3D tlač termoplastových lopatiek umožňuje tepelné zváranie a zlepšuje recyklovateľnosť, pričom ponúka potenciál znížiť hmotnosť a náklady turbínových lopatiek aspoň o 10 % a dobu výrobného cyklu o 15 %.
Tím výskumníkov z Národného laboratória pre obnoviteľnú energiu (NREL, Golden, Colo., USA) vedený seniorným inžinierom veternej technológie NREL Derekom Berrym pokračuje v zlepšovaní svojich nových techník výroby pokročilých lopatiek veterných turbín.podpora ich kombinácierecyklovateľných termoplastov a aditívnej výroby (AM). Pokrok bol možný vďaka financovaniu z Úradu pre pokročilú výrobu amerického ministerstva energetiky – ocenenia určené na stimuláciu technologických inovácií, zlepšenie energetickej produktivity výroby v USA a umožnenie výroby špičkových produktov.
V súčasnosti má väčšina lopatiek veterných turbín v úžitkovom meradle rovnaký škrupinový dizajn: Dve plášte lopatiek zo sklenených vlákien sú spojené lepidlom a používajú jeden alebo niekoľko kompozitných výstužných komponentov nazývaných šmykové pásy, čo je proces optimalizovaný na efektívnosť za posledných 25 rokov. Aby však lopatky veterných turbín boli ľahšie, dlhšie, lacnejšie a efektívnejšie pri zachytávaní veternej energie – čo sú zlepšenia, ktoré sú rozhodujúce pre cieľ znížiť emisie skleníkových plynov čiastočne zvýšením produkcie veternej energie – výskumníci musia úplne prehodnotiť konvenčné véčko, niečo, čo je primárne zameranie tímu NREL.
Na začiatok sa tím NREL zameriava na materiál živicovej matrice. Súčasné návrhy sa spoliehajú na termosetové živicové systémy, ako sú epoxidy, polyestery a vinylestery, polyméry, ktoré po vytvrdnutí zosieťujú ako ostružiny.
„Akonáhle vyrobíte čepeľ s termosetovým živicovým systémom, nemôžete proces zvrátiť,“ hovorí Berry. "To [tiež] robí čepeľťažko recyklovateľné.“
Práca sInštitút inovácií vo výrobe pokročilých kompozitov(IACMI, Knoxville, Tenn., USA) v zariadení NREL's Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) vyvinul multiinštitucionálny tím systémy, ktoré využívajú termoplasty, ktoré sa na rozdiel od termosetových materiálov môžu zahrievať, aby sa oddelili pôvodné polyméry, čo umožňuje ukončenie recyklovateľnosť životnosti (EOL).
Termoplastické časti čepele možno tiež spájať pomocou procesu tepelného zvárania, ktorý by mohol eliminovať potrebu lepidiel – často ťažkých a drahých materiálov – čo ďalej zvyšuje recyklovateľnosť čepelí.
„S dvomi termoplastickými komponentmi čepele ich máte možnosť spojiť a pomocou tepla a tlaku ich spojiť,“ hovorí Berry. "To nemôžete urobiť s termosetovými materiálmi."
Vpred, NREL, spolu s partnermi projektuKompozity TPI(Scottsdale, Ariz., USA), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, USA),Obrábacie stroje Ingersoll(Rockford, Illinois, USA), Vanderbilt University (Knoxville) a IACMI vyvinú inovatívne štruktúry jadra čepele, aby umožnili nákladovo efektívnu výrobu vysokovýkonných, veľmi dlhých čepelí – viac ako 100 metrov na dĺžku – ktoré sú relatívne nízke. hmotnosť.
Pomocou 3D tlače výskumný tím tvrdí, že dokáže vyrobiť druhy návrhov potrebných na modernizáciu lopatiek turbíny s vysoko navrhnutými sieťovými štrukturálnymi jadrami rôznych hustôt a geometrií medzi štrukturálnymi plášťami lopatky turbíny. Pokožky čepelí budú napustené pomocou systému termoplastickej živice.
Ak uspejú, tím zníži hmotnosť a náklady turbínových lopatiek o 10 % (alebo viac) a čas výrobného cyklu minimálne o 15 %.
Okrem tohohlavná cena AMO FOApre AM termoplastické konštrukcie lopatiek veterných turbín budú dva subgrantové projekty tiež skúmať pokročilé techniky výroby veterných turbín. Colorado State University (Fort Collins) vedie projekt, ktorý tiež využíva 3D tlač na výrobu kompozitov vystužených vláknami pre nové vnútorné štruktúry veterných lopatiek.Owens Corning(Toledo, Ohio, USA), NREL,Spoločnosť Arkema Inc.(King of Prussa, PA, USA) a Vestas Blades America (Brighton, Colorado, USA) ako partneri. Druhý projekt, ktorý vedie GE Research (Niskayuna, NY, USA), sa nazýva AMERICA: Aditívne a modulárne rotorové listy a integrované kompozitné zostavy. Partnerstvo s GE Research jeNárodné laboratórium Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tenn., USA), NREL, LM Wind Power (Kolding, Dánsko) a GE Renewable Energy (Paríž, Francúzsko).
Od: kompozitný svet
Čas uverejnenia: 8. novembra 2021