8-900-374-94-44
Алексей Федоров
автомеханик со стажем
Профиль автора
Чем больше топливовоздушной смеси поступит в цилиндры, тем выше будет КПД двигателя.
Подать больше топлива не проблема: достаточно установить более производительный топливный насос и форсунки. С воздухом сложнее: в конце такта впуска в цилиндре атмосферного двигателя он будет разреженным.
Система турбонаддува использует энергию отработавших газов и делает так, чтобы воздуха в цилиндрах было больше. Атмосферный двигатель 1,6 л 103 л. с. прослужит дольше турбированного 1 л. Но последний при этом будет более экономичным и экологичным при той же мощности.
Разберемся, как устроена система турбонаддува и как она работает.
Рассылка для автолюбителей и тех, кто подумывает ими стать
Главное о том, сколько стоит владеть машиной, к чему быть готовым и как отстаивать свои права, — в вашей почте дважды в месяц.
Бесплатно
Турбонаддув встречается и на бензиновых, и на дизельных двигателях. На последних значительно чаще.
Работой бензинового ДВС управляет дроссельная заслонка: топливо подается пропорционально поступающему в цилиндры воздуху. Поэтому атмосферный бензиновый двигатель выдает неплохие показатели во всем диапазоне оборотов.
/guide/throttle/
Дроссельная заслонка: зачем нужна и как ломается
Работа дизельного двигателя регулируется количеством топлива, которое распыляют форсунки в цилиндры. Дроссельной заслонки нет, воздух в них поступает свободно. На холостом ходу и в режиме частичной нагрузки дизельный ДВС работает отлично. В режиме средней и полной нагрузки подача топлива увеличивается, а воздуха столько же: топливо в избытке, смесь переобогащенная, двигатель теряет эффективность.
Турбонаддув компенсирует недостаток воздуха. Благодаря турбине дизельный двигатель легкового автомобиля работает фактически в том же рабочем диапазоне оборотов, что и бензиновый.
Система турбонаддува состоит из турбокомпрессора, интеркулера, а также из регулировочных и предохранительных клапанов. Дальше мы поговорим о компонентах системы турбонаддува, поймем, где их искать, а также разберемся, как все это работает.
Из чего состоит система турбонаддува
ТурбокомпрессорУ турбокомпрессора есть холодная и горячая части — обе похожи на улитку. Такая форма позволяет наиболее эффективно направлять потоки газов. Улитки соединены через картридж — корпус для вала, с одной стороны которого закреплено колесо турбины, а с другой — колесо компрессора. В корпусе картриджа есть масляные каналы и каналы для охлаждающей жидкости.
Горячая часть турбины работает с выхлопными газами высокой температуры — обычно 500—1000 °С. Улитка здесь отлита из чугуна с добавлением никеля, крыльчатка турбины — из жаропрочного сплава стали, никеля и хрома — инконеля. Холодная часть работает с воздухом из атмосферы, поэтому улитку и крыльчатку чаще всего отливают из алюминия.
Один из способов повысить производительность турбокомпрессора — сделать крыльчатки с обеих сторон более легкими. Горячую крыльчатку могут изготовить из титана или керамики, холодную — из магния. Также холодную крыльчатку можно выточить с помощью ЧПУ из цельного куска алюминия, ребра в таком случае будут тоньше. Все вышеперечисленные доработки делают турбокомпрессор более дорогим.
/guide/obkatka/
Что такое обкатка двигателя и как его обкатать
Турбокомпрессор или турбокомпрессоры — если их два или больше — ставят там, откуда выходят отработавшие газы. Вот какие могут быть варианты:
Маленький работает в низком диапазоне оборотов двигателя. При средних и высоких оборотах он выключается и начинает работать большой турбокомпрессор;Одна и та же конфигурация с двумя турбокомпрессорами у одного производителя может называться «Битурбо», у другого — «Твинтурбо».
Теперь попробуем разобраться, где под капотом искать турбокомпрессор. Иногда его видно, иногда нет. Примеры — на фотографиях ниже.
/kapremont-dvs-honda/
Как я делал капитальный ремонт двигателя Хонды Аккорд 2007 года
Из чего состоит система турбонаддува
ИнтеркулерИнтеркулер — это радиатор для охлаждения сжатого воздуха. Бывает воздушный и жидкостной.
