Aluminium forekommer i vindturbiner for det meste i de ikke-strukturelle og sekundære-strukturelle delene av maskinen: baldakin og kabinettpaneler, rammeprofiler, generator- og girkassehus, varmevekslerrammer, kabelbakker, stiger og plattformgitter, samleskinner og kabel, og deler av lynbeskyttelsesbanen. Årsaken er masse. Hvert kilo spart inne i nacellen reduserer tårnets-hodebelastning, noe som reduserer tårnmassen og fundamenteringskostnadene, og denne besparelsen gjentas i alle lasttilfeller i designkonvolutten.
Hvor hver aluminiumslegering brukes
| Komponent | Typisk legering og temperament | Produktform | Årsak til valg |
|---|---|---|---|
| Nacelle kalesje og kabinettpaneler | EN AW-5754 H22, eller 5052 H32 | Ark og spole | Marine-korrosjonsbestandighet, formbarhet, sveisbarhet |
| Innvendig ramme og støtteprofiler | EN AW-6082 T6, 6063 T6 | Ekstrudert profil | Høyeste styrke på 6xxx-profilene, god ekstruderbarhet, sveisede rammer |
| Generator, omformer og girkassehus | 6xxx smidde og støpte karakterer | Plate, ekstrudering, støping | Massereduksjon og høy varmeledningsevne for varmeavvisning |
| Kabelbakker, stiger og rister | 6063 T6, 3003 og 5052 ark | Ekstrudering og ark | Lett, korrosjonsbestandig, ikke-magnetisk |
| Samleskinner og strømkabel | 1050A, 1350 | Bar og strandet dirigent | Elektrisk ledningsevne i området 61 % IACS for 1350 |
| Lynbeskyttelsesledere og mottakere | 1050, 6061 | Bar, ark, ekstrudering | Konduktivitet, motstand mot bølgeerosjon |
Krav til mekaniske egenskaper for profiler er spesifisert i EN 755-2 eller ASTM B221, for plate og plate i EN 485-2 eller ASTM B209, og kjemisk sammensetning i EN 573-3. Karaktervalg starter normalt fra korrosjonsmiljøet, fordi offshore- og kystområder krever 5xxx platelegeringer selv der en 6xxx-legering ville være sterkere.
Hvordan masse og stivhet avveier
Å erstatte stål med aluminium sparer ikke automatisk vekt, fordi design vanligvis styres av stivhet snarere enn av styrke. Modulen til aluminium er omtrent 70 GPa mot 210 GPa for stål, et forhold på en tredjedel. For å matche bøyestivheten til et stålpanel, må et aluminiumspanel være omtrent 1,44 ganger tykkere, siden stivheten stiger med tykkelseskuben og bare lineært med modul. Ved lik stivhet veier aluminium da omtrent 0,95 av stålpanelet. De virkelige gevinstene vises der hvor styrke, korrosjonsgodtgjørelse eller håndteringsvekt styrer i stedet: en styrke-kontrollert brakett i 6082 T6 veier omtrent en tredjedel av stålekvivalenten, og et kysttakpanel i 5754 trenger ikke noe beskyttende belegg i det hele tatt, i motsetning til malt eller galvanisert stål. For offshore-maskiner er eliminering av beleggvedlikehold ofte verdt mer enn den direkte massebesparelsen.
Designregler for aluminium i turbinkonstruksjoner
Konstruksjonsdesign følger EN 1999-1-1, Eurokoden for aluminiumskonstruksjoner. Tretthet vurderes til EN 1999-1-3, som tildeler detaljkategorier til sveisede og boltede forbindelser, og selve turbinen er designet i henhold til IEC 61400-1 designkrav, med lynbeskyttelse dekket av IEC 61400-24. Fire praktiske regler følger.
Avbøyning styrer først. Velg delen for stivhet, og sjekk deretter stress.
Sveiser koster utmattingsstyrke. En sveiset aluminiumsdetalj har en mye lavere utmattelsesklasse enn grunnmetallet, og i 6xxx-legeringer mister den varmepåvirkede sonen en stor del av sin T6-styrke, så designtillatelser der er vanligvis tatt til omtrent halvparten av overordnet verdi.
Hold aluminium unna kobber og isoler det fra stål. Aluminium er anodisk i den galvaniske serien, så en våtfuge med stål eller rustfritt stål konsentrerer angrep på aluminiumet. Bruk isolerende skiver, belagte festemidler og tetningsmasse, og unngå kobber-komponenter helt.
Ikke tillat lommer som inneholder vann eller salt. Drenerings- og ventilasjonsdetaljer bestemmer levetiden til et baldakinpanel mer enn legeringskvaliteten gjør.
Ofte stilte spørsmål
Q:Hvorfor brukes aluminium i vindturbinnaceller?
A: For å redusere tårnets-hodemasse. Lavere nacellemasse betyr lavere tårnbelastning, et lettere tårn og et mindre fundament, og det fjerner også behovet for korrosjonsbelegg på utvendige paneler.
Q:Er vindturbintårn laget av aluminium?
A: Nei. Tårn er stål eller betong, fordi stivhet og kostnad per enhet stivhet favoriserer stål i den skalaen. Aluminium brukes til sekundærstruktur, kapslinger og elektriske komponenter.
Q:Hvilke aluminiumslegeringer brukes i vindturbiner?
A: EN AW-5754 og 5052 ark for paneler som er utsatt for vær, EN AW-6063 og 6082 profiler for rammer og brett, 6061 for maskinerte deler, og 1050A eller 1350 for ledere og samleskinner.
Q:Hvordan kontrolleres korrosjon på turbiner til havs?
A: Valg av karakter er det første trinnet, siden 5xxx arklegeringer motstår saltvann uten belegg. Skjøter er isolert for å forhindre galvanisk angrep, og der en 6xxx ekstrudering brukes utendørs er den anodisert til ISO 7599 eller malt, deretter verifisert ved saltspraytesting til ASTM B117.
Q:Hvordan håndteres tretthet i aluminiumsturbinkomponenter?
A: Med detaljkategorier fra EN 1999-1-3 og lastspekteret fra IEC 61400-1, som sammen definerer levetiden for design. Sveisede skjøter og den varmepåvirkede sonen er de kritiske stedene, og boltede eller limskjøter velges ofte for å unngå dem.
Q:Brukes resirkulert aluminium i turbinkomponenter?
A: Ja. Sekundært aluminium krever bare en liten brøkdel av energien som trengs for å smelte primærmetall, og det spesifiseres i økende grad for ikke-kritiske kabinetter og brett.
