ווי קאָמפּאָזיט מאַטעריאַלן קענען געניצט ווערן פֿאַר פֿאָרסטער קליינע הידראָ טורבינעס

קאָמפּאָזיט מאַטעריאַלן מאַכן אַ גרויסע פּראָגרעס אין דער קאַנסטרוקציע פון ​​עקוויפּמענט פֿאַר דער הידראָעלעקטרישער ענערגיע אינדוסטריע. אַן אויספאָרשונג וועגן מאַטעריאַל שטאַרקייט און אַנדערע קריטעריעס אַנטפּלעקט פיל מער אַפּליקאַציעס, ספּעציעל פֿאַר קליינע און מיקראָ אַפּאַראַטן.
דער אַרטיקל איז געוואָרן עוואַלויִרט און רעדאַקטירט לויט רעצענזיעס דורכגעפירט דורך צוויי אָדער מער פּראָפעסיאָנאַלן וואָס האָבן באַטייַטיק עקספּערטיז. די גלייַכגילטיקע רעצענזענטן באַורטיילן מאַנוסקריפּטן לויט טעכנישער אַקיעראַסי, נוצלעכקייט און אַלגעמיינע וויכטיקייט אין דער הידראָעלעקטרישער אינדוסטריע.
דער אויפשטייג פון נייע מאַטעריאַלן גיט אויפרעגנדע געלעגנהייטן פאר דער הידראָעלעקטרישער אינדוסטריע. האָלץ — געניצט אין די אָריגינעלע וואַסער-רעדער און פּענסטאָקס — איז טיילווייז געוואָרן ערזעצט דורך שטאָל קאָמפּאָנענטן אין די פריע 1800ער יאָרן. שטאָל האַלט זיין שטאַרקייט דורך הויכע מידקייט לאָודינג און קעגנשטעלט קאַוויטאַציע עראָזיע און קעראָוזשאַן. זיינע אייגנשאַפטן זענען גוט פארשטאנען און די פּראָצעסן פאר קאָמפּאָנענט פּראָדוקציע זענען גוט אַנטוויקלט. פאר גרויסע איינהייטן וועט שטאָל מסתּמא בלייבן דער מאַטעריאַל פון ברירה.
אבער, געגעבן דעם אויפשטייג פון קליינע (אונטער 10 מעגאוואט) ביז מיקרא-גרייס (אונטער 100 קוו) טורבינען, קענען קאמפאזיטן גענוצט ווערן צו שפארן וואג און רעדוצירן פאבריקאציע קאסטן און ענווייראמענטאלע אימפאקט. דאס איז ספעציעל רעלאוואנט געגעבן דעם אנגייענדע נויט פאר וואוקס אין עלעקטריע צושטעל. די אינסטאלירטע וועלט הידרא קאפאציטעט, כמעט 800,000 מעגאוואט לויט א 2009 שטודיע דורך נארוועגישע רינואַבאַל ענערגיע פארטנערס, איז נאר 10% פון די עקאנאמיש מעגלעכע און 6% פון די טעכניש מעגלעכע הידרא-עלטער. דער פאטענציאל צו ברענגען מער פון די טעכניש מעגלעכע הידרא אין די געביט פון עקאנאמיש מעגלעכע וואקסט מיט דער מעגלעכקייט פון קאמפאזיטע קאמפאנענטן צו צושטעלן עקאנאמיע פון ​​גרייס.

קאָמפּאָזיט קאָמפּאָנענט פּראָדוקציע
כדי צו פאבריצירן דעם פּענסטאָק עקאָנאָמיש און מיט קאָנסיסטענט הויך שטאַרקייט, איז די בעסטע מעטאָדע פֿילאַמענט ווינדן. א גרויסער מאַנדרעל ווערט איינגעוויקלט מיט פֿאַזער-ציִען וואָס זענען דורכגעפֿירט געוואָרן דורך אַ רעזין-וואַנע. די ציִען ווערן איינגעוויקלט אין רינג- און העליקאַלע מוסטערן צו שאַפֿן שטאַרקייט פֿאַר אינערלעכן דרוק, לענג-בייגן און האַנדלינג. די רעזולטאַטן-סעקציע אונטן ווייזט די קאָסטן און וואָג פּער פֿוס פֿאַר די צוויי פּענסטאָק גרייסן, באַזירט אויף אַ ציטאַט פֿון לאָקאַלע סאַפּלייערס. די ציטאַט האָט געוויזן אַז די דיזיין-גרעב איז געווען געטריבן דורך די אינסטאַלאַציע און האַנדלינג-פֿאָדערונגען, אַנשטאָט די רעלאַטיוו נידעריקע דרוק-לאַסט, און פֿאַר ביידע איז עס געווען 2.28 ס״מ.