Воздушный интеркулер работает на открытом воздухе.
Через его каналы проходит сжатый разогретый воздух, который потом поступает в цилиндры ДВС. А набегающий воздух с улицы идет через соты: все работает так же, как в случае с радиатором охлаждения двигателя.
Такие интеркулеры чаще всего устанавливают перед основным радиатором или под ним. Иногда его располагают над двигателем, в этом случае на капоте будет явно выраженный воздухозаборник.
Интеркулер может быть расположен даже в боковых дефлекторах бампера, под фарами. Так делали на Пассате в кузове B5, Шкоде Октавии Тур. На Фольксвагене Туареге два интеркулера — с обеих сторон переднего бампера.
/guide/motor-po-kontraktu/
Как покупать б/у двигатели и коробки передач
Проблемы воздушных интеркулеров:
Жидкостной интеркулер — радиатор с охлаждающей жидкостью внутри впускного коллектора и с собственным контуром охлаждения. Такой интеркулер сильно экономит подкапотное пространство, вдобавок уменьшает объем впускного тракта от турбины до двигателя. Благодаря такой конструкции турбокомпрессор раньше выходит на рабочее давление.
Машина с жидкостным интеркулером ведет себя практически одинаково и в жару, и в мороз. Минус — более сложная конструкция: нужен дополнительный радиатор, чтобы охладить горячий антифриз из интеркулера.
Если жидкостный интеркулер перестанет быть герметичным, антифриз попадет в масло. В одном случае может образоваться эмульсия, в другом случится гидроудар — тут как повезет.
/guide/motor-oil/
Моторное масло: из чего состоит и как его правильно выбирать
Жидкостной интеркулер Фольксвагена Тигуана с двигателем 1.4 TSI. Закреплен во впускном коллекторе десятью винтами, из него выходят патрубки охлаждающей жидкости. Машина после ДТП, передняя часть разобрана Радиаторам тоже досталось, зато хорошо видно, что их триИз чего состоит система турбонаддува
Вестгейт и актуатор турбиныАктуатор турбины управляет регулировочным клапаном — вестгейтом. Или, в простонародье, калиткой. Как только в горячей части турбины возникает максимально допустимое давление наддува, актуатор открывает вестгейт. Часть выхлопных газов проходит мимо крыльчатки турбины. Благодаря этому она не разгоняется больше, чем необходимо.
На конце тяги актуатора есть резьба, которая позволяет отрегулировать положение вестгейта. В нормальном состоянии он должен быть плотно закрыт Выход из горячей части турбины: вестгейт слева, крыльчатка — справаИз чего состоит система турбонаддува
Предохранительный клапанЕсли резко сбросить газ, обороты двигателя упадут быстро, дроссельная заслонка закроется.
Но турбокомпрессор продолжит быстро вращаться по инерции и создавать повышенное давление. Если это произойдет, вал может сместиться, а масляный клин — разрушиться. Возникнет трение, детали картриджа износятся.
Чтобы не повредить детали впускного тракта, нужен предохранительный клапан. Есть два варианта.
6 способов сломать двигатель автомобиля
Перепускной клапан, байпас. Когда водитель резко отпускает газ, дроссельная заслонка закрывается, давление на впуске растет, а клапан открывается и перепускает сжатый воздух обратно — в зону до турбины, к воздушному фильтру. Нагрузки на крыльчатку не избежать, но такая система позволяет хорошо амортизировать такие толчки и перенаправлять уже сжатый воздух обратно во впуск.
Это существенно снижает риск критических нагрузокРедукционный клапан, блоу-офф. Работает по тому же принципу: открывается при достижении предела допустимого давления, но выбрасывает наружу сжатый воздух, а это также снижает нагрузку на крыльчатку турбины. В процессе слышен характерный свист — его ценят любители автомобильного тюнинга.
Автопроизводители чаще используют байпас: он не создает излишнего шума под капотом. Это преимущество, если речь идет о семейном или рабочем автомобиле.
