Hliník se ve větrných turbínách objevuje většinou v -konstrukčních a sekundárních- konstrukčních částech stroje: přístřešek a krycí panely, výlisky rámu, skříně generátoru a převodovky, rámy výměníků tepla, kabelové žlaby, žebříky a rošty plošin, přípojnice a kabely a části cesty ochrany před bleskem. Důvodem je masovost. Každý kilogram ušetřený uvnitř gondoly snižuje-hlavové zatížení věže, což snižuje hmotnost věže a náklady na základy, a tato úspora se opakuje v každém zatěžovacím stavu v návrhové obálce.
Kde se používá každá hliníková slitina
| Komponent | Typická slitina a temperování | Forma produktu | Důvod výběru |
|---|---|---|---|
| Vrchlík gondoly a panely ohrazení | EN AW-5754 H22 nebo 5052 H32 | Plech a cívka | Námořní-odolnost proti korozi, tvarovatelnost, svařitelnost |
| Vnitřní rám a podpěrné výlisky | EN AW-6082 T6, 6063 T6 | Extrudovaný profil | Nejvyšší pevnost výlisků 6xxx, dobrá vytlačitelnost, svařované rámy |
| Skříně generátoru, měniče a převodovky | 6xxx tepané a lité jakosti | Deska, vytlačování, odlévání | Snížení hmotnosti a vysoká tepelná vodivost pro odvod tepla |
| Kabelové žlaby, žebříky a rošty | 6063 T6, 3003 a 5052 list | Extruze a plech | Lehký, odolný proti korozi, -nemagnetický |
| Přípojnice a napájecí kabel | 1050A, 1350 | Tyčový a lankový vodič | Elektrická vodivost v oblasti 61 % IACS pro 1350 |
| Bleskosvody a přijímače | 1050, 6061 | Tyč, plech, vytlačování | Vodivost, odolnost proti nárazové erozi |
Požadavky na mechanické vlastnosti pro výlisky jsou specifikovány v EN 755-2 nebo ASTM B221, pro plechy v EN 485-2 nebo ASTM B209 a chemické složení v EN 573-3. Výběr jakosti obvykle vychází z korozního prostředí, protože pobřežní a pobřežní lokality vyžadují plechové slitiny 5xxx i tam, kde by slitina 6xxx byla pevnější.
Jak se hmotnost a tuhost vyměňují
Nahrazení oceli hliníkem automaticky nešetří hmotnost, protože design se obvykle řídí spíše tuhostí než pevností. Modul hliníku je asi 70 GPa oproti 210 GPa u oceli, poměr jedna třetina. Aby se vyrovnal ohybové tuhosti ocelového panelu, musí být hliníkový panel asi 1,44krát tlustší, protože tuhost roste s krychlí tloušťky a pouze lineárně s modulem. Při stejné tuhosti pak hliník váží zhruba 0,95 ocelového panelu. Skutečné zisky se objevují tam, kde se místo toho řídí pevností, korozí nebo manipulační hmotností: pevnostní-držák v 6082 T6 váží asi jednu třetinu ocelového ekvivalentu a pobřežní vrchlíkový panel v 5754 nepotřebuje na rozdíl od lakované nebo galvanizované oceli vůbec žádný ochranný povlak. U offshore strojů je odstranění údržby povlaku často cennější než přímá úspora hmoty.
Pravidla návrhu pro hliník v konstrukcích turbín
Konstrukční návrh se řídí EN 1999-1-1, Eurokódem pro hliníkové konstrukce. Únava je posuzována podle EN 1999-1-3, která přiřazuje kategorie detailů svařovaným a šroubovým spojům, a samotná turbína je navržena podle konstrukčních požadavků IEC 61400-1 s ochranou před bleskem pokrytou IEC 61400-24. Následují čtyři praktická pravidla.
Nejprve vládne průhyb. Vyberte část pro tuhost a poté zkontrolujte napětí.
Svary stojí únavovou pevnost. Svařovaný hliníkový detail má mnohem nižší třídu únavy než základní kov a ve slitinách 6xxx ztrácí tepelně ovlivněná zóna velkou část své pevnosti T6, takže konstrukční přípustné hodnoty se zde běžně berou na zhruba polovinu původní hodnoty.
Udržujte hliník mimo dosah mědi a izolujte jej od oceli. Hliník je v galvanické řadě anodický, takže mokrý spoj s ocelí nebo nerezovou ocelí koncentruje útok na hliník. Používejte izolační podložky, potažené spojovací prvky a tmel a zcela se vyhněte měděným -komponentám ložisek.
Nedovolte, aby kapsy obsahovaly vodu nebo sůl. Odvodnění a ventilační detaily rozhodují o životnosti panelu přístřešku více než u slitiny.
Často kladené otázky
Q:Proč se hliník používá v gondolách větrných turbín?
Odpověď: Chcete-li snížit-hlavovou hmotnost věže. Nižší hmotnost gondoly znamená nižší zatížení věže, lehčí věž a menší základy a také odstraňuje potřebu korozního povlaku na vnějších panelech.
Q:Jsou věže větrných turbín vyrobeny z hliníku?
Odpověď: Ne. Věže jsou ocelové nebo betonové, protože tuhost a náklady na jednotku tuhosti upřednostňují ocel v tomto měřítku. Hliník se používá pro sekundární konstrukce, skříně a elektrické komponenty.
Q:Jaké hliníkové slitiny se používají ve větrných turbínách?
A: List EN AW-5754 a 5052 pro panely vystavené povětrnostním vlivům, EN AW-6063 a 6082 výlisky pro rámy a žlaby, 6061 pro obráběné díly a 1050A nebo 1350 pro vodiče a přípojnice.
Q:Jak se kontroluje koroze na pobřežních turbínách?
Odpověď: Výběr jakosti je prvním krokem, protože plechové slitiny 5xxx odolávají slané vodě bez povrchové úpravy. Spoje jsou izolovány, aby se zabránilo galvanickému napadení, a tam, kde se extruze 6xxx používá venku, je eloxována podle ISO 7599 nebo natřena a poté ověřena testováním v solné mlze podle ASTM B117.
Q:Jak se řeší únava hliníkových součástí turbín?
A: S kategoriemi detailů z EN 1999-1-3 a se spektrem zatížení z IEC 61400-1, které společně definují návrhovou životnost. Svařované spoje a tepelně ovlivněná zóna jsou kritická místa a často se volí šroubové nebo lepené spoje, aby se jim zabránilo.
Q:Používá se recyklovaný hliník v součástech turbín?
A: Ano. Sekundární hliník vyžaduje pouze malý zlomek energie potřebné k tavení primárního kovu a je stále více specifikován pro ne-kritické skříně a podnosy.
