بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق نتایج آنالیز انتقال حرارت سیکل پخت پوسته پره کامپوزیتی توربین باد با طول 20 متر و توان حقزحذ به صورت تاریخچه هاي دما ودرصد پخت مورد مطالعه قرار گرفته است. در ساخت این نوع پره از رزین اپوکسی خلنشقبغ با تقویت کننده هاي شیشه و بالسا استفاده می شود. از انتقال حرارت در طول پره صرف نظر شده است. بحرانی ترین مقطع پره با توجه به ماکزیمم ضخامت کامپوزیت و ماکزیمم طول کورد ایرفویل انتخاب شده است. طول این مقطع برابر با 2 متر است. در طراحی هندسی این مقطع از پره نوع ایرفویل نذنح عغلش می باشد. همچنین انتقال حرارت هدایتی از قالب وجود ندارد و قالب در طول سیکل پخت تحت دماي کوره قرار دارد.
قابل ذکر است که از انتقال حرارت در طی تزریق رزین صرف نظر میشود و فرض میس شود که واکنش شیمیایی پخت پس از اتمام سیکل تزریق شروع میشود. دماي اولیه قطعه 40 در نظر گرفته شده و دماي قالب در طول سیکل پخت 80 به صورت ثابت فرض میشود. با توجه به آنکه یک قطعه کامپوزیتی زمانی به پخت کامل میرسد که میزان پخت نقاط قطعه به %85 پخت رسیده باشند. لذا در این مطالعه از این نظریه استفاده کرده و زمان لازم براي رسیدن نقاط به درجه پخت کامل را به دست میآوریم که این مدت زمان براي پوسته مذکور برابر با 660 دقیقه میباشد.
-1 مقدمه
مسائل زیست محیطی و هشدار دانشمندان در مورد کاهش ذخیره سوختهاي فسیلی در جهان، علل توجه به انرژي هایی است که امروزه آنها را لانرژیهاي رایگان، انرژيهاي پاك یا تمیزل مینامند. باد یکی از این انرژيهاي تمیز است که خصوصیاتی همچون رایگان بودن، قابل تجدید بودن و سازگاري با محیط زیست باعث جایگاه ویژه آن شده است.
روتور یک توربین باد مهمترین جزء آن است که گشتاور لازم براي تولید برق را تأمین مینماید. از اجزاء مهم روتور پرههاي آن است، که به هاب متصل شده و طراحی صحیح آنها به عنوان یک قسمت حساس از توربین بادي در دو دهه گذشته رشد سریعی داشته است
براي ساخت پره هاي توربین بادي روشهاي مختلف و گسترده اي وجود دارد، که عمومی ترین روش به کار رفته براي این منظور روش ق1لAب میباشد. این روش مکش رزین داخل قالب خوانده میشود. در این فرایند از یک نیمه قالب صلب در کف و یک نیمه قالب انعطاف پذیر که همان کیسههاي خلأ می باشند استفاده میشود. عموماً ازاین روش براي تولید قطعات کامپوزیتی بزرگ استفاده میشود. بدین ترتیب که ابتدا الیاف را در قالب جاي میدهند و سپس رزین را درون الیاف تزریق می کنند. پس از اینکه قالبکاملاً پر شد تزریق متوقف و دماي قالب افزایش مییابد. شکل - 1 - این روش را براي پوسته پره توربین باد نشان میدهد.
شکل :1 ساخت پره توربین به روش VARTM
سیکل بعدي مرحله پخت است که در آن دیوارههاي قالباصولاً در یک دماي ثابت نگه داشته میشوند تا قطعه درون قالب به پخت کامل برسد. زمانیکه قطعه تا %85 پخت رسید قالب را باز و قطعه سخت شده را از درون قالب خارج میکنند. در این نوع فرایندهاي تولید، کمیتهاي اصلی عبارتند از دماي قالب در طول سیکل پخت، نوع الیاف، درصد حجمی الیاف و زمان پخت.
اگر دما و زمان پخت با دقت انتخاب نشوند قطعه ممکن است به پخت کامل نرسد. از طرفی، بالا بردن دماي پخت نیز باعث ایجاد اعوجاج در ماده به همراه لایه لایه شدن قطعهي کامپوزیتی میشود. این نقص علاوه بر خواص فیزیکی میتواند بر خواص مکانیکی قطعه نیز تاثیرات قابل توجهی را ایجاد نماید. لذا میتوان گفت دما و زمان به عنوان دو پارامتر اصلی و مهم در سیکل پخت یک قطعه کامپوزیتی میباشند.
