NELLA NOSTRA ATTIVITÀ DI PROGETTISTI

succede frequentemente di dover migliorare un componente esistente.

Sicuramente sarà successo anche a voi di affrontare un problema di questo tipo e normalmente il risultato si ottiene attraverso la definizione di nuove geometrie più performanti, oppure attraverso una riduzione dei pesi che non comprometta la stabilità strutturale.

L’approccio più semplice e comunemente utilizzato è quello trial and error, cioè: applico alcune modifiche, verifico il risultato, raccolgo il feedback, correggo e riprovo ancora. Queste modifiche saranno guidate dall’esperienza pregressa o da valutazioni e stime qualitative.

Affinché questa procedura non si riduca ad una mera perdita di tempo, è necessario che siano soddisfatte alcune circostanze: margini di miglioramento ampi, ridotto incremento prestazionale richiesto e ridotta complessità della fisica del problema. Tuttavia, oggi il mercato chiede di più, chiede maggiori prestazioni a costi contenuti, chiede macchine efficienti e componenti ottimizzati.

COME AFFRONTARE QUESTA SFIDA

in tempi ridotti e con margini sempre più stretti?

SERVONO STRUMENTI AVANZATI DI OTTIMIZZAZIONE

come l'ottimizzazione topologica aero-meccanica che abbiamo applicato in questo caso.

VENIAMO ALL' HOT GAS PATH

della turbina a gas heavy duty che abbiamo recentemente ottimizzato.

Durante l’ attività di redesign dell’hot gas path della turbina a gas heavy duty del nostro cliente, abbiamo impostato un’ ottimizzazione multidisciplinare aero-meccanica per poter trovare rapidamente la geometria ottimizzata garantendo al contempo i vincoli strutturali e di manufacturing.

Si trattava infatti di una pala rotorica e la presenza di canali radiali di raffreddamento imponeva forti vincoli sulla verifica meccanica, gravata anche da frequenze proprie prossime a quelle eccitanti. La soluzione è stata pertanto gestita con un complesso algoritmo genetico di ottimizzazione, coadiuvato da un metamodello a rete neurale.

La procedura di simulazione prevedeva le seguenti fasi:

  1. generazione della geometria della pala sulla base di un modello parametrico;
  2. inserimento della pala all’interno di un modello più ampio costituito da tre interi stadi turbina;
  3. realizzazione automatica di due diverse griglie di calcolo: CFD e FEM;
  4. verifica aerodinamica, meccanica e valutazione delle funzioni obiettivo.
Sono stati impiegati software di simulazione già in uso presso l’azienda cliente, al fine di garantire la compatibilità con il database di calcoli aziendale. I nostri ingegneri hanno curato l’accoppiamento di tutti gli strumenti con il kernel di ottimizzazione.

COSA HA PERMESSO DI OTTENERE

la procedura automatica di ottimizzazione aero-meccanica:

1. Monitoraggio

Monitorare i parametri strutturali e il rispetto dei vincoli grazie alle verifiche meccaniche condotte automaticamente su ogni geometria prodotta dall’algoritmo di ottimizzazione.

2. Time-to-market

Ottenere la riduzione dei tempi di ricerca e sviluppo, evitando lo scambio di geometrie tra il gruppo meccanico e quello aerodinamico.

3. Migliorie

Introdurre alcune funzioni obiettivo di tipo meccanico all’interno della procedura di ottimizzazione, migliorando conseguentemente le specifiche del prodotto finale.

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IN CONCLUSIONE

Per intervenire su macchine complesse come una turbina a gas

Occorre tuttavia ricordare che le procedure di ottimizzazione sono strumenti molto potenti che richiedono una gestione attenta di tutti i parametri da parte del progettista.

Il lavoro di quest’ultimo è infatti fondamentale e non bisogna correre il rischio di sottovalutare l’attenta conoscenza degli strumenti di progettazione tradizionale.

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