పదార్థాల నుండి టర్బైన్ రన్నర్ల నిర్మాణాన్ని పరిశోధించారు.8 అయితే, ఈ అధ్యయనం పుచ్చు కోతను మరియు నిర్మాణం యొక్క సాధ్యాసాధ్యాలను ప్రస్తావించలేదు. మిశ్రమ టర్బైన్‌ల కోసం తదుపరి దశ తయారీ యొక్క సాధ్యాసాధ్యాలను మరియు ఆర్థిక వ్యవస్థను నిరూపించడానికి అనుమతించే స్కేల్ మోడల్‌ను రూపొందించడం మరియు నిర్మించడం. ఈ యూనిట్‌ను సామర్థ్యం మరియు అనువర్తనాన్ని నిర్ణయించడానికి, అలాగే అదనపు పుచ్చు కోతను నివారించే పద్ధతులను పరీక్షించవచ్చు.