2019年7月,Percheron Power在PNNL和 犹他州立大学水研究实验室, 开发并测试了由复合材料和利用先进制造方法建造的下一代阿基米德水动力螺旋涡轮机. 而阿基米德螺杆主要作为灌溉工具已经使用了几千年, 在过去的15年里,这种装置以水力发电的形式出现了令人兴奋的新应用. 该项目探索了一种新的制造方法,具有降低成本和提高未来整个行业涡轮叶片开发效率的潜力,并展示了迄今为止阿基米德水动力螺旋涡轮机的创纪录效率.

虽然可靠, 非常高效。, 和鱼搭配, 该技术面临生产障碍, 运输, 这导致了更高的项目成本,并减缓了美国工业采用这种设计的速度. 目前的阿基米德流体动力螺丝制造工艺需要弯曲大钢板,必须焊接在一起, 地面光滑,准备粉刷, 然后在工厂完全完成. 这意味着直径达16英尺、长达80英尺的涡轮组件必须完整地运到安装地点, 这既昂贵又具有物流挑战性. 用复合材料生产涡轮机, 然而, 在几个方面提供了一个有吸引力的选择. 研究团队评估了Percheron Power开发和3D打印的四种优化复合涡轮设计. 研究人员生成了900多个数据集 发表了一篇论文水利学报 在为更大的原型选择最佳设计之前.

在项目的第一阶段, 研究人员调查了各种叶片制造方法,然后决定轻树脂转移成型, 哪个生产成本更低, 与传统钢铁相比,还减少了浪费和排放. 尽管它们可以提供与钢相同的结构性能, 复合材料涡轮的重量轻25%-30%. 因为复合叶片在模具中被凝胶包裹, 它们不需要像钢刀片那样的底漆或耐腐蚀涂料. 此外, 顺利, 凝胶涂层叶片减少了腐蚀和摩擦,从而减少了水力损失.

Percheron Power的复合阿基米德水动力螺杆.
Percheron Power的复合阿基米德水动力螺杆.
由犹他州立大学提供

光树脂转移成型生产相同, 高度可复制的模具刀片,可以使用超过1,000次/次, 最终降低了每台涡轮机的生产成本. 通过这种方法生产的涡轮机还消除了超大尺寸的运输成本和物流成本, 由于叶片可以在涡轮安装现场而不是工厂安装在轴上. 与传统的钢制涡轮叶片不同,复合叶片可以单独更换. 该团队还为生产这种可拆卸叶片涡轮的设计和方法申请了专利.

在第二阶段, 螺旋涡轮原型机在全尺寸下成功测试. 犹他州水研究实验室完成了70多次成功的第一个原型水测试运行, 达到了阿基米德流体动力螺杆迄今为止最高的测量效率, 输出功率39千瓦, 测试流量为每秒10到50立方英尺, 涡轮转速从每分钟10转到40转. 复合阿基米德水动力螺杆工程有效地开发了一种新的, 优化复合阿基米德水轮机, 证明它可以通过先进的制造方法有效和高效地生产. Percheron Power被认为是世界上第一家为阿基米德水动力螺旋涡轮机或泵制造可更换复合叶片的公司,采用轻质树脂转移成型工艺. 由此产生的复合叶片涡轮是耐用的, 非常高效。, 以及具有成本效益的能源发电机,预计将对未来的涡轮机组件和低水头水电应用产生积极影响.

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低影响水电发展的创新成功案例