צוויי פאבריקאציע מעטאדן זענען באטראכט געווארן פאר די וויקעט טויערן און סטיי וועינס; נאַסע לייַאַפּ און וואַקוום ינפיוזשאַן. נאַסע לייַאַפּ ניצט טרוקענע שטאָף, וואָס איז ימפּרעגנייטאַד דורך גיסן רעזין איבער די שטאָף און ניצן ראָולערז צו שטופּן די רעזין אין די שטאָף. דער פּראָצעס איז נישט אַזוי ריין ווי וואַקוום ינפיוזשאַן און טוט נישט שטענדיק פּראָדוצירן די מערסט אָפּטימיזעד סטרוקטור אין טערמינען פון פיברע-צו-רעזין פאַרהעלטעניש, אָבער עס נעמט ווייניקער צייט ווי דער וואַקוום ינפיוזשאַן פּראָצעס. וואַקוום ינפיוזשאַן לייגט אויף טרוקענע פיברע אין די ריכטיקע אָריענטיישאַנז, און די טרוקענע סטאַק איז דעמאָלט וואַקוום באַגד און עקסטרע פיטינגז זענען אַטאַטשט וואָס פירן צו אַ רעזין צושטעל, וואָס איז געצויגן אין די טייל ווען די וואַקוום איז געווענדט. די וואַקוום העלפּס האַלטן די סומע פון ​​רעזין אין אַן אָפּטימאַל מדרגה און ראַדוסאַז די מעלדונג פון וואַלאַטאַל אָרגאַניקס.
דער סקראל קעסטל וועט ניצן א האנט אויסלייג אין צוויי באזונדערע העלפטן אויף א זכר פורעם צו פארזיכערן א גלאט אינעווייניגסטע אויבערפלאך. די צוויי העלפטן וועלן דעמאלט ווערן צוזאמענגעבונדן מיט פיברע צוגעלייגט צו דער אויסערליכער זייט ביים פארבינדונג פונקט צו פארזיכערן גענוג שטארקייט. די דרוק לאסט אין דעם סקראל קעסטל פארלאנגט נישט קיין הויך-שטארקייט פארגעשריטענעם קאמפאזיט, ממילא וועט א נאסע אויסלייג פון פייבערגלאס שטאָף מיט אן עפאקסי רעזין זיין גענוג. די גרעב פון דעם סקראל קעסטל איז באזירט אויף דעם זעלבן דיזיין פאראמעטער ווי דער פען סטאק. די 250-קילאוואט איינהייט איז אן אקסיאלע פלוס מאשין, ממילא איז נישטא קיין סקראל קעסטל.

א טורבין לויפער קאמבינירט א קאמפליצירטע געאמעטריע מיט הויכע לאסט רעקווייערמענטס. לעצטע ארבעט האט געוויזן אז הויך-שטארקייט סטרוקטורעלע קאמפאנענטן קענען ווערן פאבריצירט פון א געהאקטע פרעפרעג SMC מיט אויסגעצייכנטע שטארקייט און שטייפקייט.5 דער סוספענשאַן אָרעם פון די לאַמבאָרגהיני גאַלאַרדאָ איז געווען דיזיינד מיט קייפל לייַערס פון א געהאקטע פרעפרעג SMC באקאנט אלס א געשמידטע קאמפאזיט, קאמפרעסיע געמאָלדן צו פּראָדוצירן די פארלאנגטע גרעב. דער זעלביקער מעטאָד קען ווערן געווענדט צו די פראַנסיס און פּראָפּעלער לויפער. דער פראַנסיס לויפער קען נישט ווערן געמאכט אלס איין איינהייט, ווייל די קאמפלעקסיטעט פון די בלייד אָוווערלאַפּ וואָלט פאַרהיטן דעם טייל פון ווערן עקסטראַקטעד פון די פורעם. אזוי, די לויפער בליידז, קרוין און באַנד זענען פאבריצירט סעפּעראַטלי און דאַן באַנדאַד צוזאַמען און ריינפאָרסט מיט באָלץ דורך די אַרויס פון די קרוין און באַנד.
