אתגרים שטופלו על ידי Wind Turbine Blades

להבים טורבינות הרוח הם בין הרכיבים הלחצים ביותר במערכת אנרגיה מתחדשת.הפעלה ברציפות במשך עשרות שנים בסביבה ללא רחמים, הם חייבים לשמור על יעילות אווירודינמית ושלמות מבנית למרות חשיפה חסרת רחמים למגוון של גורמים אגרסיביים.

ראשי > Edge Erosion

הצורה הנפוצה ביותר ויקרה של נזק להב היא שחיקה של קצה המוביל. טיפות גשם במהירות גבוהה, ברד, חול ואפילו חלקיקים אבק אווירי להשפיע על פני הלהב במהירויות מעל 80 מ ' /s. עם הזמן זה שוחק את צבע המגן ואת הליטוף הבסיסית, חשיפת הזכוכית או חיזוק פחמן.

קרינה אולטרה סגול

חשיפה ממושכת לקרינת UV מדגמת את המטבוליות הפולימרים המשמשים בלהב מורכב.קרינת UV גורמת לסדקים על פני השטח, chalking, ואובדן של מבריק. אלה micro-cracks ליצור נקודות כניסה עבור לחות להאיץ עייפות.בטווח גבוה או מתקני מדבר, אינטנסיביות UV היא חמורה במיוחד ויכולה לקצר באופן משמעותי את חיי ציפויים לא מוגנים.

תמימות ו Humidity

הבליטות אינן חתומות באופן דרמטי, ולחות יכולות לפרוץ דרך פגמים על פני השטח, חורים ברצועה או במפרקים פורצים דרך שבילים.פעם בפנים, מים יכולים להקפיא, להתרחב, לגרום לדיכאון או לפצח ממטריקס.במתקנים החוף או בחופים, לחות מלוחים-לאדן מאיצה באופן משמעותי את קורוזיציה של רכיבים מתכתיים פנימיים כגון מעצרים ברקים ומבניים.

טמפרטורה

להבים טורבינות הרוח חווים תנודות טמפרטורה אחידות עונתיות שיכולים לעלות על 80 מעלות צלזיוס בחלק מהאקלים.הטעות בהתפשטות תרמית coefficients בין תת-קרקעי מורכב וכל ציפוי יישומי יכול לגרום ללחץ בין-גזעי. חזור על אופניים תרמיים מוביל micro-cracking, ציפוי דלמנטום, ובסופו של דבר לפני כשלון של מערכת ההגנה.

קרח

באזורים קרים-קלידים, ייבוש אטמוספרי על להבים הוא נושא בטיחותי וביצועים קריטי.האצת קרח משתנה בצורת אוויר-אוויר, צמצום דרמטי של המעלית והעלייה בגרור; אובדן הייצור של 20-50% נפוצים במהלך האירועים היצים. שפך קרח יכול גם לגרום לחוסר איזון מסוכן ונזק לרכיבי טורבינות או להוות סיכונים לאנשי צוות ונכסים אנטי-אנטי-קונבנציונאליים כגון חימום או מגמות אטרקטיביות -

ברק ו-EMI

טורבינות הרוח הן בין המבנים הגבוהים ביותר בנוף הפתוח, מה שהופך אותם ליעדים ברקים תכופים.התקפות ישירות יכולות לטיהור פגזי להב, מוליכים פנימיים חמים בתוך חומר נפץ, ולגרום לכישלון קטסטרופלי. בעוד מערכות הגנה ברק הן חובה, ציפויים על פני השטח שיכולים לבצע או להשבית מטען מבלי להתפשר על ביצועים אווירודינמיקה או נגד קורוזיה הם חשובים יותר ויותר.

פתרונות הנדסה Surface Engineering Solutions

הנדסה חיצונית עבור להבים טורבינות רוח התפתחה ממערכות צבע פשוטות לאדריכלות רב-שכבות מתוחכמת המשלבת התנגדות לשחיקה, יציבות UV, הידרופובית ואפילו פונקציונליות חשמלית.המטרה היא ליצור "עור שני" עמיד משמר את פרופיל האווירודינמיקה ומגן על המבני עבור חיי העיצוב המלא של טורבינה 20-25 שנה.

