3D-друк термопластичних лопатей дозволяє термічне зварювання та покращує переробку, пропонуючи потенційну можливість зменшити вагу та вартість турбінної лопаті щонайменше на 10%, а також час виробничого циклу на 15%.
Команда дослідників Національної лабораторії відновлюваної енергії (NREL, Голден, Колорадо, США) на чолі зі старшим інженером вітряних технологій NREL Дереком Беррі продовжує вдосконалювати свої нові технології виробництва передових лопатей вітрових турбін.подальше їх поєднанняперероблених термопластів і адитивне виробництво (AM). Аванс став можливим завдяки фінансуванню від Управління вдосконаленого виробництва Міністерства енергетики США — нагороди, призначені для стимулювання технологічних інновацій, підвищення енергопродуктивності виробництва в США та забезпечення виробництва передових продуктів.
Сьогодні більшість лопатей вітряних турбін у комунальному масштабі мають однакову конструкцію грейфера: дві оболонки лопатей зі скловолокна з’єднані між собою за допомогою клею та використовують один або кілька композитних компонентів жорсткості, які називаються перетинками зсуву, процес, оптимізований для підвищення ефективності протягом останніх 25 років. Однак, щоб зробити лопаті вітрової турбіни легшими, довшими, менш дорогими та ефективнішими для уловлювання енергії вітру — удосконалення, критичні для цілі скорочення викидів парникових газів частково шляхом збільшення виробництва енергії вітру — дослідники повинні повністю переглянути звичайну розкладачку, те, що є основна увага команди NREL.
Для початку команда NREL зосереджується на матеріалі матриці смоли. Сучасні конструкції покладаються на системи термореактивних смол, такі як епоксидні, поліефірні та вінілові ефіри, полімери, які після затвердіння зшиваються, як ожина.
«Коли ви виготовите лезо з системою термореактивної смоли, ви не зможете повернути процес назад», — каже Беррі. «Це [також] робить лезоважко переробляти.”
Робота зІнститут передових інновацій у виробництві композитів(IACMI, Ноксвілл, штат Теннесі, США) у NREL’s Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) Facility, багатоінституційна команда розробила системи, що використовують термопласти, які, на відміну від термореактивних матеріалів, можна нагрівати для відокремлення вихідних полімерів, що дозволяє закінчити можливість повторного використання терміну служби (EOL).
Термопластичні деталі леза також можна з’єднати за допомогою процесу термічного зварювання, що може усунути потребу в клеях — часто важких і дорогих матеріалах — ще більше підвищуючи можливість переробки лез.
«Завдяки двом термопластичним компонентам леза у вас є можливість об’єднати їх разом і за допомогою застосування тепла та тиску з’єднати», — каже Беррі. «Ви не можете зробити це з термореактивними матеріалами».
Рухаючись вперед, NREL разом із партнерами проектуКомпозити TPI(Скоттсдейл, Аризона, США), Additive Engineering Solutions (Акрон, Огайо, США),Інгерсолл Верстати(Рокфорд, штат Іллінойс, США), Університет Вандербільта (Ноксвілл) і IACMI розроблять інноваційні структури серцевини лопатей, щоб уможливити економічне виробництво високопродуктивних, дуже довгих лопатей — понад 100 метрів у довжину — які відносно низькі. вага.
Використовуючи 3D-друк, дослідницька група стверджує, що вона може створити типи конструкцій, необхідних для модернізації лопатей турбіни з високотехнологічними структурними ядрами у формі сітки різної щільності та геометрії між структурними оболонками лопатки турбіни. Оболонка леза буде наповнена системою термопластичної смоли.
Якщо їм це вдасться, команда зменшить вагу турбінної лопаті та вартість на 10% (або більше), а тривалість виробничого циклу принаймні на 15%.
На додаток допремія AMO FOAДля термопластичних лопатевих конструкцій вітряних турбін AM два субгрантних проекти також вивчатимуть передові технології виробництва вітрових турбін. Університет штату Колорадо (Форт-Коллінз) очолює проект, у якому також використовується 3D-друк для виготовлення армованих волокнами композитів для нових внутрішніх структур вітрових лопатей, зОуенс Корнінг(Толедо, Огайо, США), NREL,Arkema Inc.(Кінг оф Прусса, Пенсільванія, США) і Vestas Blades America (Брайтон, Колорадо, США) як партнери. Другий проект під керівництвом GE Research (Ніскайуна, штат Нью-Йорк, США) називається AMERICA: адитивні та модульні роторні лопаті та збірка інтегрованих композитів. Партнерство з GE Research єНаціональна лабораторія Ок-Рідж(ORNL, Оук-Рідж, штат Теннесі, США), NREL, LM Wind Power (Колдінг, Данія) і GE Renewable Energy (Париж, Франція).
Від: compositesworld
Час публікації: 08 листопада 2021 р