Cách cải thiện độ bền của máy tuabin bằng mô phỏng cơ khí động lực
Việc thiết kế máy tuabin sao cho hiệu quả hơn, giảm trọng lượng và tăng độ tin cậy vẫn đang là một thách thức. Các thay đổi nhằm nâng cao hiệu suất lên các giới hạn mới sẽ dẫn đến các vấn đề về nhiệt độ hoạt động cao hơn, mặc dù trọng lượng và độ dày của cánh giảm, nhưng vẫn phải đáp ứng các tiêu chí về ứng suất và độ rung.
Các thiết kế cánh quay mới mảnh hơn trong những môi trường hoạt động khắc nghiệt có thể dễ bị mỏi và gãy. Những tính toán thiếu chính xác, ngay cả ở mức độ nhỏ nhất, cũng có thể dẫn đến chi phí bảo trì và thời gian ngừng hoạt động rất cao hoặc hỏng hóc hoàn toàn, có thể gây nguy hiểm cho sự an toàn của chuyến bay.
Mặt khác, dự đoán hiệu suất chính xác sẽ đảm bảo độ bền, cho phép các thiết kế được đẩy đến giới hạn, mang lại hiệu quả cao nhất.
Ansys cung cấp quy trình làm việc cơ khí động lực (aeromechanical) tiên tiến được sắp xếp hợp lý để phân tích tất cả các tương tác giữa chất lỏng và kết cấu, nhằm đảm bảo độ an toàn của những vật liệu và thiết kế mới.
Quy trình tính toán cơ khí động lực (Aeromechanical)
Các phép phân tích cơ khí động lực về cơ bản là các bài toán tương tác đa trường vật lý kết cấu - chất lỏng phức tạp theo thời gian. Khi bắt đầu mô phỏng những vấn đề này cần đảm bảo truyền dữ liệu chính xác và hiệu quả giữa các bộ giải. Đó là lý do tại sao Ansys đã phát triển một quy trình làm việc thực tế, với các bộ giải tốt nhất cho các ứng dụng này.
Cho dù thực hiện phân tích cánh rung vẫy (flutter) hay phân tích phản ứng cưỡng bức do mỏi chu kỳ cao (HCF), Ansys có giải pháp tính toán tương tác một chiều hiệu quả và thiết thực với các công cụ truyền dữ liệu tiên tiến để đảm bảo độ chính xác cao.
Phân tích hiện tượng cánh rung vẫy (Flutter)
Để chắc chắn rằng tải trọng khí động học sẽ làm giảm độ rung của cánh quay ở tần số tự nhiên, bạn cần bắt đầu với phân tích độ rung của cánh được tính toán tương tác một chiều.
|
Một phân tích tần số tự nhiên ứng suất trước được thực hiện trong Ansys Mechanical. Mechanical sẽ tự động ánh xạ các hình dạng chế độ lên cánh trong cài đặt và thực hiện mô phỏng không ổn định. Điều này sử dụng phương pháp Phân tích dao động điều hòa để mô phỏng sự rung của cánh quay trong miền tần số và nhanh hơn đáng kể so với phân tích theo thời gian truyền thống. Từ đó thu được các kết quả phân tích cho một loạt các hình dạng chế độ, tần số, biên độ và đường kính nút. Các kết quả này có thể được kiểm tra về độ ổn định bằng bản đồ hiệu suất để hiển thị những khu vực nào của cánh đang rung. Để phân tích sâu hơn, mật độ công suất tường có thể được kiểm tra để tìm chính xác khu vực nào đóng góp tích cực và tiêu cực vào việc giảm chấn. Việc tìm kiếm các khu vực quan trọng này trên cánh có thể được sử dụng để tạo ra một thiết kế mạnh mẽ hơn. Các giá trị giảm chấn khí động học thu được từ phân tích độ rung của cánh quạt có thể được sử dụng trong phân tích phản hồi cưỡng bức. |
 |
Phân tích đáp ứng cưỡng bức
Chuyển vị và ứng suất của cánh được tính toán bằng cách thực hiện mô tương tác một chiều. Vị trí tần số tự nhiên sẽ được kích thích theo các trạng thái động cơ khác nhau và có thể thu được từ Sơ đồ Campbell.
Chức năng cưỡng bức theo các trạng thái quan tâm của động cơ có thể được mô phỏng trong một mô phỏng không ổn định trên "hình học nóng", tức là khi tuabin đang chạy ở tốc độ và nhiệt độ tối đa, để tính toán áp suất lên các cánh dẫn hướng đầu vào (IGV) và các bề mặt cánh.
Các giá trị áp suất này, cùng với trạng thái động cơ và tốc độ quay, được tự động nhập và ánh xạ vào lưới kết cấu dưới dạng tải trong Ansys Mechanical. Khi chạy mô phỏng và thu được kết quả, một biểu đồ giao thoa có thể cho thấy nơi nào sẽ có sự giao thoa giữa dải tần số tự nhiên và các chỉ số dao động điều hòa, gây ra đáp ứng cưỡng bức.
Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các quy trình công việc cơ khí động lực này, hãy xem hội thảo trên web của chúng tôi: Turbo in 15 Minutes: Improving Durability with Aeromechanics
Bài viết liên quan:
- Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech .,Jsc" hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này