Блоу-офф на патрубке подвода сжатого воздуха, синий шланг подключен к нему же. Когда давление на впуске возрастает, давление через этот шланг передается на мембрану внутри редукционного клапана. Он открывается и стравливает избыточное давление наружу. Такие часто используют в автоспорте либо в тюнинге, чтобы получить от турбины «пшик». Источник: taro911_Photographer / Shutterstock Как звучит блоу-офф разных производителей.
Источник: канал «AJS Нюансы Тюнинга» на «Ютубе»Поток отработавших газов в турбированном двигателе первым делом попадает на турбинное колесо, а только потом — в выхлопную трубу. Крыльчатка турбинного колеса преобразует энергию во вращение и через ось передает его на крыльчатку колеса компрессора. В свою очередь, она засасывает воздух в центре и разгоняет его по радиусу.
Форма улитки на горячей стороне помогает эффективно улавливать поток отработавших газов. На холодной стороне — собирать атмосферный воздух и направлять его дальше по каналам интеркулера. Ось при этом работает в масляном клину и развивает до 150 000 оборотов в минуту.
При сжатии воздух сильно нагревается и попадает в интеркулер. После него уже охлажденный воздух попадает в цилиндры двигателя. Вестгейт и предохранительный клапан срабатывают по мере необходимости.
Сообщество 07.04.22
Чем рискует продавец автомобиля с нештатным двигателем?
Изменяемая геометрия турбины — решение, которое позволяет направлять потоки выхлопных газов на крыльчатку турбины под разным углом.
Работают специальные подвижные лопатки. Когда давление выхлопных газов низкое, они встают под острым углом и почти смыкаются. Газы попадают на крыльчатку под более острым углом, скорость потока увеличивается, турбина работает на низких оборотах. Когда двигатель набирает обороты, давление выхлопа возрастает, лопатки изменяемой геометрии встают в исходное положение и не препятствуют потоку выхлопных газов.
Такая система почти всегда есть на дизельных двигателях: у них невысокий рабочий диапазон оборотов.
Горячая часть справа. Над крыльчаткой турбины есть подвижные лопатки. Источник: dreamnikon / Shutterstock Принцип работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией. Источник: канал «Coupemaniaful» на «Ютубе»Управление подъемом выпускных клапанов. Клапаны здесь также ускоряют поток выхлопных газов на пути к крыльчатке турбины: приподнимаются на определенную высоту, при которой могут его усилить, когда это необходимо.
Такое техническое решение применили на двигателях 1.8 и 2.0 TSI третьего поколения. Их можно встретить на Шкоде Октавии в кузове A7, в новом Фольксвагене Тигуане или Пассате. При этом есть такие же двигатели, но электроника на них управляет подъемом впускных клапанов. Такие ДВС менее мощные, но более экономичные.
Антилаг можно встретить на гоночных автомобилях, особенно на раллийных. Когда пилот бросает газ, дроссельная заслонка резко закрывается и блок управления двигателем устанавливает очень позднее зажигание.
/list/the-fastest-cars/
Ручная сборка и серебро в салоне: топ-10 самых быстрых машин в мире
Топливовоздушная смесь поджигается уже с открытым выпускным клапаном, появляется прямой поток горящего пламени. Турбина продолжает благодаря этому работать на высоких оборотах, а из выхлопной трубы вылетают языки пламени.
Обычно это происходит, когда гоночная машина входит в поворот: в этот момент пилот отпустил газ и включилась антилаг-система.
На выходе из поворота он выжмет газ, а во впускном коллекторе уже будет сжатый воздух.
Новости, которые касаются всех, — в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь, чтобы быть в курсе происходящего: @tinkoffjournal.
Если не брать во внимание техническую сторону вопроса, то турбина – довольно понятный агрегат. Его основная цель – преобразовать энергию, содержащуюся в потоке выхлопных газов. Энергия обычно расходуется в положительное давление во впускном коллекторе, нагнетая воздух и двигатель, производя больше энергии. Цель данной публикации – разъяснить понятными словами концепцию турбины, из чего состоит автомобильная турбина и как работают её составляющие.
