Aluminij se u vjetroturbinama pojavljuje uglavnom u ne-konstrukcijskim i sekundarnim-konstruktivnim dijelovima mašine: paneli nadstrešnice i kućišta, ekstruzije okvira, kućišta generatora i mjenjača, okviri izmjenjivača topline, nosači kablova, ljestve i rešetke platforme, sabirnice i kablovi, dijelovi gromobranske zaštite. Razlog je masovnost. Svaki ušteđeni kilogram unutar gondole smanjuje opterećenje glave tornja, što smanjuje masu tornja i troškove temelja, a ta ušteda se ponavlja u svakom slučaju opterećenja u projektnom omotaču.
Gdje se koristi svaka aluminijska legura
| Komponenta | Tipična legura i temperament | Forma proizvoda | Razlog za odabir |
|---|---|---|---|
| Nadstrešnica gondole i paneli ograde | EN AW-5754 H22 ili 5052 H32 | List i kalem | Otpornost na koroziju, oblikovnost, zavarljivost u morskom{0}} |
| Unutrašnji okvir i ekstruzije nosača | EN AW-6082 T6, 6063 T6 | Ekstrudirani profil | Najveća čvrstoća 6xxx ekstruzija, dobra ekstrudabilnost, zavareni okviri |
| Kućišta generatora, pretvarača i mjenjača | 6xxx kovane i livene klase | Ploča, ekstruzija, livenje | Smanjenje mase i visoka toplotna provodljivost za odbijanje toplote |
| Nosači kablova, merdevine i rešetke | 6063 T6, 3003 i 5052 list | Ekstruzija i lim | Lagan, otporan na koroziju, nemagnetni |
| Sabirnice i strujni kabl | 1050A, 1350 | Šipka i nasukani provodnik | Električna provodljivost u području od 61 % IACS za 1350 |
| Gromobranski provodnici i prijemnici | 1050, 6061 | Šipka, lim, ekstruzija | Provodljivost, otpornost na prenaponsku eroziju |
Zahtjevi mehaničkih svojstava za ekstruzije specificirani su u EN 755-2 ili ASTM B221, za limove i ploče u EN 485-2 ili ASTM B209, a hemijski sastav u EN 573-3. Odabir razreda obično počinje od korozivnog okruženja, jer priobalna i obalna mjesta zahtijevaju 5xxx limove čak i tamo gdje bi legura 6xxx bila jača.
Kako se masa i krutost menjaju
Zamjena čelika aluminijem ne štedi automatski težinu, jer dizajnom obično upravlja krutost, a ne snaga. Modul aluminijuma je oko 70 GPa naspram 210 GPa za čelik, odnos jedne trećine. Da bi odgovarala krutosti čelične ploče na savijanje, aluminijska ploča mora biti oko 1,44 puta deblja, budući da krutost raste s kockom debljine i samo linearno s modulom. Pri jednakoj krutosti, aluminij tada teži otprilike 0,95 čelične ploče. Pravi dobici se pojavljuju tamo gdje umjesto toga vladaju čvrstoća, dopuštena korozija ili težina pri rukovanju: nosač-reguliran čvrstoćom u 6082 T6 teži oko jedne trećine čeličnog ekvivalenta, a obalni panel nadstrešnice u 5754 uopće ne treba zaštitni premaz, za razliku od obojenog ili pocinčanog čelika. Za offshore mašine, eliminacija održavanja premaza često vrijedi više od direktne uštede mase.
Pravila projektovanja aluminijuma u turbinskim konstrukcijama
Konstrukcijski dizajn slijedi EN 1999-1-1, Eurokod za aluminijumske konstrukcije. Zamor se procjenjuje prema EN 1999-1-3, koji dodjeljuje kategorije detalja zavarenim i vijčanim spojevima, a sama turbina je dizajnirana prema zahtjevima dizajna IEC 61400-1, sa zaštitom od groma pokrivenom IEC 61400-24. Slijede četiri praktična pravila.
Defleksija je prva. Odaberite dio za krutost, a zatim provjerite naprezanje.
Zavari koštaju snagu zamora. Zavareni aluminijumski detalj ima mnogo nižu klasu zamora od osnovnog metala, a u legurama 6xxx zona pogođena toplotom gubi veliki deo svoje T6 čvrstoće, tako da se dozvoljene konstrukcije obično uzimaju na otprilike pola osnovne vrednosti.
Držite aluminijum podalje od bakra i izolujte ga od čelika. Aluminij je anodiziran u galvanskoj seriji, tako da mokri spoj sa čelikom ili koncentratima od nehrđajućeg čelika napadaju aluminij. Koristite izolacijske podloške, obložene pričvršćivače i zaptivače i izbjegavajte u potpunosti bakarne-komponente ležaja.
Nemojte dozvoliti džepove koji sadrže vodu ili so. Detalji o drenaži i ventilaciji odlučuju o vijeku trajanja panela s nadstrešnicom više od legure.
Često postavljana pitanja
Q:Zašto se aluminijum koristi u gondolama vetroturbina?
O: Za smanjenje{0}}mase glave tornja. Manja masa gondole znači manje opterećenje tornja, lakši toranj i manji temelj, a također uklanja potrebu za premazivanjem od korozije na vanjskim panelima.
Q:Da li su stubovi vetroturbina napravljeni od aluminijuma?
O: Ne. Tornjevi su čelični ili betonski, jer krutost i cijena po jedinici krutosti favoriziraju čelik na toj skali. Aluminij se koristi za sekundarne strukture, kućišta i električne komponente.
Q:Koje se legure aluminijuma koriste u vetroturbinama?
O: EN AW-5754 i 5052 list za panele izložene vremenskim prilikama, EN AW-6063 i 6082 ekstruzije za okvire i nosače, 6061 za mašinske dijelove i 1050A ili 1350 za provodnike i sabirnice.
Q:Kako se kontrolira korozija na turbinama na moru?
O: Odabir razreda je prvi korak, budući da su legure lima od 5xxx otporne na slanu vodu bez premaza. Spojevi su izolovani kako bi se spriječio galvanski napad, a tamo gdje se ekstruzija 6xxx koristi na otvorenom, eloksirana je prema ISO 7599 ili obojena, a zatim potvrđena ispitivanjem slanog spreja prema ASTM B117.
Q:Kako se rješava zamor u komponentama aluminijske turbine?
O: Sa kategorijama detalja iz EN 1999-1-3 i spektrom opterećenja iz IEC 61400-1, koji zajedno definiraju projektni vijek trajanja. Zavareni spojevi i zona utjecaja topline su kritične lokacije, a vijčani ili ljepljivi spojevi se često biraju kako bi se izbjegle.
Q:Koristi li se reciklirani aluminij u komponentama turbina?
O: Da. Sekundarni aluminij zahtijeva samo mali dio energije potrebne za topljenje primarnog metala, a sve se više specificira za ne-nekritična kućišta i tacne.
