Ansys для электрификации двигателей и генераторов

Компания Marelli Motori применяет Ansys Maxwell, Ansys Mechanical и Ansys CFX в мультифизическом моделировании для оптимизации своих конструкций

Получить консультацию

Рынок оборудования для выработки электроэнергии с каждым днем становится все более конкурентным, а покупатели требуют более надежных, экологически чистых продуктов по более низкой цене. Компания Marelli Motori отвечает этим требованиям, используя Ansys Maxwell, Ansys Mechanical и Ansys CFX в мультифизическом моделировании, чтобы предоставлять индивидуальные решения, на которые полагаются их клиенты. Для получения мгновенных результатов моделирования при каждом изменении геометрии продукта или рабочих условий, Marelli Motori применяет Ansys Discovery,  что значительно сокращает время проектирования.

Электродвигатели и генераторы содержат вращающиеся магнитные катушки, через которые проходят электроны. Сопротивление электронов, протекающих по проводам, вместе с трением, создаваемым вращающимися устройствами, вызывает накопление тепла. Это снижает эффективность двигателей и генераторов. Избыточное тепло также может вызвать структурные проблемы, поскольку температура в элементах конструкции нагревается и вызывает напряжение. Тепло может рассеиваться с помощью охлаждающего воздушного потока, но физика воздушного потока должна быть оптимизирована для достижения максимального эффекта.

Поскольку все эти физические эффекты происходят одновременно, необходим подход мультифизического моделирования. Инженеры Marelli Motori используют мультифизические решения Ansys для разработки своей продукции, например для оптимизации конструкции рамы, экранов, охлаждающего вентилятора, вала двигателя и генераторов. Группа исследований и разработок Marelli Motori также моделирует реакцию машины на статические и динамические силы, возникающие при вращении ротора; чрезмерные усилия могут привести к отказу компонента из-за деформации, образования трещин или прочностной усталости.

Используя Ansys Workbench в качестве общей платформы для выполнения мультифизического моделирования, инженеры Marelli Motori запускают моделирование Ansys CFX вместе с симуляциями конструкций, чтобы определить проект, который наилучшим образом сочетает в себе оптимальную структурную целостность, тепловую эффективность и снижение затрат. Узел ротора (включая одинарные или двойные охлаждающие вентиляторы, в зависимости от воздушного контура машины), статор и теплообменники (при необходимости) являются основными теплообменными компонентами двигателя или генератора. Моделирование гидродинамики (CFD) в Ansys CFX повышает эффективность охлаждения и теплообмен с окружающей средой за счет оптимизации воздушного потока, проходящего через машины. Это уменьшает количество горячих точек внутри генераторов и двигателей, чтобы повысить эффективность и максимизировать выходную мощность.

Наконец, импорт результатов из Ansys Maxwell в Mechanical и CFX в мультифизическом моделировании завершает процесс оптимизации. Единственный способ уменьшить силы, которые создают вибрацию двигателя, — это извлечь магнитные силы с помощью Maxwell и экспортировать их в пакет механического анализа для оценки гармонического отклика. Моделирование в Ansys Multiphysics дает более качественные результаты за счет меньшего времени расчетов на 60–70%, чем другие продукты для моделирования, которые инженеры Marelli Motori использовали в прошлом.

/   Производственные проблемы 

Инженеры Marelli Motori стремились облегчить работы по производству двигателя, не забывая при этом о механической безопасности и надежности в любых условиях эксплуатации. Это наиболее сложная часть технологического процесса, потому что, хотя инженеры пытаются спроектировать семейство компонентов для оптимизации отвода тепла от агрегата, они должны одновременно учитывать ограничения, касающиеся выполнимости формы, стоимости производства и простоты окончательной сборки. Совместное использование Ansys Mechanical и Ansys CFX в мультифизическом моделировании позволяло команде инженеров прийти к оптимальному производственному процессу. Недавний проект по разработке новой серии малых генераторов переменного тока с последними технологическими усовершенствованиями занял гораздо меньше времени именно благодаря моделированию в продуктах Ansys.

/   Примеры применения 

В морской отрасли двигатели и генераторы должны быть бесшумными и иметь очень низкий уровень вибрации. Механический анализ методом конечных элементов и расчеты гармонических откликов с помощью Ansys Mechanical должны выполняться на раме и других компонентах, чтобы снизить уровень шума и вибрации.

Генераторная установка — это комбинация двигателя внутреннего сгорания с электродвигателем или генератором переменного тока, используемая в качестве резервного источника электроэнергии. Вибрации дизельного двигателя могут возбуждать в системе собственные частоты и гармонические колебания. Инженеры Marelli Motori проводят модальный анализ в Ansys Mechanical, чтобы найти эти частоты и гармонические характеристики, которые меняются в зависимости от условий эксплуатации, для анализа динамического поведения генератора переменного тока. За этим следует сотрудничество между заказчиком и проектировщиком генераторной установки, чтобы избежать любых возможных резонансов всей генераторной установки с окружающей конструкцией для каждого проекта. Если этот предварительный анализ не был проведен, а завершенная генераторная установка генерировала вибрации и шум внутри судна, устранение проблемы привело бы к огромным дополнительным расходам и задержкам проекта.

В отраслях для выработки электроэнергии наиболее важным шагом является повышение эффективности. Это в основном включает в себя применение моделирования CFD для улучшения воздушного потока для охлаждения машин и связывание результатов с моделированиями электромагнитного поля, которые оптимизируют электрические части за счет снижения потерь. Инженеры Marelli Motori ежедневно выполняют это мультифизическое моделирование. Все модификации, внесенные после численного моделирования, оцениваются в испытательной лаборатории, чтобы оценить работу разработанного устройства с точки зрения температуры и эффективности в соответствии с международными нормами.

/   Идея использования моделирования 

 Marelli Motori была одной из первых компаний, испытавших работу в Ansys Discovery, когда она была выпущена в начале 2018 года. Discovery — первое решение для моделирования, которое позволяет инженерам и конструкторам вносить изменения в геометрию и другие свойства во время моделирования и мгновенно просматривать результаты этих изменений. Стремясь быстро удовлетворить своих клиентов высококачественными, надежными и индивидуализированными продуктами, Marelli Motori осознала, что такие быстрые результаты моделирования помогут им быстрее реагировать на потребности своих клиентов.

В одном случае, связанном с моделированием теплообменника на замкнутом генераторе переменного тока, опытный пользователь CFX проанализировал пять различных конструкций за восемь часов; с Discovery Live тот же инженер разработал оптимальную конструкцию за два часа, что позволило сэкономить шесть часов.

Мультифизическое моделирование Ansys помогло инженерам Marelli Motori спроектировать лучшие компоненты для своих электродвигателей и генераторов по индивидуальному заказу и стать более конкурентоспособными на мировом рынке. Их клиенты ценят повышенную эффективность, снижение затрат и сокращение времени разработки, а также большую надежность, обеспечиваемую синергизмом между Marelli Motori и Ansys.

    Получить консультацию

    Заполните форму прямо сейчас,
    и мы свяжемся с Вами!

    * Обязательные поля для заполнения

    Нажимая кнопку, я даю согласие на обработку моих персональных данных и согласен с политикой конфиденциальности

    Спасибо,

    Ваша заявка принята!

    Мы свяжемся с Вами в ближайшее время и

    ответим на вопросы. Чтобы вернуться к

    просмотру сайта нажмите кнопку

    Продолжить