Содержание
Из чего состоит автомобильная турбина? На самом базовом уровне турбокомпрессор состоит из трех частей – собственно турбины, компрессора и системы подшипников, которая поддерживает вал турбины, соединяя колеса турбины и компрессора. Понимание того, как все эти устройства работают вместе, имеет решающее значение для понимания взаимосвязей всех компонентов друг с другом. Итак, рассмотрим все части по порядку и их функциональное назначение.
Автомобильная турбина
Колесо турбины отвечает за преобразование тепла и давления во вращательную силу. Чтобы понять данный процесс, нужно разобраться в некоторых законах термодинамики. Высокое давление со стороны впускного коллектора всегда стремится к низкому давлению. В рамках этого процесса колесо турбины преобразует кинетическую энергию во вращение.
Когда колесо турбины крутится, оно вращает турбинный вал, который, в свою очередь, вращает колесо компрессора.
Турбина
Турбинное колесо не работает в одиночку. Это часть корпуса турбины, которая представляет собой железный или стальной агрегат, расположенный на болтовом соединении с выпускным коллектором или коллектором соединения на турбомашине. Из-за высокой температуры, связанной со сбором и перемещением выхлопных газов под давлением, корпус турбины изготавливается из толстого и прочного железа или стали. Состоит из ножки турбины (она соединяется с трубой выпускного коллектора), выпускного соединения (большого отверстия, которое соединяется с трубой), и спирали, по которой горячий выхлоп проходит через колесо турбины от основания турбины к выпускному отверстию.
Секция компрессора состоит из двух основных механизмов – колеса компрессора и крышки компрессора. Работа компрессора состоит в том, что он сжимает воздух и направляет его к корпусу дроссельной заслонки.
Поскольку компрессор связан непосредственно с колесом турбины через вал турбины, колесо компрессора вращается с той же частотой вращения, что и колесо турбины. По мере ускорения колеса турбины, вращается колесо компрессора.
Компрессор турбины
Этот процесс создает давление во впускном тракте, которое называется «наддув».
Вращающийся узел (вращающийся механизм) турбины является одной и самых важных частей турбокомпрессора любой сборки. Данное устройство служит точкой крепления для обоих корпусов, изготавливается из прочного материала для выдержки тепла и напряжения из турбины. Традиционно во вращающемся механизме устанавливается 2 бронзовых подшипника и отдельный бронзовый упорный подшипник. Сегодня многие производители предлагают модернизированные системы подшипников, в том числе и керамический шароподшипниковый узел Turbonetics, позволяющий турбине выдерживать 50-кратную нагрузку по сравнению с обычным узлом.
Вращающийся узел
Поскольку турбокомпрессор работает за счет сжатия воздуха, легко понять, почему интеркулер важен. При увеличении давления в фиксированном объеме, выделяется намного больше тепла. Это закон термодинамики, и он действует в любом двигателе с турбонаддувом. Вырабатывается тепло высокой температуры, поэтому поступающий воздух должен охладиться перед попаданием во впускной коллектор. Интеркулер, или промежуточный охладитель является теплообменником в турбине.
Интеркулер
Данное устройство отводит отработанный газ до того, как он достигнет входа в корпус турбины. Когда выхлоп заполняет коллекторы, он направляется к турбонагнетателю и входит в корпус турбины, прежде чем расширится через колесо турбины и выйдет через выхлопную трубу турбины. В замкнутой системе турбина будет «видеть» весь выхлоп по всему рабочему диапазону двигателя. Наддув будет продолжать бесконтрольно расти, пока дроссель не будет закрыт, либо колесо турбины не достигнет своей точки дросселирования.
Вестгейт (перепускной клапан)
Для многих двигателей это создаст чрезмерное количество воздушного потока и разрушит детали, оставляя, в лучшем случае, пару расплавленных поршней или гигантскую дыру в блоке.
В каждом вестгейте есть впускной и выпускной порт, в который может поступать выхлопной газ, и клапан, который регулирует поток выхлопных газов через впускной канал. Также присутствует пружинно-диафрагменный привод, контролирующий открытие и закрытие клапана. При нормальных условиях, клапан вестгейта остается закрытым, а весь выхлопной газ направляется в корпус турбины.
