Fallstudie: Gezeiten- Turbinen GEs

Adams-Simulationshilfen Bedarf an der körperlichen Prüfung von Gezeiten- Turbinen verringern

Überblick

Es gibt viele Küstenregionen, in denen lokale Geografie die Bewegung von Ozeangezeiten begrenzt, mit dem Ergebnis der starken Strömungen. Wasser ist 800mal dichter als Luft, also konnten diese Strom viel Strom möglicherweise erzeugen. Holt Gezeiten- Turbinentechnologie GEs nachgewiesene Konzepte und Industrie-führendes Wissen, um in diese zuverlässige und vorhersagbare Energiequelle zu klopfen. Die Gezeiten- Turbine Oceade* kennzeichnet eine lebhafte Zelle, die der Turbine ermöglicht, nach und von dem Einsatzort leicht geschleppt zu werden. Dieses beseitigt den Bedarf an den Spezialistenschiffen und verringert die Kosten der Installation und der Wartung. GE hat seine Oceade*-Turbine geprüft, die an einem vollen 1 Megawatt funktioniert und über 1,2 GWh von Strom eingespritzt zum Gitter. Dieses Testprogramm hat GE ermöglicht, die Installations- und Wiederherstellungsprozesse, autonome Ausführung, die Leistung und Energiekurve die neue Turbine zu validieren.

Herausforderung

Die Turbine war ursprünglich unter Verwendung der verschiedenen SimulationsSoftwarepakete entworfen, die zusammen verbunden wurden, um eine globale Ansicht der Interaktionen des Systems mit seiner Umwelt zu erhalten. Der Primärfokus von GE war, die Energie genau quantitativ zu bestimmen und zu maximieren, die aus Gezeitenströmen produziert wurde. Folglich unternahm GE Anstrengungen, die Interaktion zwischen der Flüssigkeit und der Turbine an einer hohen Stufe von Treue zu simulieren. Ursprünglich wurde der Antrieb einfach als hochrangiges Masse-Feder-System modelliert. Jedoch ist diese Annäherung nicht genügend, das interne dynamische Verhalten von Getriebekernkomponenten wie Rückprall im Getriebe zu studieren, Flexibilität der Verzahnungen und der Wellen und Reibung und Spiel in den Lagern. Die Struktur ist groß und komplex, also, sogar einen einzelnen kompletten Prototyp ist zu errichten und die Prüfung teuer. GE-Ingenieure wollten sie machen erhielten das Entwurfsrecht das erste mal und verringern oder beseitigen das Risiko von mehrfachen Gestalt- und Testwiederholungen.

Lösung/Bestätigung

GE wählte multibody Simulationswerkzeuge Adams vor, das dynamische Verhalten der Turbine vorauszusagen. Adams sagt voraus, dass die Bewegung von Körpern tut so kinematische Analyse und auch die Kräfte simuliert, die für diese Bewegung verantwortlich sind. So kann das multibody Dynamikmodell dynamische Lasten auf verschiedenen Komponenten, Erschütterung, den Effekten von den Körpern, die mit sich in Verbindung treten, den Ablenkungen, etc. simulieren.

Um Zeit zu sparen und Fähigkeiten in der multibody dynamischen Simulation zu entwickeln, schloss GE mit MSC Vertrag ab um dynamische Simulation des Gezeiten- Turbinenentwurfs durchzuführen. MSC setzte ein multinationales Team ein, das aus acht Leuten von Frankreich, von Deutschland und von Schweden einschließlich einen tragenden Experten, einen Gangexperten und einen Nastran-Experten besteht. Das Team entwickelte ein Adams-Modell, das neun flexible Körper einschließlich eine zusammengesetzte Welle, dynamische Modelle des Getriebes und Lager und Schnittstellen mit dem Turbinenkontrollsystem enthält.

Die neun flexiblen Körper wurden mit begrenzter Element-Software MSC Nastran mit einigen der Modelle modelliert, die aus mehr als 10.000 Knoten bestehen. Der Hersteller der zusammengesetzten Welle lieferte mechanische Eigenschaften wie die Steifheit und die Trägheit der Welle. MSC-Berater modellierten die Welle unter Verwendung eines spezifischen zusammengesetzten Moduls Nastran und kalibrierten das Modell, um die korrekten Eigenschaften zu erzielen. Nastran wurde dann verwendet, um eine modale neutrale Datei (MNF) zu erzeugen die in Adams importiert wurde.

