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La Cummins Contribuisce a Garantire l'Affidabilità dei Gruppi Elettrogeni con il Software di Analisi dei Dati di Prova nCode GlyphWorks

La Cummins Power Generation è leader mondiale nella progettazione e produzione di gruppi elettrogeni a motore diesel, generatori a motore ad ignizione con gas naturale e propano, e per operatori con motore a gas a miscela povera. Tutti questi prodotti devono resistere alle continue sollecitazioni durante il funzionamento ed il trasporto, fornendo nel contempo la massima affidabilità per una vasta gamma di applicazioni critiche. Gli ingegneri della Cummins utilizzano prove statiche, prove con telaio di caricamento, prove con tavolo vibrante, prove stradali, ecc. per comprendere i requisiti della fatica. Il software di analisi dei dati di prova nCode GlyphWorks gioca un ruolo importante fornendo gli strumenti di analisi necessari a prendere le decisioni in base ad un gran volume di dati di misura. “GlyphWorks offre una vasta gamma di strumenti che ci consentono l'estrapolazione dalle prove al mondo reale per garantire che i nostri prodotti possano resistere alle effettive condizioni operative in campo,” afferma Gunjan Maheshwari, Senior Mechanical Engineer: Experimental Mechanics della Cummins Power Generation.

Importanza delle prove fisiche

Prova del telaio del gruppo elettrogeno

Garantire che esso avrà la durata di vita promessa senza alcun guasto è importate per qualsiasi prodotto. Ma la vita alla fatica è particolarmente critica nell'industria di generazione dell'energia ove gli ospedali, le imprese di telecomunicazione, i centri dati, i servizi di emergenza, le unità militari ed altro devono affidarsi ai gruppi elettrogeni per continuare la loro missione anche in assenza di energia della rete elettrica. Alla Cummins Power Generation, le prove fisiche hanno giocato un ruolo importante nel processo di sviluppo, fin da quando la società ha iniziato a costruire gruppi elettrogeni. “Le prove sui gruppi generatori coinvolgono un enorme volume di dati,” afferma Maheshwari. “La sfida consiste nell'elaborare i dati per ottenere risposte a domande critiche quali quanto lungo può resistere un particolare componente o sottoinsieme soggetto a specifiche condizioni operative.” In passato, la società scriveva le routine di analisi dei dati in un ambiente di sviluppo proprietario. Il vantaggio di tale approccio è che il software può essere personalizzato per soddisfare le specifiche esigenze aziendali. D'altro canto, pur se la società dedicava gran parte delle sue scarse risorse al tempo di sviluppo, essa non avrebbe mai potuto raggiungere le funzionalità del software di analisi dei dati di prova all'avanguardia. Alcuni anni fa, la Cummins Power Generation valutò tutti i principali software di analisi dei dati di prova con l'idea di eliminare i costi interni di sviluppo e trarre vantaggio delle ben maggiori capacità fornibili da un'azienda che poteva spalmare i costi di sviluppo sui tanti propri clienti. La Cummins Power Generation selezionò il software di analisi dei dati di prova ingegneristici GlyphWorks grazie alla sua vasta gamma di funzionalità di elaborazione, comprese le opzioni specializzate quali l'analisi della fatica, le prove accelerate e gli strumenti nel dominio della frequenza. GlyphWorks si integra anche con DesignLife per consentire le prove e la fatica CAE in un unico ambiente. Il software dispone di moltissime funzioni per analisi per il tempo, la frequenza e la statistica, oltre al sistema sincronizzato di posizionamento globale (GPS) ed alla visualizzazione video. GlyphWorks fornisce un ambiente grafico, orientato al processo, che consente agli utenti di creare flussi di lavoro di analisi mediante trascinamento e rilascio (drag & drop) dei blocchi di analisi.