При повышении давления наддува, оно воздействует на узел пружины и начинает поднимать клапан, отводя поток выхлопных газов от турбины. Таким образом, совершается управление скоростью турбины для регулирования давления наддува. Чтобы отрегулировать целевые уровни наддува, клапаны используют разные пружины, которые можно менять местами для увеличения или уменьшения заданного давления наддува.
По сути, это клапан сброса давления. Установлен на стороне компрессора турбосистемы. Механизм сбрасывает избыточное давление наддува, захваченное в системе, когда дроссельная заслонка закрывается. Выпускной клапан характеризуется меньшей устойчивостью к сильному нагреву. В отличие от вестгейта (перепускного клапана), выпускной клапан поставляется с одной пружиной, а настройка скорости открытия клапана осуществляется путем небольших регулировок предварительной нагрузки пружины.
Выпускной клапан
Правильные размеры и правильное применение трубопроводов необходимы для обеспечения оптимальной производительности турбины. В типичной системе турбокомпрессора трубопровод можно разбить на три отдельные секции – коллекторы, горячая сторона и холодная сторона.
Коллекторы «живут» в экстремальных перепадах температур, невероятном противодавлении и высоком напряжении.
Эта часть является наиболее уязвимой в турбине, и чаще доставляет неприятности. Качественный коллектор эффективно и быстро переносит тепло, сохраняя больше тепла внутри, не создавая трещин и не замедляя импульс отработанных газов. Наиболее оптимальные – чугунные коллекторы.
Коллекторы
Горячая сторона труб – это трубопровод, связанный с транспортировкой фактического выхлопного газа. Из-за сильного нагрева, связанного с переносом выхлопа в корпус турбины, важно использовать прочный материал, предпочтительно нержавеющую сталь. Диаметр трубы зависит от ряда факторов, включая конструкцию колеса турбины, кубические дюймы, диапазон оборотов, противодавление и т.д.
Горячая сторона труб
Холодная сторона труб – это трубопровод, связанный с перемещением сжатого воздуха из турбокомпрессора в корпус дроссельной заслонки. Интеркулер также является частью холодной стороны и должен быть правильно подключен, чтобы всё работало.
Оптимальный материал для холодной стороны труб – алюминий. Диаметр труб зависит от размеров турбины, интеркулера и корпуса дроссельной заслонки.
Холодная сторона труб
Теперь легко проще разобраться, из чего состоит автомобильная турбина. Однако могут понадобиться годы, чтобы понять всю суть «турбо-дизайна». На исследования необходимо потратить некоторые усилия, однако они стоят того, чтобы получить качественные знания о работе турбокомпрессора.
Читайте также: История изобретения автомобильной турбины, эволюция механизма.
Лопасти ветряных турбинОбновление: дополнительные ресурсы о жизненном цикле ветряных турбин и лопастей см. в блогах Чарли Хоффса, доступных здесь, здесь и здесь.
Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям повторного использования технологий экологически чистой энергии. См. вводный пост , а также другие записи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях .
Особая благодарность Джессике Гарсия, сотруднику UCS по политике в области чистой энергии на Среднем Западе летом 2020 года, за поддержку исследований и соавторство в написании этих сообщений.
Современная ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию (движения) ветра в механическую энергию. Это происходит за счет вращения больших лопастей из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Ветряные турбины, как известно, могут быть расположены на берегу или в море.
По прогнозам, к 2050 году ветровая энергия будет продолжать расти в США. Последний отчет о рынке ветровых технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на энергию ветра находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году 7,3 процента электроэнергии коммунальных предприятий поколение в США пришло от ветра.
В этом сообщении блога мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.
Конструкции ветряных турбин со временем эволюционировали, чтобы увеличить размер и эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующей мощности. Принципиальная конструкция коммерческих турбин сегодня представляет собой ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая в свою очередь прикреплена к центральной части (гондоле), установленной на стальной башне. Различные другие механизмы и бетонные фундаменты также включены в конструкцию современной ветряной турбины, которая включает более 8000 деталей на турбину.
Лопасти ветряных турбин в существующем американском парке в среднем имеют длину около 50 метров или около 164 футов (примерно ширина футбольного поля в США).
А учитывая недавние тенденции использования более длинных лопастей на больших турбинах и более высоких башнях для увеличения производства электроэнергии, некоторые из самых больших лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.
