조수 석호 터빈이 설치된 지 몇 주 만에 효율이 떨어지기 시작했으며, 이는 엔지니어들이 예상하지 못한 현상이었습니다. 초기 분석은 캐비테이션으로 인한 마모를 지목했지만, 검사 결과 더 복잡한 진실이 드러났습니다: 타당성 조사에서 추정된 것보다 훨씬 높은 경도를 가진 퇴적물에 의한 침식이었습니다. 이 사례는 해양 환경에서의 재료 피로가 주기적 하중뿐만 아니라 고체 입자의 침식 충격에도 의존한다는 것을 보여줍니다.
SolidWorks 및 Ansys Fluent에서의 다상 유동 및 표면 변형 🌊
현상을 재현하기 위해 시뮬레이션 팀은 SolidWorks에서 로터 형상을 모델링하고 메시를 Ansys Fluent로 가져왔습니다. 높은 충격 속도에서 실리카와 석영 입자의 궤적을 추적하기 위해 오일러-라그랑주 다상 모델이 구성되었습니다. 결과는 블레이드 앞전에 퇴적물이 축적되는 영역을 보여주었으며, 이 영역은 이후 감지된 재료 손실 영역과 일치했습니다. GOM Inspect를 사용하여 손상된 터빈의 3D 스캔을 수행하고 점군을 원본 CAD 모델에 중첩했습니다. 블레이드 표면의 평균 기하학적 편차 2.3mm는 침식률이 심각함을 확인시켜 주었으며, 이후 피로 시뮬레이션에 따르면 양력 계수가 12% 감소했습니다.
내침식 코팅 설계를 위한 교훈 ⚙️
재료 피로 시뮬레이션은 단순히 고장을 예측하는 것뿐만 아니라 보호 전략을 재설계하는 데에도 사용됩니다. 이 경우, Ansys Fluent에서 입자의 운동 에너지 분석을 통해 충격이 가장 큰 영역에 500마이크론 텅스텐 카바이드 코팅을 적용하면 터빈의 수명을 300% 연장할 수 있음을 확인했습니다. 설계 단계에서 퇴적물에 의한 침식을 무시하는 것은 계획되지 않은 유지보수에 수백만 달러의 비용을 초래하는 실수입니다. SolidWorks, Fluent 및 GOM Inspect와 같은 도구의 통합은 피로를 측정 가능하고 따라서 제어 가능한 데이터로 전환합니다.
조수 석호 터빈 블레이드에서 주기적 피로와 퇴적물 침식 간의 상호 작용을 예측하여 운영 첫 몇 주 동안의 효율 손실을 사전에 파악할 수 있는 유한 요소 시뮬레이션 방법론은 무엇입니까?
(추신: 재료 피로는 10시간 시뮬레이션 후의 당신과 같습니다.)