Kompozit materiallar gidroelektrostantsiya sanoati uchun uskunalar qurishda tobora ommalashib bormoqda. Materiallarning mustahkamligi va boshqa mezonlarni o'rganish, ayniqsa kichik va mikro qurilmalar uchun ko'plab qo'llanilishlarni ochib beradi.
Ushbu maqola tegishli tajribaga ega bo'lgan ikki yoki undan ortiq mutaxassislar tomonidan o'tkazilgan sharhlarga muvofiq baholandi va tahrirlandi. Ushbu tengdosh sharhlovchilar qo'lyozmalarni texnik aniqlik, foydalilik va gidroenergetika sanoatida umumiy ahamiyatlilik nuqtai nazaridan baholaydilar.
Yangi materiallarning paydo bo'lishi gidroelektr sanoati uchun ajoyib imkoniyatlar yaratadi. Asl suv g'ildiraklari va ruchkalarda ishlatilgan yog'och 1800-yillarning boshlarida qisman po'lat komponentlar bilan almashtirildi. Po'lat yuqori charchoq yuklamasi orqali o'z mustahkamligini saqlab qoladi va kavitatsiya eroziyasi va korroziyaga chidamli. Uning xususiyatlari yaxshi tushunilgan va komponentlar ishlab chiqarish jarayonlari yaxshi rivojlangan. Katta agregatlar uchun po'lat, ehtimol, tanlangan material bo'lib qoladi.
Biroq, kichik (10 MVt dan past) turbinalarning mikro o'lchamli (100 kVt dan past) turbinalarga o'tishini hisobga olsak, kompozit materiallardan og'irlikni tejash, ishlab chiqarish tannarxi va atrof-muhitga ta'sirini kamaytirish uchun foydalanish mumkin. Bu, ayniqsa, elektr energiyasi ta'minotining o'sishiga bo'lgan doimiy ehtiyojni hisobga olgan holda juda muhimdir. Norwegian Renewable Energy Partners tomonidan 2009 yilda o'tkazilgan tadqiqotga ko'ra, dunyo bo'ylab o'rnatilgan gidroenergetika quvvati qariyb 800 000 MVtni tashkil etadi, bu iqtisodiy jihatdan mumkin bo'lgan gidroenergetika quvvatining atigi 10% ni va texnik jihatdan mumkin bo'lgan gidroenergetika quvvatining 6% ni tashkil qiladi. Texnik jihatdan mumkin bo'lgan gidroenergetika quvvatini iqtisodiy jihatdan mumkin bo'lgan sohaga olib kirish salohiyati kompozit komponentlarning miqyosni tejash qobiliyati bilan ortadi.
Kompozit komponentlar ishlab chiqarish
Qalam stvolini tejamkorlik bilan va doimiy yuqori mustahkamlik bilan ishlab chiqarish uchun eng yaxshi usul filamentli o'rashdir. Katta mandrel qatron vannasidan o'tkazilgan tolali tortmalar bilan o'ralgan. Ichki bosim, bo'ylama egilish va ishlov berish uchun mustahkamlik yaratish maqsadida tortmalar halqa va spiral naqshlarga o'ralgan. Quyidagi natijalar bo'limida mahalliy yetkazib beruvchilarning taklifiga asoslanib, ikkita stvol o'lchamlari uchun fut uchun narx va og'irlik ko'rsatilgan. Narx taklifida dizayn qalinligi nisbatan past bosim yuki emas, balki o'rnatish va ishlov berish talablari bilan bog'liqligi va ikkalasi uchun ham 2,28 sm bo'lganligi ko'rsatilgan.
Darvoza darvozalari va tirgak qanotlari uchun ikkita ishlab chiqarish usuli ko'rib chiqildi; nam qatlamlash va vakuumli infuziya. Nam qatlamlash quruq matodan foydalanadi, u mato ustiga qatron quyish va qatronni matoga itarish uchun roliklar yordamida singdiriladi. Bu jarayon vakuumli infuziya kabi toza emas va har doim ham tola-qatron nisbati jihatidan eng optimallashtirilgan tuzilishni yaratmaydi, lekin bu vakuumli infuziya jarayoniga qaraganda kamroq vaqt talab etadi. Vakuumli infuziya quruq tolani to'g'ri yo'nalishda qatlamlaydi va keyin quruq stack vakuumli paketlarga solinadi va vakuum qo'llanilganda qismga tortiladigan qatron ta'minotiga olib keladigan qo'shimcha armaturalar biriktiriladi. Vakuum qatron miqdorini optimal darajada saqlashga yordam beradi va uchuvchan organik moddalarning chiqarilishini kamaytiradi.
