아르키메데스 나사 수력발전기에서 블레이드가 분리되는 현상은 낮은 낙차 발전소의 심각한 문제인 캐비테이션과 침전물 마모로 인한 가속 피로를 드러냅니다. 원인을 파악하기 위해 Artec Studio를 사용한 3D 스캐닝을 통해 중심축의 역설계를 수행하여 고정밀 포인트 클라우드를 생성했습니다. 이 디지털 모델은 Flow-3D에서 CFD 시뮬레이션의 기초가 되어 마모 영역과 유동 및 압력 패턴을 상호 연관시킬 수 있었습니다.
마모의 디지털 재구성 및 다중 물리 시뮬레이션 🛠️
프로세스는 손상된 축의 3차원 캡처로 시작되어 재료 손실과 표면 균열을 문서화했습니다. Fusion 360에서 스캔 데이터를 원본 CAD 설계와 정렬하여 소성 변형과 피트 깊이를 측정했습니다. Flow-3D 시뮬레이션은 나사의 비틀린 프로파일 주변의 2상 유동(물과 증기)을 모델링하여 캐비테이션 기포가 형성되는 저압 영역을 식별했습니다. 스캔의 침식 맵을 높은 난류 운동 에너지 영역과 중첩하여 축 표면 근처에서 기포 붕괴가 반복적인 미세 충격으로 인한 피로를 유발했음을 확인했습니다.
수력발전기 수명 예측을 위한 교훈 💡
이 사례는 3D 스캐닝과 CFD의 결합이 단순히 고장 진단에 그치지 않고 재료의 잔여 피로를 예측하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다. 실제 마모 데이터로 침식 모델을 보정함으로써 엔지니어는 블레이드의 곡률 반경을 수정하거나 중요 영역에 경질 코팅을 적용할 수 있습니다. 이 방법론은 캐비테이션에 저항하도록 나사 설계를 최적화하여 높은 침전물 부하 환경에서 수명을 연장할 수 있게 합니다.
CFD 모델이 예측한 캐비테이션 기포 붕괴 영역과 파손된 아르키메데스 나사의 3D 스캔에서 관찰된 파단면 사이의 상관 관계는 무엇이었습니까?
(추신: 재료 피로는 시뮬레이션 10시간 후의 당신과 같습니다.)