С точки зрения долговечности ветряные турбины служат в среднем около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбин, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, могут быть переработаны или использованы повторно. Но лопасти отличаются тем, что они сделаны из стекловолокна (композитного материала), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы. Смешанный характер материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки материал из стекловолокна, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также трудно разбить физически.
Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации на этапе окончания использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как переоснащение. Модернизация включает в себя сохранение той же площадки и часто поддержание или повторное использование основной инфраструктуры для ветряных турбин, но модернизацию турбин большей мощности. Лезвия могут быть заменены более современными и обычно более крупными лезвиями. В любом случае, лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезную проблему с точки зрения конечного использования энергии ветра.
Несмотря на то, что лезвия можно разрезать на несколько частей на месте в процессе вывода из эксплуатации или восстановления мощности, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации. И процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы, устанавливаемые на транспортные средства, или пилы с алмазным канатом, подобные тем, которые используются в карьерах.
Поскольку в настоящее время вариантов утилизации лезвий очень мало, подавляющее большинство тех, которые подходят к концу, либо хранятся в разных местах, либо вывозятся на свалки.
Действительно, ранее в этом году агентство Bloomberg Green сообщило о том, что лопасти ветряных турбин выбрасываются на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь небольшую часть твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация. Поскольку ветряные турбины выводятся из эксплуатации или заменяются, возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.
Хорошая новость заключается в том, что некоторые усилия по разработке альтернатив уже предпринимаются. Например, две крупные коммунальные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, недавно объявили о планах партнерства с компанией Carbon Rivers из Теннесси для переработки некоторых отработанных лопаток турбин коммунальных предприятий вместо их захоронения на свалке. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантового финансирования Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из бывших в употреблении лопаток турбины.
Несмотря на то, что составная природа лопаток турбины из стекловолокна, как известно, затрудняет работу с ними на этапе конечного использования, интерес к поиску альтернатив может также стимулировать творчество и инновации. Например, партнерство с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind разработало несколько интересных идей проектов гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лопастей из стекловолокна. К ним относится использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства как части конструкций линий электропередач или башен, или крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их пилотного использования на пешеходных мостах вдоль зеленых дорожек.
Ниже по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки.
WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей. По оценкам организаций, в течение следующих нескольких лет только в Европе будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум подготовил исчерпывающий отчет Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, в котором подробно описаны проекты, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.
Ключевым соображением при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках. Один пример из Германии, где концепция переработки лопаток турбины в цемент была впервые разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.
Эта форма переработки включает в себя контроль над цепочкой поставок утилизации, включая распиловку лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации, чтобы уменьшить транспортную логистику и затраты. Процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья переработанными лезвиями, а также использования биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.
Другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, также разрабатываются, что идеально обеспечит промышленность дополнительными возможностями обращения с лезвиями из стекловолокна, когда они достигнут конца срока службы.
Другой творческий вариант вторичной переработки позволяет производить гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions начала производство продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре будет дополнительно производить панельную версию.
Эти продукты сертифицированы как переработанные из выведенных из эксплуатации лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопасти до конечного продукта. Пеллеты EcoPoly могут быть преобразованы в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные столбики. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions предполагает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.
Дополнительный подход к проблеме переработки лезвий заключается в том, чтобы сосредоточиться на основной части — из чего сделаны лезвия. Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластичной смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле перерабатывать.
В конечном счете, цель расширения инноваций в целях дополнительного использования лопаток турбины, вышедших из эксплуатации, требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки.
Наряду с этой проблемой в США отсутствует политика в отношении конечного использования турбинных лопаток, что еще больше усугубляет статус-кво хранения или удаления твердых отходов на свалках.
Как обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшей свалке, а не часто перевозить их на дальние расстояния, необходимые для переработки на ограниченном количестве объектов. которые могут эффективно их обрабатывать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от отсутствия регулятивного давления или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.
Два подхода к экономике замкнутого цикла — это более тесная коммуникация в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели. Например, Vestas Wind Systems A/S, глобальная компания по проектированию, производству и установке ветряных турбин, объявила о смелом намерении производить безотходные ветряные турбины к 2040 году.