כאָטש די דראַפט רער איז אַמ לייכטסטן פאַבריצירט מיט פֿילאַמענט ווינדינג, איז דער פּראָצעס נאָך נישט קאָמערציאַליזירט געוואָרן מיט נאַטירלעכע פֿאַזערס. דעריבער, איז אויסגעקליבן געוואָרן האַנט לייַאַפּ, ווײַל דאָס איז דער נאָרמאַלער מעטאָד פֿון פאַבריקאַציע, טראָץ די העכערע אַרבעט קאָסטן. מיט אַ זכר פורעם ענלעך צו אַ מאַנדרעל, קען דער לייַאַפּ פֿאַרענדיקט ווערן מיטן פורעם האָריזאָנטאַל און דערנאָך געדרײט ווערטיקאַל צו טרוקענען, פֿאַרמײַדנדיק זאַגונג אויף איין זײַט. די וואָג פֿון די קאָמפּאָזיט טיילן וועט אַ ביסל ווערייִרן לויט דער מאָס רעזין אין דעם פֿאַרטיקן טייל. די נומערן זענען באַזירט אויף 50% פֿאַזער וואָג.
די גאַנצע וואָג פֿאַר די שטאָל און קאָמפּאָזיט 2-MW טורבינע זענען 9,888 ק"ג און 7,016 ק"ג, ריספּעקטיוולי. די 250-kW שטאָל און קאָמפּאָזיט טורבינען זענען 3,734 ק"ג און 1,927 ק"ג, ריספּעקטיוולי. די סומעס נעמען אָן 20 וויקעט טויערן פֿאַר יעדער טורבינע און אַ פּענסטאָק לענג גלייך צו די קאָפּ פון די טורבינע. עס איז מסתּמא אַז די פּענסטאָק וואָלט זיין לענגער און דאַרפן פיטינגז, אָבער די נומער גיט אַ גרונט אָפּשאַצונג פון די וואָג פון די אַפּאַראַט און פֿאַרבונדענע פּעריפעראַלס. דער גענעראַטאָר, באָלץ און טויער אַקטואַטינג האַרדווער זענען נישט אַרייַנגערעכנט און ווערן אנגענומען צו זיין ענלעך צווישן די קאָמפּאָזיט און שטאָל אַפּאַראַטן. עס איז אויך ווערט צו באַמערקן אַז די לויפער רידיזיין פארלאנגט צו רעכענען פֿאַר דרוק קאָנצענטראַציעס געזען אין די FEA וואָלט לייגן וואָג צו די קאָמפּאָזיט אַפּאַראַטן, אָבער די סומע ווערט אנגענומען צו זיין מינימאַל, אויף די סדר פון 5 ק"ג צו פארשטארקן פונקטן מיט דרוק קאָנצענטראַציע.
מיט די געגעבענע געוויכטן, קען די 2-MW קאמפאזיט טורבין און איר פען-סטאק געהויבן ווערן דורך דעם שנעלן V-22 Osprey, משא"כ די שטאלענע מאשין וואלט געדארפט א שטייטערן, ווייניגער מאנעוורירבארן Chinook צווילינג-ראטאר העליקאפטער. אויך, קען די 2-MW קאמפאזיט טורבין און פען-סטאק געשלעפט ווערן דורך אן F-250 4×4, משא"כ די שטאלענע איינהייט וואלט געדארפט א גרעסערן טראק וואס וואלט געווען שווער צו מאנעוורירן אויף וואַלד וועגן אויב די אינסטאַלאַציע איז געווען ווייט.