در رابطه با آنالیز سیکل پخت در پروسه مذکور در سالهاي اخیر فعالیتهاي بسیاري انجام شده است. تواردوسکی و همکاران روي پخت قطعات کامپوزیتی ضخیم کار کردند. اما روابط مربوط به انرژي و انتقال حرارت را به صورت کاملاً یک بعدي حل کردند.
چن و هوانگب3م یک مدل دوبعدي اجزاء محدود براي آنالیز قطعات کامپوزیت نازك نوشتند آنها اثر تغییرات ویسکوزیته رزین و دماي قالب را روي چگونگی جریان رزین بررسی کردند. این محققین از یک مدل ساده قانون توان براي تعیین تغییرات ویسکوزیته رزین استفاده کردند اما سیکل پخت کامپوزیت را بررسی نکردند. بهزاد و ساینب4م به منظور پیش بینی مشخصه هاي دمایی و رفتار پخت کامپوزیتهاي هم دما، در طی فرایند پخت یک شبیه سازي عددي با استفاده از برنامه مطلب انجام دادند. شبیه سازي مدل براي حالت تک بعدي و سه بعدي انجام شد و نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج ازمایشگاهی به اثبات می رسند.
ناکوزي و همکاران بر اساس روش حل عددي، پخت قطعات کامپوزیتی تقویت شده با نانو لوله هاي کربنی را تحت پخت اشعه هاي مادون قرمز دنبال نمودند. در این روش از نرم افزار استفاده شده است. ایشان در این تحقیق به این نتیجه رسیدند که مدت زمان لازم براي پخت یک قطعه کامپوزیتی با استفاده از پرتوهاي مادون قرمز بسیار کوتاهتر از زمان لازم براي پخت قطعات کامپوزیتی با استفاده از روشهاي دیگر میباشد.
براساس مدلهاي کامپیوتري ارائه شده که قادر به بررسی اثر هر کدام از پارامترهاي تولید روي کیفیت قطعه هستند میتوان پروسه تولید را قبل از تولید حتی یک نمونه از قطعه به صورت کامل بررسی نمود و قطعه را قبل از ساخت در تک تک مراحل ساخت به صورت کامل بهینه کرد. این مسئله میتواند هزینههاي اضافی و دور ریز مواد را تا بخش بسیار زیادي بکاهد.
در این تحقیق مرحله پخت پوسته کامپوزیتی پره توربین باد به روش مکش رزین داخل قالب مورد مطالعه قرار گرفته است. با انتخاب نوع الیاف، نوع رزین و دماي قالب زمان لازم براي پخت کامل قطعه و تاریخچههاي دما و درصد پخت قطعه تعیین میشوند. بدین منظور از مدلهاي کامپیوتري ارقامی تفاضل محدود به زبان فرترن استفاده شده است.
-2 طول مقاله
در مطالعاتی که در زمینه روشهاي انتقال رزین انجام میشود فرض بر آن است که انتقال حرارت در کوره فقط به صورت هدایت انجام میپذیرد و علاوه بر آن فرض میشود که در مرحلهي ترزیق، پخت رزین به تعویق میافتد تا اینکه قالب کاملاً از رزین پر شود. پس از آن دماي دیواره افزایش مییابد و در دمایی که از قبل تعیین شده است، بصورت ثابت در نظر گرفته می شود. در این دما واکنش شیمیایی پالیمریزاسیون اتفاق میافتد و باعث پخت قطعه
میشود.
قطعهي مورد نظر در این بررسی پوستهي پره کامپوزیتی توربین باد با طول 20 متر و توان حقزحذ میباشدبخمح براي پره مورد بررسی از انتقال حرارت در طول پره صرف نظر شده و بحرانی ترین مقطع پره، با توجه به ماکزیمم ضخامت کامپوزیت به کار رفته در آن و ماکزیمم طول کورد ایرفویل انتخاب و مورد بررسی قرار گرفته شده است. طول این مقطع برابر با 2 متر است.
در طراحی هندسی این مقطع از پره نوع ایرفویل نذنح عغلش میباشد. ضخامت کامپوزیت در این پوسته برابر با عط2/5 است که 0/3 آن از الیاف شیشه و2/2 آن تقویت کننده بالسا میباشد. دماي دیواره قالب برابر با 80 و حجم الیاف برابر با 50 درصد در نظر گرفته شده استح پوستهي پرهي توربین مورد نظر به همراه مقطع بحرانی انتخابی از آن در شکل - -2الف - و ایرفویل به کار رفته در این مقطع در شکل - -2ب - نشان داده شده است.