Der Adams/das Tragen neue Technologie (AN) von Toolkit wurden, um die Lager zu modellieren verwendet. Dieser Toolkit sparte Simulationszeit, indem es es möglich, die Lager einfach zu modellieren machte, indem es einige geometrische Parameter und Materialeigenschaften definierte. Das Tragen AN dann schufen Modelle begrenzten Elements Nastran der Wälzkörper und die Ringe, die dem Systemmodell hinzugefügt wurden.

Nach Diskussion mit GE, wurde ein Kompromiss zwischen Zeitbeschränkungen und vorbildlicher Genauigkeit gemacht. Die Berater benutzten Adams/Maschinerie, um die Gänge herzustellen. Adams-/Maschineriegangmodelle können Getriebespiel genau simulieren und Effekte rattern. In den zukünftigen Projekten planen MSC-Berater, Stecker neuer Technologie Adams/des Gangs zu benutzen (AN), um sogar genaue flexible Gangmodelle zu schaffen.

Das Kontrollsystem wurde innerlich durch GE entwickelt, also wurden die Berater mit einer Datei der Windows-dynamischverbindungsbibliothek (DLL) versehen, die den Ertrag des Kontrollsystems unter besonderen Bedingungen definierte. MSC-Berater verbanden das Adams-Modell mit dem DLL, um das Adams-Modell und das Kontrollsystem mit-zu simulieren.

Adams-Lösung stellte Kräfte und Verschiebungen für jede Komponente unter jedem Lastfall zur Verfügung

GE lieferte 10 Lastsfälle, die unterschiedlichen Seegang darstellen und MSC-Berater benutzten analytische Lösungen, um das resultierende Laden auf der Turbine zu schätzen. Das Team führte Modalanalyse der vollen Struktur, Analyse der ausgeglichenen Lage unter Betriebsbedingungen durch, stocken drehende Geschwindigkeit und dynamische Kraftantwort für jedes loadcase auf.

Bestätigung von Adams-Simulation gegen Ergebnisse des hochrangigen kinematischen Modells GE-erneuerbarer Energie

Die Ergebnisse wurden gegen das hochrangige Modell validiert, das benutzt wurde, um die Turbine zu entwerfen und gute Vereinbarung zeigten. Darüber hinaus lieferte multibody Dynamikmodell Adams ausführlichere Ergebnisse über die Dynamik von internen Komponenten der Turbine. Als nächstes validierte das Team die Modalanalyseergebnisse mit den, die vom hochrangigen Modell GE-erneuerbarer Energie herausgegeben wurden.

Ergebnisse

Die Simulationsergebnisse lieferten die Informationen, um die dynamische Resonanz des vorgeschlagenen Entwurfs vor der Investierung in einem körperlichen Prototyp und in der Prüfung auszuwerten. Basiert auf den Ergebnissen, wurden GE-Entwurfsannahmen und Ränder überprüft und Gelegenheiten für Optimierung identifiziert. Die Firma zieht jetzt vorwärts auf die überzeugte Testphase um, dass der Entwurf von einer Dynamik sowie von einem kinematischen Standpunkt „de-riskiert worden“ ist. „Dieses Projekt war eine große Berufserfahrung, die das GE-Team und MSC-Beratern erlaubte, Wissen zu teilen und Erfahrung von ihrer eigenen jeweiligen Sachkenntnis zu sammeln,“ schloss Valentin Radigois, Führungs-Ingenieur, Mechanisch-Komponenten, GE-erneuerbare Energie.

Über GE-erneuerbare Energie

GE-erneuerbare Energie hat bedeutende Investitionen in der zuverlässigen, unerschöpflichen und vorhersagbaren Energiequelle gemacht, die Gezeiten- Energie ist. Die Firma bietet komplette Lösungen an, die arbeiten, um die Gezeiten- Farmwirtschaft zu verbessern, die an in 10 Jahren angesammelter Erfahrung basiert wird. Dieses schließt die erfolgreiche Prüfung von 500 Kilowatt und von 1 MW-Turbinen, mit dem Ergebnis über 1,5 GWh vom Strom mit ein, der dem Gitter hinzugefügt wird und zur Verfügung stellend unschätzbare Daten zur Industrie.