קידודים מוגנים מתקדמים

ציפוי להב מודרני כבר לא רק צבע.הם מערכות מונדס, לעתים קרובות מורכב של פריים, עניבה-קואט, טופקט של UV, ולפעמים שכבת חיצוני נוספת של שחיקה.

  • (FLT:0) ציפויים מבוססי פוליאורטן מציעים יציבות UV מעולה, גמישות, והתנגדות בטן. שתי מערכות פוליאורות בחסות משתמשים נרחב על משטחים להב כי הם יכולים לסבול מזג אוויר קיצוני תוך שמירה על צבע וברק.
  • (FLT:0) ציפויים המבוססים על פיץ' 1 (FLT:1) מספקים מתחודד בולט והתנגדות כימית.הם משמשים לעתים קרובות כראשים מכיוון שהם מתחברים באופן חד פעמי למצע המורכב.Eoxy Topcoats, עם זאת, נוטים להיות יותר מגלואורתנים ועלולים לפצח תחת עומסים גמישים.
  • (FLT:0) ציפויים מבוססי-סולק 1 מציעים יתרונות ייחודיים עבור אנטי-שינג ואנטי-השמדה. אנרגיית פני השטח הנמוכה שלהם מקשה על קרח לאיגרות חוב, והם גם מתנגדים לדבקות של אבק, אבק, אבקה, וחרקים של פסולת הוא חיוני כי זיהום על קצה מוביל יכול לגרום לשחיקה מוקדמת יותר ויותר, אם כי לעתים קרובות דורש משקעים מוקדמים יותר ויותר, אם כי הם דורשים טמפרטורות קרות, לעתים קרובות יותר ויותר.
  • (FLT:0)Nanocomposite ו- קרמיקה מלא ציפויים של קרמיקה (FLT) 1 משלב חלקיקים בגודל ננו-scale של סיליקה, או titania כדי לשפר באופן דרמטי את ההתנגדות לגרד ולשטף.החלקיקים מחזקים את הממטריקס פולימרי ויוצרים נתיב קדחתני לקרינת UV, שיפור עמידות עמידות.

ראשי תיבות של:Edge Protection Tapes and Shields

(בתנאי השחיקה החמורים ביותר, הציפויים לבדם אינם מספיקים.ההגנה המרשימה (LEP) – עשויים מתרמופלסטיקה כמו פוליאורטן או אלסטומרס תרמופלסטיים – נשמרים ב-10-20% הראשונים של ה-Chord.הם מספקים מגן מחוספס, גבוה מאוד, גבוה מאוד, ל- LEPs מודרניים, הם מונדסים ל-Ubers, למשך חמש שנים, אשר ניתן להחליף אותם כ-F3, ללא צורך להחליף אותם כ-F.

טכניקות הרדיפות

במקום להוסיף ציפוי עבה, משטח קשיח משנה את הלהב מתכווץ עצמו כדי לשפר את ההתנגדות לשחיקה.טכניקות אלה פחות נפוצות להבים מורכבים גדולים אבל הם צוברים עניין:

  • (FLT:0) טיפול פני השטח של ה-FLT:1 משתמש קרן לייזר ממוקדת היטב כדי להמיס באופן סלקטיבי ולפתור מחדש את שכבת השטח של המסובייקט.זה יכול לחדד את פני השטח, מיקרו-פוחיות קרובות, ולהגביר את הקשידות ללא השפעה על התכונות הגדולות.
  • (FLT:0)Plasma ריסוסינג FLT:1 כרוך הזרקת אבקות קרמיקה או מתכתי לתוך מטוס פלזמה עתירי זמן גבוה, אשר נמס ומזרז את החלקיקים על פני פני השטח הלהב.הציפוי המתקבל יכול להיות מאוד בולט לביש.
  • (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

קרח-פובי וקרח-Release Surfaces

השקעת להבים היא אתגר גדול כי הנדסה על פני השטח יכול לטפל. שתי אסטרטגיות קיימות: נגד icing (הקרח מראש מיצירת) ו de-icing (קרח לאחר שהוא צורות) פתרונות נוכחיים טיפוסיים כוללים אלמנטים חימום התנגדות מוטבע בלהב, שהם רגיש באנרגיה ו נוטה להיכשל.

