Podsumowanie
Kluczowe efekty
Średnie zmniejszenie spadku ciśnienia o 27% – z około 100 mbar do poniżej 80 mbar
Sprawdzona konstrukcja zaworu przy ograniczonej liczbie prototypów i mniejszym zużyciu materiału w poszczególnych wariantach rozmiarowych
Lepsze parametry przepływowe dla zmodernizowanej serii zaworów
Celem projektu było wsparcie modernizacji istniejącej serii zaworów przemysłowych oraz zwiększenie jej konkurencyjności. Kluczowe założenie techniczne obejmowało zmniejszenie spadku ciśnienia przy pełnym otwarciu z około 100 mbar do poziomu poniżej 80 mbar, przy jednoczesnym zachowaniu technologiczności konstrukcji i możliwości jej dalszego rozwoju.
W instalacjach wodnych niższy spadek ciśnienia oznacza mniejsze opory przepływu, co może wspierać bardziej efektywną pracę całego układu, ograniczać lokalne straty energii i potencjalnie zmniejszać obciążenie pomp. Poprawa tego parametru była więc dla klienta nie tylko celem inżynieryjnym, ale również sposobem na zwiększenie atrakcyjności i wartości rynkowej produktu.
Jednocześnie wewnętrzne zespoły klienta mierzyły się z dużym obciążeniem projektowym. Firma potrzebowała dodatkowych kompetencji inżynieryjnych ze strony partnera, który potrafił połączyć symulacje przepływu, projektowanie CAD oraz walidację w oparciu o rzeczywiste dane pomiarowe. Realizacja prac wymagała szczegółowej analizy zjawisk fizycznych, iteracyjnej optymalizacji geometrii oraz ścisłej współpracy z zespołami klienta odpowiedzialnymi za projektowanie CAD i symulacje.
Optymalizacja geometrii zaworu w oparciu o symulacje
Sii Polska połączyła symulacje przepływu, projektowanie CAD oraz walidację z wykorzystaniem prototypów, aby zoptymalizować geometrię zaworu i jednocześnie ograniczyć liczbę fizycznych iteracji testowych. Projekt rozpoczął się od walidacji bazowego modelu symulacyjnego na podstawie rzeczywistych pomiarów przepływu i ciśnienia dla istniejących produktów. Zapewniło to zespołowi wiarygodny punkt odniesienia do dalszej optymalizacji jeszcze przed wprowadzeniem zmian w modelu 3D.
Wykorzystując obliczeniową mechanikę płynów (CFD), eksperci Sii analizowali przepływ wewnątrz zaworu i iteracyjnie udoskonalali jego geometrię wewnętrzną, obejmującą m.in. strefy przejściowe, zmiany kierunku przepływu oraz przekroje kanałów. W pierwszej kolejności zespół opracował i zwalidował podejście dla jednego wybranego wariantu rozmiarowego, a następnie zastosował wypracowaną metodykę do kolejnych wariantów. Wykorzystanie doświadczeń z wcześniejszych etapów pozwoliło stopniowo zmniejszać liczbę wymaganych iteracji.
Prace były prowadzone w ścisłej współpracy z zespołami klienta odpowiedzialnymi za projektowanie CAD i symulacje. W zależności od etapu projektu Sii i klient organizowali 1–2 spotkania tygodniowo, podczas których omawiali zmiany geometrii, wyniki symulacji, dane pomiarowe oraz docelową konstrukcję zaworu.
Zakres prac obejmował:
- Walidację modelu symulacyjnego na podstawie pomiarów przepływu i ciśnienia dla istniejących produktów
- Prowadzenie iteracyjnych symulacji CFD w Ansys Fluent w celu zmniejszenia spadku ciśnienia
- Aktualizację geometrii 3D zaworu oraz modeli CAD w CATIA V5
- Analizę wyników symulacji i wariantów konstrukcyjnych wspólnie z zespołami klienta odpowiedzialnymi za CAD i symulacje
- Przygotowanie częściowo parametrycznych modeli CAD umożliwiających modyfikację geometrii w obrębie poszczególnych wariantów rozmiarowych
- Weryfikację finalnej konstrukcji z wykorzystaniem prototypów drukowanych w 3D oraz testów przepływowych
Lepsze parametry przepływu i mniejsze ryzyko przy dalszym rozwoju produktu
Dzięki wsparciu Sii Polska klient otrzymał zwalidowaną konstrukcję zaworu, która osiągnęła wymagany poziom spadku ciśnienia i zapewniła lepsze parametry przepływu przy pełnym otwarciu. Zoptymalizowana geometria wewnętrzna ograniczyła lokalne opory przepływu, poprawiając efektywność działania zaworu i zwiększając konkurencyjność zmodernizowanej serii.
Podejście oparte na symulacjach pozwoliło również ograniczyć ryzyko rozwojowe oraz zakres fizycznego prototypowania. Walidacja modelu bazowego na podstawie rzeczywistych pomiarów, a następnie iteracyjna optymalizacja w środowisku wirtualnym przed rozpoczęciem testów fizycznych ograniczyły potrzebę wykonywania prototypów dla każdego wariantu konstrukcyjnego. Finalne prototypy wydrukowane w 3D wykorzystano do potwierdzenia zgodności wyników symulacji z rzeczywistymi parametrami przepływu dla wybranej geometrii.
Projekt stworzył także solidną podstawę do dalszego rozwoju kolejnych wariantów zaworów. Sii dostarczyła częściowo parametryczne modele CAD, umożliwiające modyfikację geometrii w obrębie poszczególnych wariantów rozmiarowych, a przeprowadzone prace optymalizacyjne pozwoliły dodatkowo ograniczyć zużycie materiału. W związku z planowaną optymalizacją kolejnych grup zaworów klient zyskał sprawdzone podejście łączące symulacje, projektowanie CAD oraz walidację na podstawie rzeczywistych danych pomiarowych.
Kluczowe wyniki
- Średnie zmniejszenie spadku ciśnienia o 27%, przy wynikach od 20% do 42% w zależności od wariantu rozmiarowego
- Osiągnięcie wymaganego poziomu spadku ciśnienia przy pełnym otwarciu – z około 100 mbar do poniżej 80 mbar
- Ograniczenie zużycia materiału w analizowanych wariantach rozmiarowych
- Walidacja modelu bazowego i finalnej konstrukcji na podstawie rzeczywistych pomiarów przepływu i ciśnienia
- Ograniczenie liczby fizycznych prototypów dzięki optymalizacji opartej na symulacjach i testom finalnej konstrukcji
- Przygotowanie częściowo parametrycznych modeli CAD umożliwiających dalsze modyfikacje geometrii w poszczególnych wariantach rozmiarowych
SKONTAKTUJ SIĘ Z NAMI
Chętnie udzielimy odpowiedzi na Twoje pytania