тесно сотрудничает со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерств, подобных этому, между компаниями ветроэнергетики, чтобы помочь заполнить пробел и сделать ветроэнергетические системы на 100 процентов пригодными для повторного использования.
Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как повышение ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Кроме того, штаты могли бы рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры по переработке, особенно в штатах с большей долей ветровой энергии, таких как Техас или Айова, для решения проблемы конечного использования лопастей ветряных турбин.
В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию о переработке солнечных панелей и аккумуляторов энергии.
#НИОКР #береговой ветер
Вы когда-нибудь задумывались, как башня ветряной турбины может выдержать такой большой вес? Или почему они все ориентированы в одном направлении? Такова природа ветряных турбин, гигантов возобновляемой энергии.
Национальный парк Сьерра-де-Бурго (Оренсе, Испания)
Путешествуя по дороге недалеко от городов, вы, должно быть, наткнулись на ветряную электростанцию. Любопытно посмотреть, как синхронно работают ветряные турбины. Это как наблюдать за футбольной командой, где все члены стратегически расположены и поворачиваются в одном направлении.
Это может показаться совпадением, но это не так: все детали операции определяются хорошо изученными и четко определенными исследованиями.
Узнайте о них больше!
Почему чаще всего используются ветряные турбины с тремя лопастями?
На протяжении всей истории было много типов турбин или машин, которые использовались для использования кинетической энергии ветра. Из всех них наиболее используемая и распространенная в наши дни — и также выбранная Ибердрола — та, у которой три лопасти движутся относительно горизонтальной оси. Это наиболее эффективный вариант с технической точки зрения: меньшее количество лопастей приводит к лучшему балансу.
Почему они всегда смотрят в одном направлении?
Подобно полю подсолнухов, ветряные турбины всегда ориентированы в одном направлении, так что вместо того, чтобы следовать за солнцем, они могут следовать за ветром и использовать его потенциальную энергию. Это достигается благодаря флюгеру, который у всех есть наверху гондолы. Этот флюгер указывает системе управления, правильно ли расположен ротор против ветра.
Как ветер двигает лопасти?
Иногда трудно себе представить, как лопасти ветряка, нагруженного такими размерами и весом, могут двигаться ветром с нормальными характеристиками.
Причина в его форме, так называемом аэродинамическом профиле: Когда ветер дует перпендикулярно им, создается подъемная сила, вызывающая движение.
Как башня выдерживает такой большой вес?
Башня ветряной турбины — это конструктивный элемент, на котором закреплены ротор и гондола. Более того, он поддерживает всю силу ветра. Ключ в его конструкции и составе, так как он должен выдерживать вес до 15 взрослых слонов.
Знаете ли вы, как делаются лопасти ветряка?
СМ. ИНФОГРАФИКУ: Знаете ли вы, как делаются лопасти ветряной турбины? [PDF] Внешняя ссылка, открывается в новом окне.
Узнайте об этапах производства лезвий Скрыть информацию
Какие материалы используются?
Большинство лезвий изготавливаются из полиэстера, армированного стекловолокном, или из эпоксидной смолы. В качестве армирующего материала также используется углеродное волокно или арамид (кевлар).
В настоящее время возможно использование составы древесины, такие как древесно-эпоксидная смола или древесно-волокнистая эпоксидная смола, исследуется.
Как проводится техническое обслуживание?
Существует два типа обслуживания: профилактическое и корректирующее. Первый состоит из периодических проверок для определения состояния лопастей и выявления любых повреждений. Эти проверки проводятся с использованием различных методов — с земли, с помощью высокоточных телеобъективов, подъема по лопастям с помощью канатов, кранов или подъемных платформ и дистанционно, с использованием дронов. Тем временем ремонтное обслуживание состоит из ремонт или реконструкция лопастей и гондол для исправления любых повреждений, которые появляются как на поверхности, так и внутри конструкции.
Как ремонтируются лезвия?
Лопасти ветряных турбин могут иметь трещин, повреждений, вызванных ударами молнии и птиц или отверстий в передней или задней кромке, среди других повреждений.