O'tkazgich korpusi silliq ichki yuzani ta'minlash uchun erkak qolipda ikkita alohida yarmida qo'lda yotqizishdan foydalanadi. Keyin bu ikki yarmi yetarlicha mustahkamlikni ta'minlash uchun bog'lash nuqtasida tashqi tomonga qo'shilgan tola bilan birlashtiriladi. O'tkazgich korpusidagi bosim yuki yuqori mustahkamlikka ega ilg'or kompozitni talab qilmaydi, shuning uchun epoksi qatroni bilan shisha tolali matoning nam qatlami etarli bo'ladi. O'tkazgich korpusining qalinligi ruchka bilan bir xil dizayn parametriga asoslangan edi. 250 kVt quvvatga ega qurilma eksenel oqim mashinasidir, shuning uchun aylantiruvchi korpus yo'q.
Turbina yuguruvchisi murakkab geometriyani yuqori yuk talablari bilan birlashtiradi. Yaqinda o'tkazilgan ishlar shuni ko'rsatdiki, yuqori mustahkamlikdagi strukturaviy komponentlar maydalangan prepreg SMC dan ajoyib mustahkamlik va qattiqlik bilan ishlab chiqarilishi mumkin.5 Lamborghini Gallardo ning osma qo'li kerakli qalinlikni hosil qilish uchun siqilgan qoliplangan, soxtalashtirilgan kompozit deb nomlanuvchi maydalangan prepreg SMC ning bir nechta qatlamlaridan foydalangan holda ishlab chiqilgan. Xuddi shu usul Francis va pervanel yuguruvchilariga ham qo'llanilishi mumkin. Francis yuguruvchisini bitta birlik sifatida tayyorlash mumkin emas, chunki pichoqning bir-birining ustiga chiqishining murakkabligi qismning qolipdan chiqarilishiga to'sqinlik qiladi. Shunday qilib, yuguruvchi pichoqlar, toj va tasma alohida ishlab chiqariladi va keyin bir-biriga bog'lanadi va toj va tasmaning tashqi tomoni orqali murvatlar bilan mustahkamlanadi.
Qo'l bilan yotqizish naychasi filamentli o'rash yordamida eng oson ishlab chiqarilsa-da, bu jarayon tabiiy tolalardan foydalangan holda tijoratlashtirilmagan. Shunday qilib, qo'lda yotqizish tanlandi, chunki bu yuqori ishchi kuchi xarajatlariga qaramay, standart ishlab chiqarish usuli hisoblanadi. Mandrelga o'xshash erkak qolipdan foydalanib, yotqizish qolip gorizontal holatda bajarilishi va keyin vertikal ravishda qattiqlashishi mumkin, bu esa bir tomonning osilib qolishining oldini oladi. Kompozit qismlarning og'irligi tayyor qismdagi qatron miqdoriga qarab biroz farq qiladi. Bu raqamlar 50% tola og'irligiga asoslangan.
Po'lat va kompozit 2 MVt turbinaning umumiy og'irligi mos ravishda 9888 kg va 7016 kg ni tashkil qiladi. 250 kVt po'lat va kompozit turbinalar mos ravishda 3734 kg va 1927 kg ni tashkil qiladi. Jami qiymatlar har bir turbina uchun 20 ta darvoza va turbinaning boshiga teng bo'lgan stvol uzunligini taxmin qiladi. Stvol uzunroq bo'lishi va armatura talab qilishi mumkin, ammo bu raqam qurilmaning og'irligi va unga bog'liq periferik qurilmalarning asosiy taxminini beradi. Generator, murvatlar va darvozani ishga tushirish uskunalari kiritilmagan va kompozit va po'lat qurilmalar o'rtasida o'xshash deb taxmin qilinadi. Shuni ham ta'kidlash kerakki, FEAda ko'rilgan kuchlanish konsentratsiyasini hisobga olish uchun zarur bo'lgan rulonni qayta loyihalash kompozit qurilmalarga og'irlik qo'shadi, ammo kuchlanish konsentratsiyasi bo'lgan nuqtalarni mustahkamlash uchun bu miqdor minimal, taxminan 5 kg deb taxmin qilinadi.
