Alumiinia esiintyy tuuliturbiineissa enimmäkseen koneen ei--rakenteisissa ja toissijaisissa-rakenteisissa osissa: kuomu- ja kotelopaneeleissa, runkopuristeissa, generaattorin ja vaihteiston koteloissa, lämmönvaihtimen rungoissa, kaapelihyllyissä, tikkaissa ja lavan ritiloissa, kiskoissa ja kaapelissa sekä ukkossuojausreitin osissa. Syynä on massa. Jokainen koneen sisällä säästetty kilogramma vähentää tornin-pääkuormitusta, mikä pienentää tornin massaa ja perustuskustannuksia, ja tämä säästö toistuu jokaisessa suunnittelukuoressa olevaa kuormitustapausta.
Missä kutakin alumiiniseosta käytetään
| Komponentti | Tyypillinen seos ja luonne | Tuotteen muoto | Valinnan syy |
|---|---|---|---|
| Nacelle-katos ja kotelopaneelit | EN AW-5754 H22 tai 5052 H32 | Levy ja kela | Laivaluokan-korroosionkestävyys, muovattavuus, hitsattavuus |
| Sisäkehys ja tukipursotukset | FI AW-6082 T6, 6063 T6 | Puristettu profiili | Suurin lujuus 6xxx-puristeista, hyvä suulakepuristettavuus, hitsatut kehykset |
| Generaattorin, muuntimen ja vaihdelaatikon kotelot | 6xxx muokattuja ja valettuja laatuja | Levy, suulakepuristus, valu | Massan vähentäminen ja korkea lämmönjohtavuus lämmön hylkäämiseen |
| Kaapelihyllyt, tikkaat ja ritilät | 6063 T6, 3003 ja 5052 arkki | Ekstruusio ja levy | Kevyt, korroosionkestävä, ei--magneettinen |
| Virtakiskot ja virtajohto | 1050A, 1350 | Tanko ja kierrejohdin | Sähkönjohtavuus noin 61 % IACS 1350:lle |
| Salamansuojajohtimet ja -reseptorit | 1050, 6061 | Tanko, levy, suulakepuristus | Johtavuus, kestävyys ylijännitteelle |
Ekstruusioiden mekaaniset ominaisuudet on määritelty standardissa EN 755-2 tai ASTM B221, levyille ja levyille standardissa EN 485-2 tai ASTM B209 ja kemiallinen koostumus standardissa EN 573-3. Lajien valinta alkaa tavallisesti korroosioympäristöstä, koska offshore- ja rannikkoalueet vaativat 5xxx-levyseoksia, vaikka 6xxx-seos olisi vahvempi.
Kuinka massa ja jäykkyys vaihtuu
Teräksen korvaaminen alumiinilla ei automaattisesti säästä painoa, koska suunnittelua ohjaa yleensä jäykkyys lujuuden sijaan. Alumiinin moduuli on noin 70 GPa ja teräksen 210 GPa, suhde kolmasosa. Vastatakseen teräslevyn taivutusjäykkyyttä alumiinipaneelin tulee olla noin 1,44 kertaa paksumpi, koska jäykkyys kasvaa paksuuden kuution mukana ja vain lineaarisesti moduulin mukaan. Samalla jäykkyydellä alumiini painaa noin 0,95 teräspaneelista. Todelliset edut näkyvät siellä, missä lujuus, korroosiovara tai käsittelypaino hallitsevat sen sijaan: 6082 T6:n lujuussäädelty kannatin painaa noin kolmanneksen teräksen ekvivalentista, ja 5754:n rantakatoksen paneeli ei tarvitse lainkaan suojapinnoitetta, toisin kuin maalattu tai galvanoitu teräs. Offshore-koneissa pinnoitteen huollon eliminoiminen on usein arvokkaampaa kuin suora massasäästö.