Garantire la vita delle ventole del radiatore

Misurazione delle deformazioni del ventilatore in esercizio
Analisi Waterfall per macchinari rotanti

L'implementazione di questo software ha aiutato gli ingegneri della Cummins Power Generation a migliorare la loro capacità di elaborazione dei dati di prova, col risultato di decisioni più rapide e migliori. Quale esempio, le ventole del radiatore sono uno dei molti componenti la cui vita alla fatica deve essere accuratamente valutata. Prima di condurre  prove, è normalmente usata l'analisi ad elementi finiti (FEA) per identificare le zone a più alta sollecitazione. Queste zone vengono strumentate con estensimetri. Il ventilatore viene poi portato alla sua velocità nominale passando per i cicli di partenza e di arresto. Un collettore rotante a spazzole collega gli estensimetri al sistema di acquisizione dati SoMat eDAQ. Un solo ventilatore genera tipicamente circa 4 gigabyte di dati di accelerazione, deformazione, temperatura, velocità e pressione. Gli ingegneri della Cummins Power Generation iniziano solitamente utilizzando lo strumento di rilevazione della deriva (drift detection tool) di GlyphWorks per verificare che non ci siano derive causate dal cattivo incollaggio o da altre cause. Si usa il GlyphWorks crest factor tool per ripulire i dati dai picchi più grandi ed il filtro  Butterworth per ripulirli da quelli più piccoli. Indi lo si potrebbe utilizzare per produrre una vista dello spettro di frequenze oppure per osservare le risonanze e verificare il rumore di fondo per il rapporto segnale / disturbo. Dopo aver verificato l'integrità dei dati, si usano i valori dinamici di deformazione per accedere alla dinamica della struttura utilizzando gli spettri di frequenza e l'analisi waterfall col metodo di monitoraggio di ordine dei macchinari rotanti. I dati vengono poi impiegati per l'analisi della fatica usando i glifi vita alla deformazione e vita alla sollecitazione, i quali forniscono le indicazioni sulla vita alla fatica delle ventole di raffreddamento del radiatore nell'applicazione. Nell'affrontare un problema di risonanza, una delle opzioni è quella di cambiare la velocità del ventilatore per allontanare la frequenza di risonanza. Si usa talvolta lo strumento di filtraggio d'ordine (order filtering tool) di GlyphWorks per determinare di quanto sia necessario cambiare la velocità e determinare quali ordini di eccitazione potrebbero essere cambiati / alterati per evitare quest'eccitazione di risonanza. Un'altra opzione consiste nel cambiare le dimensioni della struttura, quale l'aumento dello spessore del mozzo rendendolo più rigido, con l'idea che ciò cambi la frequenza naturale del ventilatore ed eviti i potenziali problemi di risonanza dell'applicazione. Se la vita alla fatica non soddisfa i requisiti, gli ingegneri valuteranno vari metodi per effettuare i miglioramenti. “Abbiamo usato questi metodi per risolvere numerosi problemi durante la fase di progettazione,” afferma Maheshwari. “Le prove estensive durante la fase di progettazione aiutano ad identificare i problemi e giungere a soluzioni che garantiscano che i nostri prodotti abbiano l'affidabilità che i nostri clienti si aspettano.”

Produzione delle storie di carico per i tavoli vibranti

Accelerated Life Testing verifica la Generazione del Profilo
Accelerated Life Testing in Laboratrio