Berilgan og'irliklar bilan 2 MVt quvvatga ega kompozit turbina va uning stvolini tezkor V-22 Osprey ko'tarishi mumkin edi, po'latdan yasalgan mashina esa sekinroq va kamroq boshqariladigan Chinook egizak rotorli vertolyotini talab qiladi. Shuningdek, 2 MVt quvvatga ega kompozit turbina va stvolni F-250 4×4 bilan tortib olish mumkin edi, po'latdan yasalgan blok esa o'rnatish masofadan turib amalga oshirilsa, o'rmon yo'llarida boshqarish qiyin bo'lgan kattaroq yuk mashinasini talab qiladi.
Xulosalar
Kompozit materiallardan turbinalar qurish mumkin va an'anaviy po'lat komponentlarga nisbatan og'irlikning 50% dan 70% gacha kamayishi kuzatildi. Og'irlikning kamayishi kompozit turbinalarni uzoq joylarga o'rnatish imkonini beradi. Bundan tashqari, ushbu kompozit konstruksiyalarni yig'ish payvandlash uskunalarini talab qilmaydi. Komponentlar, shuningdek, bolt bilan mahkamlash uchun kamroq qismlarni talab qiladi, chunki har bir qism bir yoki ikkita qismda tayyorlanishi mumkin. Ushbu tadqiqotda modellashtirilgan kichik ishlab chiqarish bosqichlarida qoliplar va boshqa asboblarning narxi komponent narxidan ustun turadi.
Bu yerda ko'rsatilgan kichik yugurishlar ushbu materiallar bo'yicha keyingi tadqiqotlarni boshlash qanchaga tushishini ko'rsatadi. Ushbu tadqiqot o'rnatishdan keyin komponentlarning kavitatsiya eroziyasi va ultrabinafsha nurlaridan himoyasini ko'rib chiqishi mumkin. Kavitatsiyani kamaytirish yoki turbinaning kavitatsiyaning oldini oluvchi oqim va bosim rejimlarida ishlashini ta'minlash uchun elastomer yoki keramik qoplamalardan foydalanish mumkin bo'lishi mumkin. Jihozlar po'lat turbinalarga o'xshash ishonchlilikka erishishi uchun, ayniqsa, ular kamdan-kam hollarda texnik xizmat ko'rsatiladigan joylarga o'rnatilishi kerak bo'lsa, ushbu va boshqa muammolarni sinab ko'rish va hal qilish muhimdir.
Hatto ushbu kichik yo'nalishlarda ham, ba'zi kompozit komponentlar ishlab chiqarish uchun talab qilinadigan ishchi kuchining kamayishi tufayli tejamkor bo'lishi mumkin. Masalan, 2 MVt quvvatli Francis bloki uchun rulonli korpusni po'latdan payvandlash uchun 80 000 dollar, kompozit ishlab chiqarish uchun esa 25 000 dollar kerak bo'ladi. Biroq, turbina yo'lakchalarini muvaffaqiyatli loyihalash sharti bilan, kompozit yo'lakchalarni qoliplash narxi ekvivalent po'lat komponentlaridan ko'proq. 2 MVt quvvatli yo'lakchani po'latdan ishlab chiqarish uchun taxminan 23 000 dollar, kompozitdan ishlab chiqarish esa 27 000 dollar turadi. Narxlar mashinaga qarab farq qilishi mumkin. Agar qoliplarni qayta ishlatish mumkin bo'lsa, kompozit komponentlar narxi yuqori ishlab chiqarish yo'nalishlarida sezilarli darajada pasayadi.
Tadqiqotchilar allaqachon kompozit materiallardan turbina yuguruvchilarining qurilishini o'rganib chiqishgan.8 Biroq, ushbu tadqiqot kavitatsiya eroziyasi va qurilishning maqsadga muvofiqligini ko'rib chiqmadi. Kompozit turbinalar uchun keyingi qadam ishlab chiqarishning maqsadga muvofiqligi va tejamkorligini isbotlashga imkon beradigan masshtabli modelni loyihalash va qurishdir. Keyin ushbu qurilma samaradorlik va qo'llanilishini, shuningdek, ortiqcha kavitatsiya eroziyasining oldini olish usullarini aniqlash uchun sinovdan o'tkazilishi mumkin.
Nashr vaqti: 2022-yil 15-fevral
