Aliuminio vėjo turbinose dažniausiai yra ne-konstrukcinėse ir antrinėse-konstrukcinėse mašinos dalyse: stogo ir gaubtų plokštėse, rėmo išspaudose, generatoriaus ir pavarų dėžės korpusuose, šilumokaičių rėmuose, kabelių lovelėse, kopėčiose ir platformų grotelėse, šynose ir kabeliuose bei žaibo apsaugos kelio dalyse. Priežastis – masė. Kiekvienas galvoje sutaupytas kilogramas sumažina bokšto-galvos apkrovą, o tai sumažina bokšto masę ir pamatų sąnaudas, o taupymas kartojasi kiekvienu apkrovos atveju projektiniame voke.
Kur naudojamas kiekvienas aliuminio lydinys
| Komponentas | Tipiškas lydinys ir temperamentas | Produkto forma | Pasirinkimo priežastis |
|---|---|---|---|
| Nacelle baldakimas ir gaubtinės plokštės | EN AW-5754 H22 arba 5052 H32 | Lakštas ir ritė | Jūrinės-klasės atsparumas korozijai, formavimas, suvirinamumas |
| Vidinis rėmas ir atraminiai išspaudimai | EN AW-6082 T6, 6063 T6 | Išspaustas profilis | Didžiausias 6xxx ekstruzijos stiprumas, geras išspaudimas, suvirinti rėmai |
| Generatoriaus, keitiklio ir pavarų dėžės korpusai | 6xxx kaltinės ir liejamos rūšys | Plokštelė, ekstruzija, liejimas | Masės sumažinimas ir didelis šilumos laidumas, kad būtų atmesta šiluma |
| Kabelių loveliai, kopėčios ir grotos | 6063 T6, 3003 ir 5052 lapą | Ekstruzija ir lakštas | Lengvas, atsparus korozijai, ne{0}}magnetinis |
| Šynos ir maitinimo kabelis | 1050A, 1350 | Strypas ir suvytas laidininkas | Elektros laidumas apie 61 % IACS 1350 |
| Apsaugos nuo žaibo laidininkai ir receptoriai | 1050, 6061 | Strypas, lakštas, ekstruzija | Laidumas, atsparumas viršįtampių erozijai |
Ekstruzijos mechaninių savybių reikalavimai nurodyti EN 755-2 arba ASTM B221, lakštų ir plokščių – EN 485-2 arba ASTM B209, o cheminė sudėtis – EN 573-3. Klasės pasirinkimas paprastai prasideda nuo korozijos aplinkos, nes atviroje jūroje ir pakrantėje naudojami 5xxx lakštų lydiniai, net jei 6xxx lydinys būtų stipresnis.
Kaip keičiasi masė ir standumas
Plieno pakeitimas aliuminiu automatiškai nesutaupo svorio, nes dizainą dažniausiai lemia standumas, o ne stiprumas. Aliuminio modulis yra apie 70 GPa, palyginti su 210 GPa plieno, santykis yra trečdalis. Kad atitiktų plieninės plokštės lenkimo standumą, aliuminio plokštė turi būti apie 1,44 karto storesnė, nes standumas didėja didėjant storio kubui ir tik tiesiškai su moduliu. Esant vienodam standumui, aliuminis sveria maždaug 0,95 plieno plokštės. Tikrasis pranašumas atsiranda ten, kur veikia stiprumas, atsparumas korozijai arba valdymo svoris: 6082 T6 stiprumo{8}}laikiklis sveria maždaug trečdalį plieno ekvivalento, o 5754 pakrantės stogelio skydui visiškai nereikia jokios apsauginės dangos, kitaip nei dažytam ar cinkuotam plienui. Atviroje jūroje veikiančioms mašinoms dangos priežiūros atsisakymas dažnai yra vertingesnis nei tiesioginis masės taupymas.
