چگونه پرههای بزرگ توربین بادی بسازیم؟
ساخت پرههای بزرگ توربین بادی یک فرآیند بسیار دقیق و نیازمند فناوری پیشرفته است که عمدتاً از مواد کامپوزیتی مانند پلاستیک تقویتشده با الیاف شیشه (GFRP) یا پلاستیک تقویتشده با الیاف کربن (CFRP) استفاده میکند و از طریق فناوری قالبگیری تولید میشود. مراحل اصلی تولید و نکات فنی کلیدی در ادامه آمده است:
۱. طراحی و آمادهسازی قالب
طراحی پنوماتیک و سازه: بر اساس الزامات راندمان تبدیل انرژی باد، مقاومت بار، کنترل نویز و غیره، از نرمافزار CAD/CAE برای مدلسازی سهبعدی پره و شبیهسازی مکانیکی استفاده میشود.
ساخت قالب: تیغهها معمولاً به دو نیمپوسته بالایی و پایینی تقسیم میشوند که جداگانه ساخته میشوند. قالبها معمولاً از جنس فولاد یا مواد کامپوزیتی هستند و سطوح آنها نیاز به پرداخت دقیق و پوشش با مواد جداکننده دارد تا سطوح صاف تیغه تضمین شود (کاهش مقاومت در برابر باد).
۲. آمادهسازی مواد
مواد اصلی:
مواد تقویتکننده: پارچه الیاف شیشه (معمولاً استفاده میشود)، پارچه الیاف کربن (برای تیغههای بسیار بلند جهت کاهش وزن استفاده میشود).
جنس پایه: رزین اپوکسی یا رزین پلیاستر (رزین اپوکسی عملکرد بهتری دارد و برای تیغههای بزرگ استفاده میشود).
جنس هسته: بالسا یا فوم پیویسی، که برای پر کردن داخل تیغه استفاده میشود تا یک "ساختار ساندویچی" تشکیل دهد و سفتی را بهبود بخشد و وزن را کاهش دهد.
اجزای سازهای: غلاف پیچ تعبیهشده در ریشه پره (توپی اتصال)، تیرهای برشی لبه جلو و عقب و غیره
۳. لایه بندی و تزریق در خلاء
این فرآیند اصلی شکلدهی تیغه است که معمولاً با استفاده از فناوری تزریق رزین به کمک خلاء (VARI) انجام میشود:
چیدمان: پارچه الیاف، مواد هسته و اجزای سازهای را لایه به لایه در قالب قرار دهید. طراحی لایه باید جهت و ضخامت الیاف را با توجه به وضعیت تنش قسمتهای مختلف تیغه تنظیم کند.
آببندی و جاروبرقی: لایه را با یک فیلم خلاء بپوشانید و آن را آببندی کنید، برای خارج کردن هوا، آن را تخلیه کنید و اجازه دهید رزین تحت فشار منفی به طور یکنواخت در الیاف نفوذ کند.
تزریق رزین: رزین مخلوط را از طریق خط لوله به داخل قالب تزریق کنید و تحت خلاء، رزین را به تمام لایههای الیاف نفوذ دهید.
پخت: قالب را گرم کنید (معمولاً 50 تا 80 درجه سانتیگراد) تا رزین پخت شود و یک پوسته کامپوزیتی با استحکام بالا تشکیل شود.
۴. بستن و اتصال قالب
خارج کردن از قالب: پس از انجماد، پوستههای نیمه بالایی و پایینی را از قالب جدا کنید.
چسب: پوستههای بالایی و پایینی را تراز کنید و از چسب ساختاری (معمولاً چسب اپوکسی) برای چسباندن آنها به یکدیگر استفاده کنید. همزمان، صفحه وب را به صورت داخلی بچسبانید (برای تقویت سازه).
درمان ریشه: ناحیه ریشه تیغه متصل کننده توپی را تقویت کنید (مانند ضخیم کردن لایه یا پوشش فلزی).
۵. پردازش و آزمایش پس از تولید
برش: مواد اضافی را از لبهها ببرید و سطح را صیقل دهید.
پوشش: پوشش محافظ اسپری (ضد اشعه ماوراء بنفش، ضد یخ، ضد خوردگی) و رنگ لوگو.
تست تعادل: مرکز ثقل و توزیع وزن پرهها را بررسی کنید تا از تعادل دینامیکی اطمینان حاصل شود.
آزمایش غیر مخرب: استفاده از اولتراسونیک یا اشعه ایکس برای بررسی عیوب داخلی (مانند حباب، لایه لایه شدن).
آزمایش بار استاتیک و خستگی (نمونهبرداری): شبیهسازی بارهای باد شدید برای آزمایش مکانیکی برای اطمینان از طول عمر طراحی (معمولاً 20 تا 30 سال).
۶. روندهای توسعه فناوری
تولید هوشمند: ربات لایه گذاری خودکار، سیستم نظارت بر تزریق در لحظه.
نوآوری در مواد: کاربرد هیبرید فیبر کربن، رزین قابل بازیافت (مانند مواد کامپوزیت ترموپلاستیک).
طراحی ماژولار: تیغههای قطعهبندیشده حمل و نقل و نصب را تسهیل میکنند
بازیافت تیغههای از رده خارج: توسعه فناوریهای بازیافت سبز مانند پیرولیز و خردایش مکانیکی برای استفاده مجدد
چالشهای کلیدی
محدودیتهای مقیاس بزرگ: طول پره از ۱۰۰ متر (برای توربینهای بادی فراساحلی) فراتر رفته است و با چالشهایی در حمل و نقل، اندازه قالب و سختی سازه مواجه است.
کنترل کیفیت: نقصهای جزئی ممکن است منجر به شکست ناشی از خستگی شوند و نظارت دقیق بر ثبات فرآیند مورد نیاز است.
کنترل هزینه: هزینههای مواد و فرآیند، بخش نسبتاً بالایی از کل هزینه فن را تشکیل میدهند و راندمان تولید باید بهینه شود.
از طریق فرآیندهای دقیق فوقالذکر، پرههای توربین بادی مدرن به تعادلی بین استحکام بالا، سبکی و طول عمر طولانی دست مییابند و به یکی از اجزای اصلی فناوری انرژی باد تبدیل میشوند.
