杭州汽輪機(jī)股份有限公司，是我國(guó)最大的工業(yè)汽輪機(jī)制造公司。是國(guó)內(nèi)工業(yè)汽輪機(jī)研究和生產(chǎn)重要基地，也是國(guó)內(nèi)唯一能按用戶(hù)的特殊需要，非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造工業(yè)汽輪機(jī)的廠家。
公司于2006年開(kāi)始接觸ANSYS固體力學(xué)有限元軟件以及CFX計(jì)算流體力學(xué)軟件，ANSYS主要用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的葉片、轉(zhuǎn)子等部件的強(qiáng)度、氣流彎應(yīng)力的分析以及缸體強(qiáng)度校核、變形分析，CFX主要用于進(jìn)行汽輪機(jī)工作中的氣動(dòng)計(jì)算，分析其流場(chǎng)分布、瞬態(tài)速度、汽流激振力等。除分析現(xiàn)有機(jī)組的特性外，還利用仿真軟件進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使機(jī)組能夠更好的滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。
一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)助力企業(yè)研發(fā)
一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)，是一個(gè)系統(tǒng)的工程，它涉及到多學(xué)科方方面面的內(nèi)容，需要建立一整套的“設(shè)計(jì)、分析、評(píng)估”體系，這就需要建立一個(gè)能夠容納整個(gè)體系的技術(shù)平臺(tái)，只有有了這樣的一個(gè)平臺(tái)，才能更好地利用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，才能更有效地提高技術(shù)開(kāi)發(fā)的效率和能力。表1給出了開(kāi)發(fā)平臺(tái)體系的學(xué)科構(gòu)架。
表1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)體系的學(xué)科構(gòu)架
目前，仿真軟件已經(jīng)成為公司研發(fā)過(guò)程中的必備手段，能有效提高機(jī)組的性能設(shè)計(jì)工作效率。例如在低壓級(jí)組葉片開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)于初始設(shè)計(jì)更多地需要依靠已有的工程經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)內(nèi)的快速設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上發(fā)揮CAE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行全三維的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。其中幾何造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和強(qiáng)度振動(dòng)分析采用了Ansys-Bladegen、Ansys-Workbench和Ansys-Classic等商業(yè)軟件，而流場(chǎng)的分析和優(yōu)化以及流固耦合技術(shù)則采用了CFX及其子模塊Turbosystem。通過(guò)對(duì)級(jí)組進(jìn)行結(jié)構(gòu)和氣動(dòng)的分析和優(yōu)化，結(jié)合已有葉型庫(kù)和行業(yè)內(nèi)的強(qiáng)度、振動(dòng)和安全性的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，綜合判斷級(jí)組的安全性能。圖1為以低壓級(jí)組葉片為對(duì)象的開(kāi)發(fā)體系具體流程圖。
圖1 低壓級(jí)組葉片的開(kāi)發(fā)體系具體流程圖
以低壓級(jí)組葉片為例詳細(xì)介紹企業(yè)仿真技術(shù)的應(yīng)用。圖2和圖3給出了杭州汽輪機(jī)股份有限公司某低壓葉片級(jí)組的末級(jí)葉片的實(shí)體圖和截面示意圖，圖4給出了各截面的相對(duì)位置示意圖。應(yīng)用Bladegen軟件將葉型各截面進(jìn)行參數(shù)化處理，可方便提取出葉片各截面的特性參數(shù)，圖5給出了壓力面吸力面方法擬和后的葉型，圖6給出了各截面厚度沿葉高分布圖，圖7給出了葉型各截面中弧線示意圖，圖8給出了葉片各截面面積沿葉高的分布，圖9給出了葉型各截面幾何進(jìn)口角和出口角沿葉高的分布。根據(jù)這些截面屬性可以很好地把握葉型的強(qiáng)度振動(dòng)和氣動(dòng)性能，為之后的葉片改型提供了依據(jù)。
