Estudio de caso: Turbinas de marea de GE

Ayudas de la simulación de Adams reducir la necesidad de la prueba física de turbinas de marea

Descripción

Hay muchas zonas costeras donde la geografía local obliga el movimiento de las mareas del océano, dando por resultado corrientes muy fuertes. El agua es 800 veces más densa que el aire así que estas corrientes podrían potencialmente generar mucha electricidad. La tecnología de marea de la turbina de GE trae conceptos probados y conocimiento industria-principal para golpear ligeramente en esta fuente de energía confiable y fiable. La turbina de marea de Oceade* ofrece una barquilla boyante que permita a la turbina ser remolcada fácilmente a y desde el sitio de funcionamiento. Esto elimina la necesidad de buques del especialista, reduciendo el coste de instalación y de mantenimiento. GE ha probado su turbina de Oceade* que actuaba en un 1 megavatio completo, inyectando más de 1,2 GWh de electricidad a la rejilla. Este programa de prueba ha permitido a GE validar los procesos de la instalación y de la recuperación, el funcionamiento autónomo, el funcionamiento y la curva de poder de la nueva turbina.

Desafío

La turbina fue diseñada originalmente usando diversos paquetes de programas informáticos de simulación ligados juntos para obtener una vista global de las interacciones del sistema con su ambiente. El foco primario de GE era cuantificar y maximizar exacto el poder producido de corrientes de marea. GE hizo así esfuerzos para simular la interacción entre el líquido y la turbina en un nivel de la fidelidad. Originalmente, el powertrain fue modelado simplemente como sistema de alto nivel de la masa-primavera. Sin embargo, este acercamiento no es suficiente estudiar el comportamiento dinámico interno de los componentes de la base del drivetrain tales como contragolpe en la caja de cambios, flexibilidad de los dientes y los ejes de engranaje, y fricción y juego en los transportes. La estructura es grande y compleja así que la construcción y la prueba incluso de un solo prototipo completo es costosas. Los ingenieros de GE quisieron hacerlos consiguieron la derecha del diseño la primera vez y reducen o eliminan el riesgo de iteraciones múltiples de la estructura y de la prueba.

Solución/validación

GE seleccionó las herramientas multibody de la simulación de Adams predecir el comportamiento dinámico de la turbina. Adams predice que el movimiento de cuerpos tan hace análisis cinemático y también simula las fuerzas que son responsables de este movimiento. Así pues, el modelo de dinámica multibody puede simular cargas dinámicas en diversos componentes, la vibración, los efectos de los cuerpos que entran en contacto con uno otro, las desviaciones, el etc.

Para ahorrar tiempo y desarrollar capacidades en la simulación dinámica multibody, GE contrató con el MSC para realizar la simulación dinámica del diseño de marea de la turbina. El MSC desplegó un equipo multinacional que consistía en ocho personas de Francia, de Alemania y de Suecia incluyendo un experto que llevaba, un experto del engranaje y un experto de Nastran. El equipo desarrolló un modelo de Adams que incorpora nueve cuerpos flexibles incluyendo un eje compuesto, los modelos dinámicos de la caja de cambios y los transportes y los interfaces con el sistema de control de la turbina.

Los nueve cuerpos flexibles fueron modelados con software finito del elemento del MSC Nastran con algunos de los modelos que consistían en más de 10.000 nodos. El fabricante del eje compuesto proporcionó propiedades mecánicas tales como la tiesura y la inercia del eje. Los consultores del MSC modelaron el eje usando un módulo compuesto específico de Nastran y calibraron el modelo para alcanzar las propiedades correctas. Nastran entonces fue utilizado para generar un fichero neutral modal (MNF) que fue importado en Adams.

Utilizaron al Adams/llevar el juego de herramientas de la tecnología avanzada (EN) para modelar los transportes. Este juego de herramientas ahorró tiempo de la simulación permitiendo modelar los transportes simplemente definiendo algunos parámetros y propiedades de material geométricos. El llevar EN entonces crearon los modelos de elemento finito de Nastran de los elementos rodantes y los anillos que fueron añadidos al modelo de sistema.

Después de la discusión con GE, un compromiso fue hecho entre los apremios del tiempo y la exactitud modelo. Los consultores utilizaron Adams/la maquinaria para crear los engranajes. Los modelos del engranaje de Adams/de la maquinaria pueden simular exactamente efectos del contragolpe y del traqueteo del engranaje. En los proyectos futuros, los consultores del MSC planean utilizar el enchufe de la tecnología avanzada de Adams/del engranaje (EN) para crear modelos flexibles aún más exactos del engranaje.

El sistema de control fue desarrollado internamente por GE así que proporcionaron los consultores un fichero de la biblioteca de vínculos dinámicos de Windows (DLL) que definió la salida del sistema de control bajo condiciones específicas. Los consultores del MSC ligaron el modelo de Adams al DLL co-para simular el modelo de Adams y el sistema de control.

La solución de Adams proporcionó fuerzas y las dislocaciones para cada componente bajo cada condición de carga

GE proporcionó 10 casos de la carga que representaban diversas condiciones de mar y los consultores del MSC utilizaron soluciones analíticas para estimar el cargamento resultante en la turbina. El equipo realizó el análisis modal de la estructura completa, análisis de estado estacionario bajo condiciones operativas, girando la rampa de la velocidad para arriba y la respuesta dinámica de la fuerza para cada loadcase.

Validación de la simulación de Adams contra resultados del modelo cinemático de alto nivel de la energía renovable de GE

Los resultados fueron validados contra el modelo de alto nivel usado para diseñar la turbina y mostraron el buen acuerdo. Además, el modelo de dinámica multibody de Adams proporcionó resultados más detallados sobre la dinámica de los componentes internos de la turbina. Después, el equipo validó los resultados del análisis modal con los que está publicados de modelo de alto nivel de la energía renovable de GE.

Resultados

Los resultados de la simulación proporcionaron la información para evaluar la reacción dinámica del diseño propuesto antes de la inversión en un prototipo físico y la prueba. De acuerdo con los resultados, las suposiciones del diseño de GE y los márgenes fueron verificados y las oportunidades para la optimización fueron identificadas. La compañía ahora se está trasladando adelante a la fase de pruebas confiada que el diseño “de-se ha arriesgado” de una dinámica así como de un punto de vista cinemático. “Este proyecto era una gran experiencia profesional que permitió que el equipo de GE y los consultores del MSC compartieran conocimiento y ganaran experiencia de su propia experiencia respectiva,” concluyó a Valentin Radigois, ingeniero de la ventaja, Mecánico-componentes, energía renovable de GE.

Sobre la energía renovable de GE

La energía renovable de GE ha hecho inversiones significativas en la fuente de energía confiable, inagotable, y fiable que es poder de marea. La compañía ofrece las soluciones completas que trabajan para mejorar la economía de granja de marea basada encendido durante 10 años de experiencia acumulada. Esto incluye la prueba acertada de 500 kilovatios y de turbinas de 1 MW, dando por resultado más de 1,5 GWh de electricidad que es añadida a la rejilla y proporcionando datos inestimables a la industria.