  • (FLT:0) ציפויי הידרופוביים היעילים ביותר דורשים שילוב של אנרגיה על פני השטח נמוכה (silicones, fluoropolymers) ומיקרו-או nano-scale מרקם כי מלכודות אוויר ומצמצם את אזור מגע.
  • (FLT:0) פני השטח הפוביים של איצ'יבן 1 (FLT:1) הולכים קדימה על ידי צמצום כוח הדבקות של כל קרח שעושה צורה.אם קרח אכן מאיץ, כוח צנטריפוג יכול בקלות רבה יותר לשפוך אותו. "הגביע הקדוש" הוא ציפוי עם כוח דבקות קרח מתמשך מתחת 20 kPa, אשר מחקרים מציעים לאפשר לשפוך פסיבי תחת מהירויות נוקשות.
  • (FLT:0) משטחים סופר-hydrophobics 1 (למשל, ציפויים בהשראת לוט-ש) יש זוויות מגע מעל 150 מעלות.הם יכולים להפחית באופן דרמטי את שימור המים ועיכוב חנקות קרח.עם זאת, עמידותם מוגבלת; ה-micro-structing הוא מועתק במהירות בתנאי גשם אמיתיים.

ברק ברק סטרייקט הגנה

הבליטות בדרך כלל מוגנים על ידי מולטי נחושת או אלומיניום משובצים בזרע.בזמן, גיל ולחות יכולים לקרוע את המוליכים האלה. ציפויים מוליכים - לעתים קרובות על בסיס צינורות פחמן, גרפן או חלקיקים כסף - מול כביש גיבוי או חלופי. הם יכולים להיות מיושם כמו שכבת צבע המספקת גם עמידות.

היתרונות של הנדסה משטח

אימוץ פתרונות הנדסיים מתקדמים של פני השטח מניב יתרונות משמעותיים, ניתנים לכמת בכל מחזור החיים המלא של טורבינת רוח.

חיים ארוכים בלידת

מערכת משטח מעובדת היטב יכולה להרחיב את מרווח השירות בין תיקונים גדולים בין 3-5 שנים ל 7-10 שנים, להגדיל ישירות את שעות התפעוליות של טורבינה ותפוקה אנרגיה על חיי העיצוב שלה.המטרה בתעשייה היא להשיג הישרדות של 20 שנים עם רק מגע קטן עד 7-10 שנים של הגנה חדשנית על פני השטח מ-FLT:0DNVFLT:1 מחקרים מראים כי ריבוי רב-שכבות מודרני יכול להפחית את שיעור הציפוי של 5 גורמים קונבנציונליים לעומת 5.

עלויות תחזוקה מופחתות

תיקונים ב Blade יקרים: רוטטור אחד יכול לעלות 100,000 $ - 400,000 $ לתיקון, ואת טורבינות הוא לעתים קרובות סגור במשך ימים. הנדסת פני השטח המונע נזק להפחית את תדירות וחומרת תיקונים. עבור חווה רוח גדולה בחוות רוח offshore, החיסכון מתחזוקה מופחתת יכול לכלול מיליוני דולרים על פני חיי הנכס.

אנרגיה משופרת

שמירה על משטח אווירודינמיקה נקי, חלק מגביר באופן ישיר את ייצור האנרגיה השנתי (AEP) מחקרים מראים כי משטח להב priseine יכול להגדיל את AEP ב 3-10% בהשוואה להב עם שחיקה מתקדמת בינונית. מעל 20 שנים חיים, שיפור של 5% ב- AEP לבדו יכול לעלות על עלות מערכת ההנדס בתוך השנים הראשונות.

