SIEMENS Áp dụng Công cụ Các trò chơi trong Casino Phú Quốc để phân tích xác suất độ mỏi chu kỳ thấp của vỏ tuabin khí

SIEMENS AG áp dụng Các trò chơi trong Casino Phú Quốc, Thống kê về Cấu trúc và Các trò chơi trong Casino Phú Quốc optiSLang để phân tích xác suất của các biến đổi hình học và ảnh hưởng của chúng đến trạng thái mỏi của vỏ tuabin khí.

Giới thiệu

SIEMENS AG sản xuất tua bin khí quy mô lớn để phát điện, ví dụ: tua bin khí SGT5-8000H với công suất 400 MW hoặc CCPP lên đến 600 MW. Hình ảnh tiêu đề cho thấy một tuabin như vậy trong quá trình lắp ráp.

Bài viết này trình bày một chiến lược phân tích xác suất của các biến đổi hình học và ảnh hưởng của chúng đến trạng thái mỏi của vỏ tuabin khí. Nhiệm vụ là định lượng ảnh hưởng của sự phân tán hình học đến ứng suất và tuổi thọ.

Quy trình phân tích bắt đầu bằng việc thu thập kiến ​​thức về độ lệch hình học thực tế đối với hình dạng CAD mục tiêu sau khi sản xuất. Việc đo chính xác bề mặt thật có thể được thực hiện thông qua quét laser.

Các bước trong quy trình làm việc

1. Số đo

Việc tạo ra máy quét laser bề mặt là thử thách đầu tiên do kích thước vỏ máy có đường kính 4,9 m, dài 13,1 m và nặng 390 tấn. Công nghệ quét hiện tại tạo ra khối lượng dữ liệu lớn (hơn 1 GB dữ liệu để lưu trữ tam giác của một lần quét 180°).

Thời gian có thể để quét tuabin bị giới hạn giữa quá trình sản xuất và chuẩn bị giao hàng. Do đó, đối với một số vỏ tuabin chỉ có thể quét được các phần của bề mặt.

2. Mô hình thống kê dung sai hình học

Các hình học ảo ngẫu nhiên mới được tạo trong phân tích độ mạnh mẽ. Khi sử dụng optiSLang, các thuộc tính thống kê (ví dụ: loại phân phối, giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, mối tương quan) thường được gán cho một tập hợp nhỏ các tham số.

Đầu tiên, các phép đo được nhập vào SoS bằng cách ánh xạ các phép đo (được cung cấp thông qua các tệp STL xác định ranh giới) lên bề mặt của lưới FEM không bị biến dạng. SoS tự động xác định độ lệch hình học (được đo vuông góc với bề mặt) cho mỗi nút FEM giữa mỗi phép đo và hình học tham chiếu.

Bước tiếp theo là tạo mô hình thống kê về độ lệch hình học. Mô hình trường ngẫu nhiên về cơ bản bao gồm “các mẫu biến thể” hoặc “hình dạng phân tán”.

Trong dự án này, chỉ có một số lượng rất nhỏ các phép đo được thực hiện. Do đó, các mẫu biến thể được tạo bằng cách sử dụng các hàm phân tích dựa trên các giả định kỹ thuật nhất định (ví dụ: các tham số độ dài tương quan).

Mô hình hình dạng thống kê không được tạo cho toàn bộ ranh giới. Mặc dù các độ lệch khác 0 được tìm thấy ở tất cả các vị trí biên trong phép đo, nhưng việc tạo ra các sai lệch hình học phải được giới hạn ở các mảng bề mặt.

3. Mô hình số

Mô hình số chủ yếu được tạo trong Các trò chơi trong Casino Phú Quốc Workbench. Ở đây, một mô hình nhiệt bán phân tích đã được triển khai để kết hợp dòng khí với mô hình cơ nhiệt nhất thời để dự đoán sự phân bố nhiệt độ và ứng suất trong không gian.

Mô hình cơ học ban đầu cho phần vỏ 90° bao gồm 840k nút và 380k phần tử. Tổng thời gian tính toán cho một thiết kế yêu cầu dung lượng ổ đĩa lớn hơn 30 GB và khoảng ba ngày trên phần cứng HPC trung bình.

Mô hình số được tạo bằng mô hình hình học CAD. Khi có sẵn lưới FEM, mô hình hình dạng thống kê có thể được xây dựng.

Trước khi mô hình Các trò chơi trong Casino Phú Quốc Workbench được optiSLang đánh giá, SoS chuẩn bị các macro APDL trong thư mục mô hình Các trò chơi trong Casino Phú Quốc Workbench để hướng dẫn Các trò chơi trong Casino Phú Quốc Mechanical cách thay đổi hình học. SoS tiếp tục sử dụng các thuật toán ổn định và làm mịn tiên tiến để đảm bảo tính ổn định và khả năng tính toán của lưới FEM đã thay đổi.

4. Phân tích độ bền và kết quả

Mục tiêu của phân tích độ chắc chắn là trả lời các câu hỏi sau:

• Có sự khác biệt nào về hệ số phân bố ứng suất hoặc độ bền giữa hình học “thực” và hình học tham chiếu không?
• Có ảnh hưởng đáng kể nào đến hệ số ứng suất và độ bền nếu xem xét sự phân tán hình học không?

câu hỏi đầu tiên có thể được trả lời bằng cách chuyển từng phép đo sang mô hình CAE hoặc đơn giản bằng cách tính toán hình học trung bình. Câu hỏi thứ hai yêu cầu phân tích khả năng chịu đựng ngẫu nhiên.

Xác suất thất bại không được phân tích trong dự án này vì độ chính xác của mô hình thống kê không đủ do số lượng phép đo nhỏ. Hơn nữa, phân tích độ nhạy có thể được tiến hành bằng Siêu mô hình hiện trường về tiên lượng tối ưu (FMOP).

Phần mềm và phương pháp luận

Danh sách phần mềm được áp dụng và chức năng cụ thể của chúng:

Các trò chơi trong Casino Phú Quốc optiSLang

• Quản lý và tự động hóa quy trình làm việc.
• Tạo các giá trị tham số ngẫu nhiên và DOE.
• Phân tích phản hồi vô hướng.

Các trò chơi trong Casino Phú Quốc

• Thế hệ mô hình cơ nhiệt.

Siemens GT

• Bộ giải độ mỏi chu kỳ thấp.

Thống kê về cấu trúc

• Phân tích thống kê các phép đo.
• Tạo các dạng hình học ngẫu nhiên mới và chuyển sang quy trình CAE.
• Phân tích thống kê kết quả FEM ở dạng 3D.
• Phân tích độ nhạy của kết quả FEM với FMOP ở dạng 3D.