Un nuevo diseño de cero residuos para un enfoque de fabricación de componentes estructurales de generadores eléctricos de turbinas eólicas de accionamiento directo
Autores: Gonzalez-Delgado, Daniel; Jaen-Sola, Pablo; Oterkus, Erkan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un nuevo diseño de cero residuos para un enfoque de fabricación de componentes estructurales de generadores eléctricos de turbinas eólicas de accionamiento directo
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Estrategia de optimización estructural integrada
Generador eléctrico de accionamiento directo
Turbinas eólicas marinas
Enfoque de fabricación aditiva
Técnicas de diseño generativo
Generador de accionamiento directo de imán permanente
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Se produjo una estrategia de optimización estructural integrada en este estudio para las estructuras de generadores eléctricos de accionamiento directo de turbinas eólicas marinas, implementando un diseño para un enfoque de fabricación aditiva y utilizando técnicas de diseño generativo. Las configuraciones de accionamiento directo se implementan ampliamente en los sistemas de energía eólica marina debido a su alta eficiencia, fiabilidad y simplicidad estructural. Sin embargo, el mayor desafío asociado con este tipo de máquinas es la optimización estructural del generador eléctrico debido a las exigentes condiciones de operación. Se desarrolló una estrategia de optimización estructural integrada para evaluar la estructura de un generador de imán permanente de 100 kW de accionamiento directo. Las topologías generadas se evaluaron realizando análisis de elementos finitos y una simulación del proceso de fabricación aditiva de metal. Este enfoque novedoso reúne una gran cantidad de información estructural para producir una estrategia de optimización adaptativa y adecuada a su propósito, combinando datos de análisis estructurales estáticos, análisis modales y análisis de fabricación para generar automáticamente un modelo eficiente a través de un proceso iterativo generativo. Los resultados obtenidos en este estudio demuestran la importancia de desarrollar una estrategia de optimización estructural integrada en una fase temprana de un proyecto a gran escala. Al considerar las cargas típicas de las condiciones de trabajo y el comportamiento dinámico de la máquina a través de las frecuencias naturales de la estructura durante el proceso de optimización, junto con un diseño para un enfoque de fabricación aditiva, se maximizó el rango operativo de la turbina eólica, se redujeron los costos generales y se disminuyeron significativamente los tiempos de producción. Integrar las restricciones asociadas con el proceso de fabricación aditiva en la etapa de diseño produjo resultados de alta eficiencia con más del 23% de reducción de peso en comparación con las técnicas convencionales de optimización estructural.
Descripción
Se produjo una estrategia de optimización estructural integrada en este estudio para las estructuras de generadores eléctricos de accionamiento directo de turbinas eólicas marinas, implementando un diseño para un enfoque de fabricación aditiva y utilizando técnicas de diseño generativo. Las configuraciones de accionamiento directo se implementan ampliamente en los sistemas de energía eólica marina debido a su alta eficiencia, fiabilidad y simplicidad estructural. Sin embargo, el mayor desafío asociado con este tipo de máquinas es la optimización estructural del generador eléctrico debido a las exigentes condiciones de operación. Se desarrolló una estrategia de optimización estructural integrada para evaluar la estructura de un generador de imán permanente de 100 kW de accionamiento directo. Las topologías generadas se evaluaron realizando análisis de elementos finitos y una simulación del proceso de fabricación aditiva de metal. Este enfoque novedoso reúne una gran cantidad de información estructural para producir una estrategia de optimización adaptativa y adecuada a su propósito, combinando datos de análisis estructurales estáticos, análisis modales y análisis de fabricación para generar automáticamente un modelo eficiente a través de un proceso iterativo generativo. Los resultados obtenidos en este estudio demuestran la importancia de desarrollar una estrategia de optimización estructural integrada en una fase temprana de un proyecto a gran escala. Al considerar las cargas típicas de las condiciones de trabajo y el comportamiento dinámico de la máquina a través de las frecuencias naturales de la estructura durante el proceso de optimización, junto con un diseño para un enfoque de fabricación aditiva, se maximizó el rango operativo de la turbina eólica, se redujeron los costos generales y se disminuyeron significativamente los tiempos de producción. Integrar las restricciones asociadas con el proceso de fabricación aditiva en la etapa de diseño produjo resultados de alta eficiencia con más del 23% de reducción de peso en comparación con las técnicas convencionales de optimización estructural.