עמידות סביבתית מוגברת

הנדסה פני השטח מאפשרת טורבינות להיות ממוקם בסביבה מאתגרת יותר - אזורי מלח יבשים, מדבר חם, הרים קרים - ללא להקריב אמינות.זה מרחיב את הפוטנציאל של התרחבות אנרגיית רוח.לדוגמה, ציפויים דמויי קרח מאפשרים הפעלה במקומות שנחשבו בעבר לא כלכלי בשל הפסדים.

תרומה לקיימות

על ידי הרחבת חיי הלהב וצמצום הצורך בתיקוןים וחליפים, הנדסה על פני השטח מפחיתה באופן ישיר פסולת חומרית ואת טביעת הרגל פחמן של אנרגיית הרוח. Blades אינם ניתנים כיום למיחזור בקנה מידה, כך להרחיב את תוחלת החיים שלהם היא אחת הדרכים היעילות ביותר לשיפור האיזון הסביבתי של הרוח.

שילוב עם Inspection and Monitoring

הנדסה פני השטח אינה פתרון "התחל-and-forget" (הגדלה) כדי למקסם את היתרון, מערכות ניטור מצב יש להשתמש בו טנדם עם משטחים מגן. ד"ר חד ויזואליים ומדורגים, חיישני פליטה אקוסטיים, ואפילו בנוי-ב סיבים אופטיים יכולים לזהות סימנים מוקדמים של שחיקה או ציפוי אקטיבי. כאשר ציפוי מתחיל להראות כשל מקומי, זה יכול להיות ממוקם לפני שבסיסו הוא חשוף גישה יעילה יותר מאשר מעקב אחר שטח.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

מחקר בהנדסה על פני השטח עבור להבים טורבינות רוח ממשיך להאיץ.כמה מגמות בולטות כוללות:

  • (FLT:0) ציפוי ההפלה של ההרחבה 1 (FLT:0) המכילה מיקרו-capsulesules של סוכן ריפוי נוזלי.כאשר סדקים, הקפסולות מתנדנדות והסוכן זורם לתוך הפער, פולימרים, ומשחזר תכונות מחסום.טיפוס מסחרי מוקדם קיים עבור יישומי רכב, והסתגלות עבור להבים רוח היא תחת הדרך.
  • (FLT:0) משטחים ביומטיים יכולים להפחית את הגרור הארודינמי על ידי עור כריש (riblets) או עלים עתיריים (Ribletמשטחs) יכול להפחית את גרר האווירודינמיקה ב-5 עד 10%, שיפור נוסף של AEP.שלב ירידה בהתנגדות לשחיקה הוא אזור מחקר פעיל.
  • (FLT:0) מתקדם מודלים ו- AIFLT:1eur) כדי לחזות את שיעורי השחיקה על בסיס נתונים סביבתיים (התחילה, מהירות רוח, טמפרטורה) זה מאפשר סימולציות "תאומות דיגיטלית" הממליצות מתי ליישם ציפויים ומתי לקבוע בדיקות.
  • (FLT:0) ציפויים בלתי אפשריים של FLT:1 אשר מחליפים פולימרים מבוססי פטרוכימי עם חלופות מבוססות ביולוגית (למשל, פוליולים מ soybeans, epoxies מ lignin). תוצאות מוקדמות להראות ביצועים דומים עם טביעת רגל פחמן נמוכה יותר.

תוכנית שיתוף הפעולה של הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה Wind Technology זיהתה את הנדסה פני השטח כנושא רב-פריטי עבור ירידה בעלויות ברוח offshore.המשך ההשקעה ב R&D יהיה קריטי להשגת הדור הבא של עמידות להב.

מסקנה

להבים טורבינות רוח פועלים בתנאים קיצוניים הדורשים הגנה מתוחכמת על פתרונות הנדסת פני השטח - החל מציפוי רב-שכבות מתקדמות וטייפים מובילים אל פני השטח הפוביים והשכבות המוליכים להגנה על הברק - מעבר לדרך מוכחת להרחבת תוחלת החיים של להב, צמצום עלויות תחזוקה, ולהגדיל את ייצור האנרגיה.