Gli ingegneri della Cummins Power Generation usano GlyphWorks anche per creare profili accelerati di vita, impiegati per produrre le storie di carico per tavoli vibranti che simulano l'effetto del trasporto dei gruppi elettrogeni ed anche dei gruppi elettrogeni utilizzati in applicazioni mobili. Gli ingegneri installano sensori quali gli accelerometri e gli estensimetri sui gruppi elettrogeni e sui veicoli usati per il loro trasporto.
Essi rilevano anche i dati GPS e registrano i filmati dal vero durante il trasporto stradale, utilizzando sistemi di acquisizione dati portatili come il SoMat eDAQ. Gli ingegneri importano i dati nel GlyphWorks ed usano lo strumento d distribuzione dell'ampiezza (amplitude distribution tool) per esaminare il modello di carico, ad esempio per determinare se esso è casuale o Gaussiano. Vengono effettuate varie statistiche quali massimi, minimi, medie, RMS e deviazioni standard per valutare i dati. Nel contempo si correlano i dati connessi al GPS, in modo da sapere esattamente dove il veicolo sta viaggiando quando si verificano gli specifici eventi – strade sterrate, strade ghiaiate, viottoli con assi di rinforzo, ecc. Si usa lo strumento di visualizzazione dei media (media display tool) per mostrare i video dal vero connessi ai dati, in modo che gli ingegneri possano osservare le condizioni precise che hanno causato ogni picco. Il passo successivo è la condensazione dei dati in modo che i loro effetti possano essere replicati sul tavolo vibrante in una frazione del tempo richiesto per eseguire le prove su strada. La Cummins Power Generation utilizza gli strumenti di risposta estrema (extreme response) e di risposta agli urti (shock response) di GlyphWorks per generare un profilo che creerà gli stessi carichi di fatica che i gruppi elettrogeni hanno subito sul campo. Il gruppo elettrogeno viene montato sul tavolo vibrante, viene fatto girare il profilo e si osservano gli eventuali guasti. Gli estensimetri sono incollati sui singoli componenti ed i valori a essi generati sono l'ingresso dello strumento vita alla deformazione (strain life tool) per prevedere la vita alla fatica. “Glyphworks ci ha aiutato a ridurre considerevolmente il tempo di prova e ad acquisire con precisione i danni da fatica che il componente subirà durante l'esercizio,” dice Maheshwari.

Prove sui telai dei gruppi elettrogeni

Estensimetri sul telaio di supporto

Gli ingegneri della Cummins Power Generation eseguono anche delle prove estensimetriche della slitta su cui sono montati i gruppi di generatori. Essi installano gli estensimetri nelle zone ad alta sollecitazione individuate con l'analisi FEA e poi usano GlyphWorks per convertire i risultati nel dominio della frequenza per comprendere il comportamento dinamico della slitta. I dati di deformazione vengono indi usati per valutare la vita alla fatica delle slitte o telai di supporto, impiegando i glifi per la vita alla deformazione/sollecitazione. Essi utilizzano gli strumenti di adattamento delle curve (curve-fitting tools) di GlyphWorks per determinare la rigidità dei supporti antivibranti molla / gomma. Vengono usati strumenti simili per valutare i giunti imbullonati - ad esempio il fattore dado. Queste informazioni vengono usate a loro volta nella simulazione per diagnosticare i problemi di progettazione ed ottimizzare il progetto del prodotto. “La prova fisica è la norma aurea per garantire che i nostri prodotti posseggano l'affidabilità richiesta alle nostre apparecchiature di generazione dell'energia,” conclude Maheshwari. “GlyphWorks ci aiuta a mantenere le promesse fatte ai nostri clienti, fornendo tutti gli strumenti necessari a gestire ed elaborare i dati di prova sotto un'unica interfaccia. Di particolare valore è la tecnologia per prevedere la vita alla fatica partendo dai dati misurati. Questi strumenti ci consentono di identificare e risolvere i problemi prima che i nostri prodotti siano consegnati ai clienti.”

La Cummins Power Generation

La Cummins Power Generation progetta e costruisce gruppi elettrogeni motorizzati nella gamma di potenze da 7 kW a 2,7 MW, generatori con ignizione a candela a gas naturale / propano da 7 kW a 150 kW e generatori a miscela povera di gas nella gamma da 315 kW a 2 MW. La Cummins Power Generation produce commutatori automatici di trasferimento a microprocessore – basati su una tecnologia di controllo atta a resistere a migliaia di cicli di commutazione. L'azienda fornisce anche servizi di garanzia, di manutenzione programmata e di emergenza, compreso il noleggio di energia, tramite la propria rete di distributori. La Cummins Power Generation è parte della Cummins Inc., il cui fatturato annuo è di oltre $18 miliardi.

Prodotto Usato

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