キャビテーションは、水力発電所において最も深刻な静かな敵の一つです。タービンが故障した場合、最初のステップは闇雲に分解することではなく、災害をデジタル化することです。このケースでは、損傷したブレードをGOM ATOSシステムでスキャンし、侵食の正確な地形を捉えます。目的は、故障が自然疲労によるものか、設計パラメータから外れた運転によるものかを判断することです。
ワークフロー：点群からCFDシミュレーションへ 🔧
プロセスは、GOM ATOSによるブレードのデジタル化から始まり、キャビテーションによって生じたあらゆるクレーターや窪みを反映した高精度の点群を生成します。この実物モデルはSolidWorksにインポートされ、損傷した形状を再構築した後、Ansys Fluentに転送されます。そこで、実際の流れ条件を再現するCFDシミュレーションが実行されます。結果は、スキャンされた侵食パターンと正確に一致する低圧領域と気泡崩壊領域を明らかにします。驚きは、元のCADモデルとCloudCompareでスキャンしたモデルを比較したときに訪れます。幾何学的な差異は、タービンが指定された流量と速度をはるかに超えて運転され、前縁部に深刻なキャビテーションを引き起こしたことを示しています。
材料疲労シミュレーションへの教訓 ⚙️
このケースは、疲労シミュレーションが理想的なモデルのみに基づくことができないことを示しています。実際の損傷の3DスキャンとCFDの組み合わせにより、具体的なデータに基づいて故障仮説を検証することが可能になります。シミュレーションエンジニアへのメッセージは明確です。モデルが損傷後の形状を反映していなければ、寿命予測は非現実的なものになります。CloudCompareは最終的な判断役として機能し、実際の運転が理論上の設計からどこで、どれだけ逸脱したかを示します。キャビテーションは単なる水力的な問題ではなく、材料表面に刻まれた疲労の宣告なのです。
ブレードの3Dスキャンで検出されたキャビテーションによる侵食領域と、CFDから得られた圧力・流れマップを定量的に関連付けて、コンポーネントの残存寿命を予測することは可能でしょうか？
(追記：材料疲労とは、10時間シミュレーションを実行した後のあなたの疲労のようなものです。)