Studio finalizzato: Turbine di marea di GE

Aiuti di simulazione di Adams ridurre esigenza di prova fisica delle turbine di marea

Panoramica

Ci sono molte zone costiere dove la geografia locale costringe il movimento delle maree dell'oceano, con conseguente correnti molto forti. L'acqua è 800 volte più densa dell'aria in modo da queste correnti potrebbero potenzialmente generare molta elettricità. La tecnologia di marea della turbina di GE porta i concetti provati e la conoscenza leader del settore attingere questa fonte di energia affidabile e prevedibile. La turbina di marea di Oceade* caratterizza una carlinga capace di galleggiare che permette alla turbina di essere rimorchiata facilmente a e dal sito di funzionamento. Ciò elimina l'esigenza delle navi dello specialista, riducendo il costo di installazione e di manutenzione. GE ha provato la sua turbina di Oceade* che funziona ad un 1 megawatt completo, iniettante oltre 1,2 GWh dell'elettricità alla griglia. Questo programma di prova ha permesso a GE di convalidare i processi di recupero e dell'installazione, il funzionamento autonomo, la prestazione e la curva di potere di nuova turbina.

Sfida

La turbina originalmente è stata progettata facendo uso dei pacchetti di programmi differenti di simulazione collegati insieme per ottenere una vista globale delle interazioni del sistema con il suo ambiente. Il fuoco primario di GE era di quantificare e massimizzare precisamente il potere prodotto dalle correnti di marea. GE ha fatto così gli sforzi per simulare l'interazione fra il liquido e la turbina ad un alto livello della fedeltà. Originalmente, il powertrain è stato modellato semplicemente come sistema ad alto livello della Massachussets-primavera. Tuttavia, questo approccio non è sufficiente per studiare il comportamento dinamico interno delle componenti del centro di trasmissione quali contraccolpo nel cambio, la flessibilità delle dentature e le assi ed attrito e gioco nei cuscinetti. La struttura è grande e complessa in modo da sviluppare e verificare anche un singolo prototipo completo sono costosi. Gli ingegneri di GE hanno voluto farli hanno ottenuto la destra di progettazione la prima volta e riducono o eliminano il rischio di ripetizioni multiple della prova e di configurazione.

Soluzione/convalida

GE ha selezionato gli strumenti multibody di simulazione di Adams predire il comportamento dinamico della turbina. Adams predice che il moto dei corpi così fa l'analisi cinematica ed inoltre simula le forze che sono responsabili di questo moto. Così, il modello di dinamica multibody può simulare i carichi dinamici sulle varie componenti, sulla vibrazione, sugli effetti dei corpi che contattano uno un altro, sulle deviazioni, ecc.

Per salvare il tempo e sviluppare le abilità nella simulazione dinamica multibody, GE si è contratto con il MSC per realizzare la simulazione dinamica della progettazione di marea della turbina. Il MSC ha spiegato un gruppo multinazionale otto persone consistenti dalla Francia, dalla Germania e dalla Svezia compreso un esperto sopportante, un esperto nell'ingranaggio e un esperto in Nastran. Il gruppo ha sviluppato un modello di Adams che comprende nove corpi flessibili compreso un'asse composita, modelli dinamici del cambio e cuscinetti ed interfacce con il sistema di controllo della turbina.

I nove corpi flessibili sono stati modellati con il software limitato dell'elemento del MSC Nastran con alcuni dei modelli che consistono di più di 10.000 nodi. Il produttore dell'asse composita ha fornito le proprietà meccaniche quali la rigidezza e l'inerzia dell'asse. I consulenti in materia del MSC hanno modellato l'asse facendo uso di un modulo composito specifico di Nastran ed hanno calibrato il modello per raggiungere le proprietà corrette. Nastran poi è stato usato per generare un archivio neutrale modale (MNF) che è stato importato in Adams.

L'Adams/sopportare la borsa degli arnesi di tecnologia avanzata (A) è stato usato per modellare i cuscinetti. Questa borsa degli arnesi ha salvato il tempo di simulazione permettendo di modellare semplicemente i cuscinetti definendo alcuni parametri e proprietà di materiale geometrici. Sopportando a poi hanno creato i modelli di elemento limitato di Nastran degli elementi di rotolamento e gli anelli che si sono aggiunti al modello di sistema.

Dopo la discussione con GE, un compromesso è stato fatto fra i vincoli di tempo e l'accuratezza di modello. I consulenti hanno utilizzato Adams/macchinario per creare gli ingranaggi. I modelli dell'ingranaggio macchinario/di Adams possono simulare esattamente gli effetti del contraccolpo e di crepitio dell'ingranaggio. Nei progetti futuri, i consulenti in materia del MSC progettano di utilizzare la spina di tecnologia avanzata ingranaggio/di Adams (A) per creare i modelli flessibili ancor più accurati dell'ingranaggio.

Il sistema di controllo è stato messo a punto internamente da GE in modo dai consulenti sono stati forniti di un archivio della libreria di collegamento dinamico di Windows (DLL) che ha definito l'uscita del sistema di controllo nelle circostanze specifiche. I consulenti in materia del MSC hanno collegato il modello di Adams al DLL co-per simulare il modello di Adams ed il sistema di controllo.

La soluzione di Adams ha fornito le forze e gli spostamenti per ogni componente in ogni circostanza di carico

GE ha fornito 10 casi del carico che rappresentano le condizioni del mare differenti ed i consulenti in materia del MSC hanno usato le soluzioni analitiche per stimare il caricamento risultante sulla turbina. Il gruppo ha eseguito l'analisi modale della struttura completa, l'analisi dello stato di stabilità nelle condizioni di funzionamento, la velocità girante si arrampica e risposta dinamica della forza per ogni loadcase.

Convalida di simulazione di Adams contro i risultati del modello cinematico ad alto livello dell'energia rinnovabile di GE

I risultati sono stati convalidati contro il modello ad alto livello usato per progettare la turbina ed hanno mostrato il buono accordo. Inoltre, il modello di dinamica multibody di Adams ha fornito i risultati più dettagliati circa la dinamica delle componenti interne della turbina. Dopo, il gruppo ha convalidato i risultati dell'analisi modale con quei pubblicati dal modello ad alto livello dell'energia rinnovabile di GE.

Risultati

I risultati di simulazione hanno fornito informazioni per valutare la reazione dinamica della progettazione proposta prima dell'investimento in un prototipo e nelle prove fisici. Sulla base dei risultati, le ipotesi di calcolo di GE ed i margini sono stati verificati e le opportunità per l'ottimizzazione sono state identificate. La società ora sta muovendosi in avanti verso la fase di prova sicura che la progettazione «de-è stata rischiata» da una dinamica come pure da un punto di vista cinematico. «Questo progetto era una grande esperienza di lavoro che ha permesso che il gruppo di GE ed i consulenti in materia del MSC dividessero la conoscenza ed acquisissero l'esperienza dalla loro propria rispettiva competenza,» ha concluso Valentin Radigois, l'ingegnere del cavo, le Meccanico-componenti, energia rinnovabile di GE.

Circa l'energia rinnovabile di GE

L'energia rinnovabile di GE ha fatto gli investimenti significativi nella fonte di energia affidabile, inesauribile e prevedibile che è energia delle maree. La società offre le soluzioni complete che funzionano per migliorare l'economia agricola di marea basata sopra in 10 anni di esperienza accumulata. Ciò comprende la riuscita prova di 500 chilowatt e delle turbine da 1 Mw, con conseguente oltre 1,5 GWh dell'elettricità che si è aggiunta alla griglia e fornendo i dati inestimabili all'industria.