Étude de cas : Turbines de marée de GE

Aides de simulation d'Adams réduire le besoin d'essai physique des turbines de marée

Aperçu

Il y a beaucoup de régions côtières où la géographie locale contraint le mouvement des marées d'océan, ayant pour résultat les courants très forts. L'eau est 800 fois plus dense que l'air ainsi ces courants pourraient potentiellement produire de beaucoup d'électricité. La technologie de marée de turbine de GE apporte des concepts prouvés et l'industrie-principale connaissance pour brancher sur cette source d'énergie fiable et prévisible. La turbine de marée d'Oceade* comporte une nacelle flottable qui permet à la turbine d'être facilement remorquée à et du site de fonctionnement. Ceci élimine le besoin de navires de spécialiste, réduisant le coût d'installation et d'entretien. GE a prouvé sa turbine d'Oceade* fonctionnant à plein 1 mégawatt, injectant plus de 1,2 GWh de l'électricité à la grille. Ce programme d'essai a permis à GE de valider les procédés d'installation et de récupération, le fonctionnement autonome, la représentation et la courbe de puissance de la nouvelle turbine.

Défi

La turbine a été à l'origine conçue utilisant différents progiciels de simulation liés ensemble pour obtenir une vue globale des interactions du système avec son environnement. Le centre primaire de GE était avec précision de mesurer et maximiser la puissance produite à partir des courants de marée. GE a fait ainsi des efforts de simuler l'interaction entre le fluide et la turbine à un haut niveau de la fidélité. À l'origine, le powertrain a été simplement modelé comme système de haut niveau de masse-ressort. Cependant, cette approche n'est pas suffisante pour étudier le comportement dynamique interne des composants de noyau de boîte de vitesse tels que le contrecoup dans la boîte de vitesse, la flexibilité des dents d'engrenage et les axes, et le frottement et le jeu dans les incidences. La structure est grande et complexe ainsi établir et examiner même un prototype complet simple est coûteux. Les ingénieurs de GE ont voulu les faire ont obtenu la droite de conception la première fois et réduisent ou éliminent le risque d'itérations multiples de construction et d'essai.

Solution/validation

GE a choisi les outils multibody de simulation d'Adams prévoir le comportement dynamique de la turbine. Adams prévoit que le mouvement des corps fait aussi analyse cinématique et simule également les forces qui sont responsables de ce mouvement. Ainsi, le modèle de dynamique multibody peut simuler les charges dynamiques sur de divers composants, vibration, les effets des corps entrant en contact avec un un autre, des débattements, etc.

Pour épargner le temps et développer des qualifications dans la simulation dynamique multibody, GE s'est contracté avec le MSC pour effectuer la simulation dynamique de la conception de marée de turbine. Le MSC a déployé une équipe multinationale se composant de huit personnes de France, d'Allemagne et de Suède comprenant un expert de rapport, un expert en matière de vitesse et un expert en matière de Nastran. L'équipe a développé un modèle d'Adams qui incorpore neuf corps flexibles comprenant un axe composé, modèles dynamiques de la boîte de vitesse et incidences et interfaces avec le système de contrôle de turbine.

Les neuf corps flexibles ont été modelés avec le logiciel fini d'élément de MSC Nastran avec certains des modèles se composant de plus de 10 000 noeuds. Le fabricant de l'axe composé a fourni les propriétés mécaniques telles que la rigidité et l'inertie de l'axe. Les consultants en matière de MSC ont modelé l'axe utilisant un module composé spécifique de Nastran et ont calibré le modèle pour réaliser les propriétés correctes. Nastran a été alors employé pour produire d'un dossier neutre modal (MNF) qui a été importé dans Adams.

L'Adams/le rapport de la boîte à outils de technologie de pointe (À) a été utilisé comme moyen pour modeler les incidences. Cette boîte à outils a épargné le temps de simulation en permettant pour modeler les incidences simplement en définissant quelques paramètres et propriétés de matériel géométriques. Le rapport à puis ont créé des modèles d'élément fini de Nastran des éléments de roulement et les anneaux qui ont été ajoutés au modèle de système.

Après discussion avec GE, un compromis a été fait entre les contraintes de temps et l'exactitude modèle. Les conseillers ont utilisé Adams/machines pour créer les vitesses. Les modèles de vitesse d'Adams/machines peuvent exactement simuler des effets de contrecoup et de hochet de vitesse. Dans de futurs projets, les consultants en matière de MSC prévoient d'utiliser la prise de technologie de pointe d'Adams/vitesse (À) pour créer les modèles flexibles bien plus précis de vitesse.

Le système de contrôle a été développé intérieurement par GE ainsi les conseillers ont été équipés de dossier de la bibliothèque de liens dynamiques de Windows (DLL) qui a défini la sortie du système de contrôle dans des conditions spécifiques. Les consultants en matière de MSC ont lié le modèle d'Adams au DLL Co-pour simuler le modèle d'Adams et le système de contrôle.

La solution d'Adams a fourni des forces et des déplacements pour chaque composant dans chaque condition de charge

GE a fourni 10 cas de charge représentant différents états de mer et les consultants en matière de MSC avaient l'habitude les solutions analytiques pour estimer le chargement en résultant sur la turbine. L'équipe a exécuté l'analyse modale de la pleine structure, analyse équilibrée dans des conditions de fonctionnement, la vitesse tournante construisent et réponse dynamique de force pour chaque loadcase.

Validation de la simulation d'Adams contre des résultats de modèle cinématique de haut niveau d'énergie renouvelable de GE

Les résultats ont été validés contre le modèle de haut niveau employé pour concevoir la turbine et ont montré la bonne concordance. En outre, le modèle de dynamique multibody d'Adams a fourni des résultats plus détaillés au sujet de la dynamique des composants internes de la turbine. Après, l'équipe a validé les résultats d'analyse modale avec ceux publiés du modèle de haut niveau d'énergie renouvelable de GE.

Résultats

Les résultats de simulation ont fourni les informations pour évaluer la réponse dynamique de la conception proposée avant d'investir dans un prototype physique et l'essai. Basé sur les résultats, des hypothèses de conception de GE et les marges ont été vérifiées et des occasions pour l'optimisation ont été identifiées. La société se déplace maintenant en avant à la phase expérimentale sûre que la conception « De-a été risquée » d'une dynamique aussi bien que d'un point de vue cinématique. « Ce projet était une grande expérience professionnelle qui a permis à l'équipe de GE et à des consultants en matière de MSC de partager la connaissance et d'acquérir l'expérience de leur propre expertise respective, » a conclu Valentin Radigois, ingénieur d'avance, Mécanique-composants, énergie renouvelable de GE.

Au sujet de l'énergie renouvelable de GE

L'énergie renouvelable de GE a réalisé des investissements significatifs dans la source d'énergie fiable, inépuisable, et prévisible qui est puissance de marée. La société offre les solutions complètes qui fonctionnent pour améliorer des sciences économiques agricoles de marée basées dessus sur 10 ans d'une expérience accumulée. Ceci inclut l'essai réussi de 500 kilowatts et de turbines de 1 MW, ayant pour résultat plus de 1,5 GWh de l'électricité étant ajoutée à la grille et fournissant des données inestimables à l'industrie.