알루미늄은 풍력 터빈의 캐노피 및 엔클로저 패널, 프레임 돌출부, 발전기 및 기어박스 하우징, 열 교환기 프레임, 케이블 트레이, 사다리 및 플랫폼 격자, 모선 및 케이블, 낙뢰 보호 경로 부분 등 주로 기계의 비구조 및 보조-구조 부분에 나타납니다. 그 이유는 질량 때문입니다. 나셀 내부에 절약된 모든 킬로그램은 타워-헤드 하중을 줄여 타워 질량과 기초 비용을 줄이며 이러한 절약은 설계 범위의 모든 로드 케이스에서 반복됩니다.
각 알루미늄 합금이 사용되는 곳
| 요소 | 일반적인 합금 및 성미 | 제품형태 | 선정이유 |
|---|---|---|---|
| 나셀 캐노피 및 인클로저 패널 | EN AW-5754 H22 또는 5052 H32 | 시트 및 코일 | 해양-등급 내식성, 성형성, 용접성 |
| 내부 프레임 및 지지 돌출 | EN AW-6082 T6, 6063 T6 | 돌출 프로파일 | 6xxx 압출 중 최고 강도, 우수한 압출성, 용접 프레임 |
| 발전기, 변환기 및 기어박스 하우징 | 6xxx 단조 및 주조 등급 | 플레이트, 압출, 주조 | 질량 감소 및 열 방출을 위한 높은 열 전도성 |
| 케이블 트레이, 사다리 및 그레이팅 | 6063 T6, 3003 및 5052 시트 | 압출 및 시트 | 가볍고 내부식성, 비자성- |
| 버스바 및 전원 케이블 | 1050A, 1350 | 바 및 연선 | 1350의 경우 61% IACS 영역의 전기 전도성 |
| 낙뢰 보호 도체 및 수용체 | 1050, 6061 | 바, 시트, 압출 | 전도성, 서지 침식에 대한 저항성 |
압출에 대한 기계적 특성 요구 사항은 EN 755-2 또는 ASTM B221에 지정되어 있으며 시트 및 플레이트에 대한 EN 485-2 또는 ASTM B209, 화학적 조성은 EN 573-3에 지정되어 있습니다. 연안 및 연안 현장에서는 6xxx 합금이 더 강한 경우에도 5xxx 시트 합금을 요구하기 때문에 일반적으로 등급 선택은 부식 환경에서 시작됩니다.
질량과 강성이 어떻게 균형을 이루는가
강철을 알루미늄으로 교체한다고 해서 자동으로 무게가 줄어들지는 않습니다. 왜냐하면 디자인은 일반적으로 강도보다는 강성에 의해 결정되기 때문입니다. 알루미늄의 모듈러스는 강철의 210GPa에 비해 약 70GPa로 비율은 1/3입니다. 강철 패널의 굽힘 강성을 맞추려면 알루미늄 패널이 약 1.44배 더 두꺼워야 합니다. 강성은 두께의 세제곱에 따라 증가하고 모듈러스에는 선형적으로만 증가하기 때문입니다. 동일한 강성에서 알루미늄의 무게는 강철 패널의 약 0.95입니다. 강도, 부식 허용량 또는 취급 중량이 대신 적용되는 곳에서 실질적인 이점이 나타납니다. 6082 T6의 강도-관리 브래킷 무게는 강철 등가물의 약 1/3이며, 5754의 해안 캐노피 패널은 페인트 또는 아연 도금 강철과 달리 보호 코팅이 전혀 필요하지 않습니다. 해양 기계의 경우 코팅 유지 관리를 없애는 것이 직접적인 질량 절감보다 더 가치 있는 경우가 많습니다.
터빈 구조의 알루미늄 설계 규칙
구조 설계는 알루미늄 구조에 대한 유로코드인 EN 1999-1-1을 따릅니다. 피로는 용접 및 볼트 연결에 대한 세부 범주를 지정하는 EN 1999-1-3에 따라 평가되며, 터빈 자체는 IEC 61400-24가 적용되는 낙뢰 보호 기능을 갖춘 IEC 61400-1 설계 요구 사항에 맞게 설계되었습니다. 네 가지 실제 규칙이 따릅니다.
편향이 먼저 지배됩니다. 강성이 있는 구간을 선택한 후 응력을 확인합니다.
용접에는 피로 강도가 필요합니다. 용접된 알루미늄 디테일은 모재보다 피로 등급이 훨씬 낮으며, 6xxx 합금의 경우 열 영향부는 T6 강도의 상당 부분을 잃으므로 일반적으로 설계 허용치는 모재 값의 약 절반으로 간주됩니다.
알루미늄을 구리로부터 멀리하고 강철로부터 분리하십시오. 알루미늄은 갈바니 계열의 양극이므로 강철 또는 스테인리스강과의 습식 접합은 알루미늄에 대한 공격을 집중시킵니다. 절연 와셔, 코팅된 패스너 및 밀봉제를 사용하고 구리- 베어링 부품을 완전히 피하십시오.
물이나 소금이 담긴 주머니를 허용하지 마십시오. 배수 및 환기 세부 사항은 합금 등급보다 캐노피 패널의 서비스 수명을 결정합니다.
자주 묻는 질문
Q:풍력 터빈 나셀에 알루미늄이 사용되는 이유는 무엇입니까?
A: 타워-헤드 질량을 줄이기 위한 것입니다. 나셀 질량이 낮다는 것은 타워 하중이 낮고, 타워가 가벼우며 기초가 더 작다는 것을 의미하며, 외부 패널에 부식 코팅이 필요하지 않다는 의미이기도 합니다.
Q:풍력 터빈 타워는 알루미늄으로 만들어졌나요?
A: 아니요. 타워는 강철이거나 콘크리트입니다. 그 이유는 강성과 단위 강성당 비용이 해당 규모에서는 강철을 선호하기 때문입니다. 알루미늄은 2차 구조물, 인클로저, 전기 부품에 사용됩니다.
Q:풍력 터빈에는 어떤 알루미늄 합금이 사용됩니까?
A: 날씨에 노출되는 패널의 경우 EN AW-5754 및 5052 시트, 프레임 및 트레이의 경우 EN AW-6063 및 6082 압출, 기계 부품의 경우 6061, 도체 및 부스바의 경우 1050A 또는 1350입니다.
Q:해양 터빈의 부식은 어떻게 제어됩니까?
A: 5xxx 시트 합금은 코팅 없이 염수에 저항하기 때문에 등급 선택이 첫 번째 단계입니다. 접합부는 갈바닉 공격을 방지하기 위해 격리되어 있으며, 6xxx 압출이 실외에서 사용되는 경우 ISO 7599에 따라 양극 산화 처리되거나 도색된 후 ASTM B117에 따른 염수 분무 테스트를 통해 검증됩니다.
Q:알루미늄 터빈 부품의 피로는 어떻게 처리됩니까?
A: EN 1999-1-3의 세부 범주와 IEC 61400-1의 부하 스펙트럼이 함께 정의되어 설계 서비스 수명을 정의합니다. 용접 조인트와 열 영향을 받는 부분은 중요한 위치이며 이를 방지하기 위해 볼트 또는 접착 조인트를 선택하는 경우가 많습니다.
Q:재활용 알루미늄이 터빈 부품에 사용됩니까?
답: 그렇습니다. 2차 알루미늄은 1차 금속을 제련하는 데 필요한 에너지의 극히 일부만을 필요로 하며 중요하지 않은 인클로저 및 트레이에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
