3D печатът на термопластични лопатки позволява термично заваряване и подобрява възможността за рециклиране, като предлага потенциал за намаляване на теглото и цената на турбинните лопатки с най-малко 10% и времето на производствения цикъл с 15%.
Екип от изследователи от Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL, Голдън, Колорадо, САЩ), ръководени от старши инженер по вятърни технологии на NREL Дерек Бери, продължават да усъвършенстват своите нови техники за производство на усъвършенствани перки на вятърни турбини отпо-нататъшно тяхното комбиниранена рециклируеми термопласти и адитивно производство (AM). Напредъкът стана възможен благодарение на финансиране от Службата за напреднали производствени дейности на Министерството на енергетиката на САЩ — награди, предназначени да стимулират технологичните иновации, да подобрят енергийната производителност на производството в САЩ и да дадат възможност за производство на авангардни продукти.
Днес повечето лопатки на вятърни турбини в мащаб на комунални услуги имат един и същ дизайн на мида: Две обвивки на лопатките от фибростъкло са свързани заедно с лепило и използват един или няколко композитни укрепващи компонента, наречени срязващи мрежи, процес, оптимизиран за ефективност през последните 25 години. Въпреки това, за да направят лопатките на вятърните турбини по-леки, по-дълги, по-евтини и по-ефективни при улавянето на вятърна енергия - подобрения от решаващо значение за целта за намаляване на емисиите на парникови газове отчасти чрез увеличаване на производството на вятърна енергия - изследователите трябва изцяло да преосмислят конвенционалната мида, нещо, което е основният фокус на екипа на NREL.
Като начало екипът на NREL се фокусира върху материала на матрицата от смола. Текущите дизайни разчитат на системи от термореактивни смоли като епоксиди, полиестери и винилови естери, полимери, които след като се втвърдят, се напречно свързват като къпини.
„След като произведете острие със система от термореактивна смола, не можете да обърнете процеса“, казва Бери. „Това [също] прави остриетотруден за рециклиране.”
Работа сИнститут за модерни иновации в производството на композитни материали(IACMI, Ноксвил, Тенеси, САЩ) в NREL's Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET), мултиинституционалният екип разработи системи, които използват термопласти, които, за разлика от термореактивните материали, могат да се нагряват, за да се отделят оригиналните полимери, позволявайки край -доживотна (EOL) рециклируемост.
Термопластичните части на острието могат също да бъдат съединени с помощта на процес на термично заваряване, който може да елиминира нуждата от лепила - често тежки и скъпи материали - допълнително подобрявайки рециклируемостта на острието.
„С два термопластични компонента на острието вие имате способността да ги обедините и чрез прилагане на топлина и натиск да ги съедините“, казва Бери. „Не можете да направите това с термореактивни материали.“
Продължаваме напред, NREL, заедно с партньорите по проектаTPI композити(Скотсдейл, Аризона, САЩ), Адитивни инженерни решения (Акрон, Охайо, САЩ),Инструментални машини Ingersoll(Рокфорд, Илинойс, САЩ), Университетът Вандербилт (Ноксвил) и IACMI ще разработят иновативни структури на сърцевината на острието, за да позволят рентабилното производство на високопроизводителни, много дълги остриета — над 100 метра дължина — които са сравнително ниски тегло.
Използвайки 3D печат, изследователският екип казва, че може да произведе видовете дизайни, необходими за модернизиране на турбинните лопатки с високотехнологични структурни ядра с мрежова форма с различна плътност и геометрия между структурните кори на турбинната лопатка. Кожите на острието ще бъдат вливани с помощта на система от термопластична смола.
Ако успеят, екипът ще намали теглото и цената на турбинните лопатки с 10% (или повече) и времето на производствения цикъл с поне 15%.
В допълнение къмосновна награда AMO FOAза AM термопластични конструкции на лопатки на вятърни турбини, два субгрантни проекта също ще проучат усъвършенствани техники за производство на вятърни турбини. Държавният университет в Колорадо (Форт Колинс) ръководи проект, който също използва 3D печат, за да направи подсилени с влакна композити за нови вътрешни структури на вятърни лопатки, сОуенс Корнинг(Толедо, Охайо, САЩ), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Пенсилвания, САЩ) и Vestas Blades America (Брайтън, Колорадо, САЩ) като партньори. Вторият проект, ръководен от GE Research (Niskayuna, NY, САЩ), е наречен AMERICA: адитивни и модулни роторни лопатки и интегрирано композитно сглобяване. Партньорството с GE Research саНационална лаборатория Оук Ридж(ORNL, Оук Ридж, Тенеси, САЩ), NREL, LM Wind Power (Колдинг, Дания) и GE Renewable Energy (Париж, Франция).
От: compositesworld
Време на публикуване: 8 ноември 2021 г