Turbiinirakenteiden alumiinin suunnittelusäännöt
Rakennesuunnittelu noudattaa standardia EN 1999-1-1, joka on alumiinirakenteiden Eurocode. Väsymys on arvioitu standardin EN 1999-1-3 mukaan, joka määrittää hitsaus- ja pulttiliitoksille yksityiskohtaluokat, ja itse turbiini on suunniteltu IEC 61400-1 -standardin suunnitteluvaatimusten mukaisesti, ja ukkossuoja on IEC 61400-24 -standardin mukainen. Seuraa neljä käytännön sääntöä.
Taivuttaminen hallitsee ensin. Valitse jäykkyysosa ja tarkista sitten jännitys.
Hitsaukset maksavat väsymislujuuden. Hitsatulla alumiiniosalla on paljon alhaisempi väsymisluokka kuin perusmetallilla, ja 6xxx-seoksissa lämpövaikuttama vyöhyke menettää suuren osan T6-lujuudestaan, joten suunnittelusuoritukset otetaan yleensä noin puoleen perusarvosta.
Pidä alumiini poissa kuparista ja eristä se teräksestä. Alumiini on galvaanisessa sarjassa anodista, joten märkä liitos teräksen tai ruostumattoman teräksen kanssa keskittyy hyökkäykseen alumiiniin. Käytä eristäviä aluslevyjä, päällystettyjä kiinnikkeitä ja tiivisteainetta ja vältä kupari{2}}laakerikomponentteja kokonaan.
Älä salli taskuja, joissa on vettä tai suolaa. Viemäröinti- ja ilmanvaihtoyksityiskohdat määräävät kuomulevyn käyttöiän enemmän kuin seoslaatu.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Miksi alumiinia käytetään tuuliturbiinien koneissa?
V: Tornin-pään massan vähentäminen. Pienempi konesalin massa tarkoittaa pienempää tornikuormitusta, kevyempää tornia ja pienempää perustusta, ja se myös poistaa tarpeen korroosiopinnoittaa ulkopuolisista paneeleista.
Q:Ovatko tuuliturbiinien tornit alumiinia?
V: Ei. Tornit ovat terästä tai betonia, koska jäykkyys ja hinta jäykkyysyksikköä kohti suosivat terästä tässä mittakaavassa. Alumiinia käytetään sekundäärirakenteissa, koteloissa ja sähkökomponenteissa.
Q:Mitä alumiiniseoksia käytetään tuuliturbiineissa?
A: EN AW-5754 ja 5052 arkki säälle alttiille paneeleille, EN AW-6063 ja 6082 ekstruusiot kehyksille ja alustalle, 6061 koneistetuille osille ja 1050A tai 1350 johtimille ja kiskoille.
Q:Miten offshore-turbiinien korroosiota hallitaan?
V: Laadun valinta on ensimmäinen askel, koska 5xxx-levyseokset kestävät suolavettä ilman pinnoitetta. Liitokset on eristetty galvaanisen hyökkäyksen estämiseksi, ja jos ulkona käytetään 6xxx-ekstruusiota, se anodisoidaan ISO 7599 -standardin mukaisesti tai maalataan, minkä jälkeen se varmistetaan suolasuihkutestillä ASTM B117 -standardin mukaisesti.
Q:Miten alumiiniturbiinikomponenttien väsyminen käsitellään?
V: EN 1999-1-3:n yksityiskohtakategoriat ja IEC 61400-1:n kuormitusspektri, jotka yhdessä määrittelevät suunnittelun käyttöiän. Hitsatut liitokset ja lämpövaikutusalue ovat kriittisiä paikkoja, ja niiden välttämiseksi valitaan usein pultti- tai liimaliitokset.
Q:Käytetäänkö turbiinin komponenteissa kierrätettyä alumiinia?
V: Kyllä. Toissijainen alumiini vaatii vain pienen osan primäärimetallin sulattamiseen tarvittavasta energiasta, ja sitä käytetään yhä enemmän ei--kriittisiin koteloihin ja tarjottimiin.