圖2 葉片實(shí)體圖 圖3 葉片截面示意圖 圖4 葉片各截面相對(duì)位置示意圖
圖5 葉型表示形式（Bezier 曲線、背��；Spline 曲線、內(nèi)�。�
圖6 某末級(jí)葉片各截面厚沿葉高分布圖 圖7 某末級(jí)中弧線走向示意圖
圖8 某末級(jí)葉片面積度沿葉高分布圖 圖9 某末級(jí)進(jìn)口角出口角沿葉高分布圖
圖10 低壓葉片級(jí)組的氣動(dòng)分析
目前，公司已經(jīng)建立了一個(gè)以葉片開(kāi)發(fā)為中心涵蓋工業(yè)汽輪機(jī)各個(gè)部件的企業(yè)型一體化設(shè)計(jì)平臺(tái)，本平臺(tái)不僅能夠用于葉片通流設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，還可以應(yīng)用于工業(yè)汽輪機(jī)其他各部件的設(shè)計(jì)、分析和開(kāi)發(fā)中。
仿真體系建設(shè)，還需繼續(xù)努力
在仿真軟件使用過(guò)程中，也存在一些困惑難以解決。首先，這類(lèi)軟件都是通用軟件，針對(duì)汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的功能不夠完善，特殊問(wèn)題很難通過(guò)軟件的幫助文件來(lái)解決；其次，仿真人員對(duì)軟件內(nèi)核的理解較少、很多設(shè)置都是參考教程或其他已有的算例，對(duì)功能設(shè)置的原理、運(yùn)行機(jī)制以及設(shè)置的原因不夠了解，導(dǎo)致對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果不能得到100%的信任。
企業(yè)在開(kāi)展仿真應(yīng)用的過(guò)程中，比較重視仿真知識(shí)的管理，包括仿真軟件的使用、原理等經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的記錄和傳承，在一定的使用和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，計(jì)劃建設(shè)完善的仿真流程管理體系并盡量集成各個(gè)學(xué)科，從而使各學(xué)科之間的數(shù)據(jù)交換、流通處于同一平臺(tái)，從而減小數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中出現(xiàn)的誤差和信息缺失。
公司在人員、專(zhuān)業(yè)方面的建設(shè)是比較成功的，但對(duì)整個(gè)CAE仿真體系的建立還有一定的欠缺，主要有以下方面：首先對(duì)仿真數(shù)據(jù)的傳遞、管理工作缺少相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)；其次是對(duì)仿真知識(shí)雖有積累但沒(méi)有完整搭建公司自有的知識(shí)傳承體系；第三是計(jì)算資源有限，很多大型算例缺乏有效的方法進(jìn)行計(jì)算，個(gè)人計(jì)算機(jī)的配置雖然有所提升但沒(méi)有有效的形成聯(lián)合計(jì)算平臺(tái)。
針對(duì)這些方面目前公司還是計(jì)劃以充分、有效的利用現(xiàn)有計(jì)算資源，建立聯(lián)合計(jì)算或云計(jì)算平臺(tái)為基礎(chǔ)，同時(shí)培養(yǎng)專(zhuān)人以加強(qiáng)公司整個(gè)CAE仿真流程的管理和數(shù)據(jù)傳遞，并在流程管理的過(guò)程中對(duì)存在的問(wèn)題和解決方法進(jìn)行記錄并編寫(xiě)相應(yīng)的解決手冊(cè)，爭(zhēng)取培養(yǎng)出既有深度又有廣度的CAE仿真專(zhuān)家。
后記
本文根據(jù)杭州汽輪機(jī)股份有限公司工業(yè)透平研究院隋永楓先生的采訪內(nèi)容整理而成。總體而言，大部分的企業(yè)側(cè)重仿真技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)仿真體系建設(shè)有一定認(rèn)識(shí)，也正在努力建設(shè)一個(gè)完整的體系，但體系的建設(shè)涉及到仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理、多學(xué)科集成、仿真模板建設(shè)、仿真知識(shí)管理、仿真云計(jì)算平臺(tái)、仿真軟硬件資源管理等諸多方面，建設(shè)過(guò)程毋庸置疑是艱難的。
中國(guó)企業(yè)從引進(jìn)仿真技術(shù)也已經(jīng)獲得了大量的技術(shù)積淀，具備了一定的仿真能力，相信隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)會(huì)認(rèn)識(shí)到仿真體系的重要性。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/
本文標(biāo)題：“革命”尚未成功，企業(yè)還需努力
相關(guān)文章