Aliuminio turbinų konstrukcijose projektavimo taisyklės
Konstrukcijų projektavimas atitinka EN 1999-1-1, aliuminio konstrukcijų Eurokodą. Nuovargis vertinamas pagal EN 1999-1-3, kuris priskiria detalių kategorijas suvirintoms ir varžtinėms jungtims, o pati turbina suprojektuota pagal IEC 61400-1 projektavimo reikalavimus, o apsaugai nuo žaibo taikomas IEC 61400-24. Taikomos keturios praktinės taisyklės.
Pirmiausia valdo nukrypimas. Pasirinkite standumą, tada patikrinkite įtampą.
Suvirinimo siūlės kainuoja nuovargio stiprumą. Suvirintos aliuminio detalės nuovargio klasė yra daug žemesnė nei pirminio metalo, o 6xxx lydiniuose karščio paveikta zona praranda didelę T6 stiprumo dalį, todėl projektavimo leistinos vertės ten paprastai vertinamos maždaug per pusę pradinės vertės.
Laikykite aliuminį toliau nuo vario ir izoliuokite jį nuo plieno. Aliuminis galvaninėje serijoje yra anodinis, todėl šlapia jungtis su plienu arba nerūdijančiu plienu koncentruojasi ant aliuminio. Naudokite izoliuojančias poveržles, padengtas tvirtinimo detales ir sandariklį ir visiškai venkite varinių{2}}guolių komponentų.
Neleiskite kišenių, kuriose yra vanduo ar druska. Drenažo ir vėdinimo detalės labiau nulemia stogo plokštės tarnavimo laiką nei lydinio klasė.
Dažnai užduodami klausimai
Q:Kodėl aliuminis naudojamas vėjo turbinų naceliuose?
A: Norėdami sumažinti bokšto-galvos masę. Mažesnė gondolos masė reiškia mažesnę bokšto apkrovą, lengvesnį bokštą ir mažesnį pamatą, taip pat pašalina išorinių plokščių korozinės dangos poreikį.
Q:Ar vėjo jėgainių bokštai pagaminti iš aliuminio?
A: Ne. Bokštai yra plieniniai arba betoniniai, nes standumas ir standumo vieneto kaina yra palankesni plienui tokiu mastu. Aliuminis naudojamas antrinei konstrukcijai, korpusams ir elektriniams komponentams gaminti.
Q:Kokie aliuminio lydiniai naudojami vėjo turbinose?
A: EN AW-5754 ir 5052 lakštai, skirti skydams, veikiamiems oro sąlygų, EN AW-6063 ir 6082 ekstruzijos rėmams ir padėklams, 6061 apdirbtoms dalims ir 1050A arba 1350 laidams ir šynoms.
Q:Kaip jūroje veikiančiose turbinose kontroliuojama korozija?
A: Pirmas žingsnis yra pasirinkimas, nes 5xxx lakštų lydiniai be dangos atsparūs sūriam vandeniui. Jungtys izoliuojamos, kad būtų išvengta galvaninio poveikio, o kai lauke naudojama 6xxx ekstruzija, ji anoduojama pagal ISO 7599 arba dažoma, o vėliau patikrinama druskos purškimo bandymu pagal ASTM B117.
Q:Kaip valdomas aliuminio turbinų komponentų nuovargis?
A: Su detalių kategorijomis pagal EN 1999-1-3 ir apkrovos spektru pagal IEC 61400-1, kurios kartu apibrėžia projektinį tarnavimo laiką. Suvirintos jungtys ir karščio paveikta zona yra kritinės vietos, o norint jų išvengti, dažnai pasirenkamos varžtinės arba lipnios jungtys.
Q:Ar turbinų komponentuose naudojamas perdirbtas aliuminis?
A: Taip. Antriniam aliuminiui reikia tik nedidelės energijos dalies, reikalingos pirminiam metalui išlydyti, ir jis vis dažniau taikomas ne-kritiniams korpusams ir padėklams.
