كيفية صنع شفرات توربينات الرياح الكبيرة؟

تُعدّ صناعة شفرات توربينات الرياح الكبيرة عملية دقيقة للغاية وتعتمد على تقنيات متطورة، وتُستخدم فيها بشكل أساسي مواد مركبة مثل البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية (GFRP) أو البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP)، وتُنتج بتقنية التشكيل بالقوالب. فيما يلي الخطوات الرئيسية للإنتاج والنقاط التقنية الأساسية:

1. تصميم وإعداد القالب

التصميم الهوائي والهيكلي: بناءً على متطلبات كفاءة تحويل طاقة الرياح، وقوة الحمل، والتحكم في الضوضاء، وما إلى ذلك، يتم استخدام برامج CAD/CAE لنمذجة الشفرات ثلاثية الأبعاد والمحاكاة الميكانيكية.

تصنيع القوالب: تُقسّم الشفرات عادةً إلى نصفين علوي وسفلي، يُصنع كل منهما على حدة. تُصنع القوالب عادةً من الفولاذ أو المواد المركبة، وتتطلب أسطحها صقلًا عالي الدقة وطلاءً بمواد مانعة للالتصاق لضمان نعومة أسطح الشفرات (تقليل مقاومة الرياح).

2. تحضير المواد

المواد الرئيسية:

مواد التقوية: قماش الألياف الزجاجية (شائع الاستخدام)، قماش ألياف الكربون (يستخدم للشفرات الطويلة جدًا لتقليل الوزن).

المادة الأساسية: راتنج الإيبوكسي أو راتنج البوليستر (يتميز راتنج الإيبوكسي بأداء أفضل ويستخدم في الشفرات الكبيرة).

المادة الأساسية: خشب البلسا أو رغوة PVC، والتي تستخدم لملء الجزء الداخلي من الشفرة لتشكيل "هيكل ساندويتش" لتحسين الصلابة وتقليل الوزن.

المكونات الهيكلية: غلاف مسمار مدمج في جذر الشفرة (محور التوصيل)، وعوارض القص الأمامية والخلفية، إلخ.

3. التطبق والحقن بالتفريغ

هذه هي العملية الأساسية لتشكيل الشفرات، والتي تستخدم عادةً تقنية حقن الراتنج بمساعدة الفراغ (VARI):

عملية التشكيل: يتم وضع قماش الألياف، والمواد الأساسية، والمكونات الهيكلية طبقة تلو الأخرى في القالب. يتطلب تصميم الطبقات تعديل اتجاه الألياف وسماكتها وفقًا لحالة الإجهاد في أجزاء الشفرة المختلفة.

الإغلاق والتفريغ: قم بتغطية الطبقة بغشاء تفريغ الهواء وأغلقها، ثم قم بتفريغ الهواء، واترك الراتنج يتغلغل بشكل موحد في الألياف تحت ضغط سلبي.

حقن الراتنج: يتم حقن الراتنج المختلط في القالب من خلال أنبوب ويتم ترشيح جميع طبقات الألياف تحت الفراغ.

المعالجة: قم بتسخين القالب (عادةً من 50 درجة مئوية إلى 80 درجة مئوية) لمعالجة الراتنج، مما يؤدي إلى تشكيل غلاف مركب عالي القوة.

4. إغلاق القالب وربطه

إخراج القالب: قم بإزالة نصفي القالب العلوي والسفلي بعد التصلب.

المادة اللاصقة: قم بمحاذاة الغلافين العلوي والسفلي واستخدم مادة لاصقة هيكلية (عادةً ما تكون مادة لاصقة إيبوكسية) لربطهما معًا. في الوقت نفسه، قم بربط لوحة الشبكة من الداخل (لتقوية الهيكل).

معالجة الجذور: تقوية منطقة جذر الشفرة التي تربط المحور (مثل زيادة سمك الطبقة أو البطانة المعدنية).

5. المعالجة اللاحقة والاختبار

التشذيب: قص المواد الزائدة عند الحواف وقم بتلميع السطح.

الطلاء: طلاء واقٍ بالرش (مضاد للأشعة فوق البنفسجية، مضاد للجليد، مضاد للتآكل) ولون الشعار.

اختبار التوازن: تحقق من مركز الثقل وتوزيع الوزن للشفرات لضمان التوازن الديناميكي.

الاختبار غير المدمر: استخدام الموجات فوق الصوتية أو الأشعة السينية لفحص العيوب الداخلية (مثل الفقاعات، والانفصال الطبقي).

اختبار الحمل الساكن واختبار الإجهاد (أخذ العينات): محاكاة أحمال الرياح الشديدة للاختبار الميكانيكي لضمان عمر التصميم (عادة 20-30 سنة).

6. اتجاهات التطور التكنولوجي

التصنيع الذكي: روبوت آلي لوضع الطبقات، ونظام مراقبة التسريب في الوقت الحقيقي.

ابتكار المواد: تطبيق ألياف الكربون الهجينة، والراتنج القابل لإعادة التدوير (مثل المواد المركبة الحرارية البلاستيكية).

تصميم معياري: تسهل الشفرات المجزأة عملية النقل والتركيب

إعادة تدوير الشفرات المستعملة: تطوير تقنيات إعادة التدوير الخضراء مثل التحلل الحراري والتكسير الميكانيكي لإعادة الاستخدام.

التحديات الرئيسية

القيود واسعة النطاق: تجاوز طول الشفرة 100 متر (بالنسبة لتوربينات الرياح البحرية)، مما يواجه تحديات في النقل وحجم القالب والصلابة الهيكلية.

مراقبة الجودة: قد تؤدي العيوب الطفيفة إلى فشل الإجهاد، ويلزم مراقبة صارمة لتناسق العملية.

التحكم في التكاليف: تمثل تكاليف المواد والعمليات نسبة عالية نسبياً من التكلفة الإجمالية للمروحة، ويجب تحسين كفاءة الإنتاج.

من خلال عمليات التصنيع الدقيقة المذكورة آنفاً، تحقق شفرات توربينات الرياح الحديثة توازناً بين القوة العالية، وخفة الوزن، وطول العمر الافتراضي، لتصبح بذلك أحد المكونات الأساسية لتكنولوجيا طاقة الرياح.