Dynamique du rotor et calcul de résistance (FKM) avec CADFEM ihf Toolbox

Luwa Air Engineering AG est le leader de la fourniture de systèmes aérauliques industriels. L'importance de l'efficacité énergétique dans la gamme de produits Luwa se reflète dans le ventilateur axial B600 nouvellement développé, qui établit les meilleures références en matière d'efficacité aérodynamique. Les ventilateurs axiaux pour le soufflage et l'extraction d'air sont les principaux consommateurs d'énergie électrique dans les filatures et les tissages : Dans une filature, cette part représente environ 55 % et dans un atelier de tissage jusqu'à 75 % de la consommation électrique totale des installations de climatisation et de filtration. L'objectif pour la nouvelle génération de ventilateurs axiaux Luwa était de réduire la consommation d'électricité, d'augmenter la puissance du ventilateur et de réduire le niveau sonore. CADFEM a été chargé d'étudier l'intégrité structurelle des pales du ventilateur qui en fonctionnement ne doivent pas entrer en résonance, alors qu'elles sont soumises à des charges centrifuges et aérodynamiques.

Luwa Air Engineering AG a amélioré le design d'environ 4 %, ce qui a permis de réduire la consommation d'énergie cumulée, des ventilateurs installés, de 1,2 MW par an. La stabilité rotodynamique et l'intégrité structurelle ont été obtenues sans avoir recours à de longs cycles de prototypage et de tests physiques. En plus, les coûts de prototypage et de personnel, pour les cinq itérations de conception habituellement nécessaires, ont été éliminés, soit une économie de plus de 80 000 €. Grâce à la simulation, les problèmes de résonance ont été éliminé d'emblée. En outre, il a été possible d'obtenir un aperçu plus détaillé du comportement de l'ensemble du système que ce qui aurait été possible par des tests.

Afin d'éviter les résonances, le comportement dynamique du rotor a été étudié par analyse modale en tenant compte des effets gyroscopiques. Les modes propres calculés ont ensuite été évalués à l'aide des diagrammes Campell et SAFE pour éliminer toute interaction entre la vitesse de rotation, le diamètre du nœud du disque et les fréquences propres de l'aube. Pour atteindre cet objectif, plusieurs améliorations de la géométrie de l'aube ont été étudiées. Lorsque le comportement dynamique a été jugé satisfaisant, la vérification de la résistance a été effectuée. Lors de la première étape de chargement, une précontrainte par vis a été appliquée afin de simuler le montage de la roue de ventilateur. Dans la deuxième étape de chargement, la vitesse de rotation et les valeurs de pression aérodynamique calculées avec ANSYS CFX ont été introduites. Les contraintes calculées ont été évaluées avec WB/FKM de la boîte à outils CADFEM ihf. WB/FKM est une implémentation de la directive FKM "Analytical Strength Assessment" au sein d'Ansys Mechanical Workbench et offre une évaluation automatisée de la charge statique et de la fatigue sur toute la surface.