מסקנות
עס איז מעגלעך צו קאנסטרואירן טורבינען פון קאמפאזיט מאטעריאלן, און א וואג רעדוקציע פון ​​50% ביז 70% איז געזען געווארן קאמפערד צו קאנווענציאנעלע שטאל קאמפאנענטן. די רעדוצירטע וואג קען ערלויבן קאמפאזיט טורבינען צו ווערן אינסטאלירט אין ווייטע לאקאציעס. דערצו, די צוזאמענשטעלונג פון די קאמפאזיט סטרוקטורן פארלאנגט נישט קיין שווייס עקוויפמענט. די קאמפאנענטן דארפן אויך ווייניגער טיילן צו ווערן צוזאמענגעבונדן, ווייל יעדעס שטיקל קען געמאכט ווערן אין איין אדער צוויי סעקציעס. ביי די קליינע פראדוקציע סעריעס וואס זענען מאדעלירט געווארן אין דעם שטודיע, דאמינירן די קאסטן פון די פורמען און אנדערע געצייג די קאמפאנענט קאסטן.
די קליינע סעריעס וואָס ווערן דאָ אָנגעצייכנט ווײַזן וויפֿל עס וואָלט געקאָסט צו אָנהייבן ווײַטערדיקע פֿאָרשונג וועגן די מאַטעריאַלן. די פֿאָרשונג קען זיך באַשעפֿטיקן מיט קאַוויטאַציע-עראָזיע און UV-שוץ פֿון די קאָמפּאָנענטן נאָך דער אינסטאַלאַציע. עס איז מעגלעך צו נוצן עלאַסטאָמער אָדער קעראַמישע באַדעקונגען צו רעדוצירן קאַוויטאַציע אָדער זיכער מאַכן אַז די טורבינע לויפֿט אין די פֿלוס- און קאָפּ-רעזשימען וואָס פֿאַרהיטן קאַוויטאַציע פֿון פּאַסירן. עס וועט זײַן וויכטיק צו טעסטן און סאָלווען די און אַנדערע פּראָבלעמען צו זיכער מאַכן אַז די אַפּאַראַטן קענען דערגרייכן ענלעכע פֿאַרלעסלעכקייט ווי שטאָל-טורבינען, ספּעציעל אויב זיי וועלן אינסטאַלירט ווערן אין געביטן וווּ וישאַלט וועט זײַן זעלטן.
אפילו ביי די קליינע סעריעס, קענען געוויסע קאמפאזיט קאמפאנענטן זיין קאסטן-עפעקטיוו צוליב די פארקלענערטע ארבעט וואס איז נויטיג פאר פאבריקאציע. למשל, א סקראל קעסטל פאר די 2-MW פרענסיס איינהייט וואלט געקאסט $80,000 צו ווערן געשוועיסט פון שטאל קעגן $25,000 פאר קאמפאזיט פאבריקאציע. אבער, אויב מיר נעמען אן א געלונגענעם דיזיין פון טורבין לויפער, איז די קאסט פארן מאלדן די קאמפאזיט לויפער מער ווי עקוויוואלענטע שטאל קאמפאנענטן. דער 2-MW לויפער וואלט געקאסט בערך $23,000 צו פאבריצירן פון שטאל, קעגן $27,000 פון קאמפאזיט. די קאסטן קענען זיין אנדערש לויט מאשין. און די קאסט פאר קאמפאזיט קאמפאנענטן וואלט געפאלן באדייטנד ביי העכערע פראדוקציע סעריעס אויב די מאלדן קענען ווערן ווידערגענוצט.
פארשער האבן שוין אויסגעפארשט די קאנסטרוקציע פון ​​טורבין לויפער פון קאמפאזיט מאטעריאלן.8 אבער, די שטודיע האט נישט באהאנדלט קאוויטאציע עראזיע און די מעגלעכקייט פון קאנסטרוקציע. דער נעקסטער שריט פאר קאמפאזיט טורבינעס איז צו דיזיינען און בויען א מאסשטאב מאדעל וואס וועט ערלויבן א באווייז פון מעגלעכקייט און עקאנאמיע פון ​​פאבריקאציע. די איינהייט קען דעמאלט ווערן געטעסט צו באשטימען עפעקטיווקייט און אנווענדבארקייט, ווי אויך מעטאדן פארן פארמיידן איבעריגע קאוויטאציע עראזיע.