חברת TURBOGEN מפתחת טורבינה לייצור מקומי של חשמל וחום במבנים
כיצד ניתן לבצע סימולציות מתקדמות של גופים מסתובבים עם SOLIDWORKS
לפני כשנה וחצי חברת טורבוג'ן פתחה את יום המסחר בבורסת ת"א, לרגל הנפקתה בבורסה בנובמבר 2021. טורבוג'ן מפתחת טורבינות לייצור מקומי של חשמל וחום במבנים. הייצור המשולב של חשמל וחום מיועד עבור חימום וקירור מבנים באמצעות ניצול יעיל של אנרגיה על מנת לפתור את בעיות אספקת החשמל בערים מרכזיות.
טורבוג'ן נוסדה בשנת 2014 ופיתחה מוצרים המבוססים על טכנולוגיה ששימשה לפיתוח מנועי סילון למערכת הביטחון הישראלית. כיום החברה מתרכזת כאמור בייצור מיקרו-טורבינה רב-דלקית המשמשת לחימום בבניני מגורים, בתי-מלון, בתי אבות, בתי חולים ועוד בעיקר בארה"ב ואירופה, שם הם מייצרים את החשמל בעצמם באמצעות גז טבעי וביו-דיזל וכך חוסכים בצריכת החשמל ומונעים עומס על אספקת החשמל.
"חברת טורבוג'ן שמה לה למטרה להיות מובילה עולמית בפיתוח וייצור של מיקרו טורבינות לייצור משולב של חשמל ומים חמים. מוצרי החברה נותנים מענה למערכת הולכת החשמל המתיישנת אשר אינה יכולה לעמוד בדרישות ההולכות וגדלות של צרכני החשמל עקב הגידול הצפוי בכלי רכב חשמליים .
המודל העסקי אשר החברה מציעה ללקוחותיה הינו Energy As A Service, כלומר טורבוג'ן תמכור את החשמל והמים החמים באתר בו המערכת מותקנת".
זיו ניר, סמנכ"ל פיתוח עסקי
חברת טורבוג'ן
טורבוג'ן מובילה מהפכה של ייצור עצמי ומקומי של חשמל בעידן בו ביקושי החשמל שוברים שיאים בעקבות הגידול בתעשיית הרכבים החשמליים. אולם, המערכת כרגע אינה מותקנת בישראל עקב העדר תשתיות של גז טבעי באזורים אורבניים.
האתגר – ביצוע סימולציות מתקדמות של גופים מסתובבים עם SOLIDWORKS
החלקים השונים במיקרו טורבינה נדרשים לעמוד בעומסים גבוהים מאוד.
בדיקות המעבדה הרבות ובדיקות האב-טיפוס שמגיעות לאחר מכן, הן רק חלק מהאתגרים הרבים איתם מתמודדים המהנדסים בחברת טורבוג'ן.
הטורבינות מסתובבות במהירויות גבוהות מאוד rad/sec 8,500 ויותר והטמפרטורות גז נעות סביב ה-C 800.
"פיתוח מיקרוטורבינה כולל פיתוח רכיבים מורכבים רבים אשר צריכים לעמוד בתנאים אווירודינמיים ותרמודינמיים מורכבים הנמצאים בקצה גבול היכולת של החומרים. ביניהם רוטור טורבינה רוטור מדחס, ת"א שריפה צירים ומיסבים שמסתובבים במהירויות גבוהות ועובדים בטמפ גבוהות לאורך שנים", מספר אורי בק, סמנכ"ל הפיתוח.
בתמונה למעלה: תמונה של מהירויות על הזורם וטמפרטורה של הרוטור
תהליך הפיתוח בשילוב כלי האנליזה
פה בדיוק נכנס הצורך בשימוש באנליזות בתהליך הפיתוח.
מהנדסי הפיתוח משתמשים בתוכנת SOLIDWORKS FLOW SIMULATION לצמצום זמן הפיתוח.
"כלי האנאליזה עוזרים לנו לדעת את ההשפעות של התנאים הקיצוניים במערכת שלנו המורכבת מחומרים שונים רבים אחד על השני- מידע קריטי ולא אנליטי שמאפשר לנו לתכנן חלקים מצויינים".
בשלב הראשוני של הפיתוח, SOLIDWORKS FLOW SIMULATION מאפשר ביצוע וולידציה למודלים שעבורם עדיין לא קיים אב-טיפוס פיזי, ובשלבים מתקדמים יותר הסימולציות עוזרות לצמצם את מספר אבי-הטיפוס הנדרש להגעה לביצועי המוצר הסופי המבוקשים.
הדבר מסייע לצמצום הזמן הכולל של הצגת מוצרים חדשים לשוק ולחיסכון בעלויות ייצור אבי-טיפוס ועלויות של שינויים קטנים.
שילוב כלי האנליזה מאיץ את תהליך הפיתוח, בפרט, שימוש בכלי אינטואיטיבי ופשוט כמו FLOW simulation, שנמצא בתוך SOLIDWORKS הוא נוח מאוד ולא דורש מעבר בין תוכנות שונות או פורמטים שונים. העברת שינויים בין התכן לאנליזות היא קלה מאוד ומאפשרת ולקבל פידבק מהיר.
לבסוף, הכלי מאפשר לבצע וולידציה על מנת להבטיח את האיכות הגבוהה של כל חלק והרכבה.
דור קמינסקי, מתכנן מכאני בכיר
חברת טורבוג'ן
לבעיות מורכבות דרוש פתרון עוצמתי
בשביל להתמודד עם אתגר הסיבוב המהיר והצורה המורכבת של הטורבינה,
SOLIDWORKS FLOW SIMULATION עושה שימוש ביכולת ה- Sliding Rotating mesh (SM) של התוכנה. יכולת זו מאפשרת לסובב חלק מהרישות אשר מתאר את הרוטור ועל ידי כך להתמודד עם בעיות נפחים מסתובבים מורכבות מאוד, אשר כוללות RPM גבוה של הרוטור, טמפרטורות גבוהות ורמת פירוט גבוהה שדורשת מיליוני אלמנטים.
בתמונה למעלה: תמונה של לחצים של הזורם והרוטור
בשביל למנוע מצב של Garbage-in/Garbage-out המהנדסים בטרובוג'ן כמובן מבצעים וולידציה לתוצאות. התוצאות של FLOW simulation נבדקות מול תוצאות של מומחי אנליזות חיצוניים, מול התוכנות הטובות בתחום (כמו Numeca) וכמובן מול ניסויים פיסיים שמבצעים במעבדות של Turbogen. בפועל נמצאה קורלציה מצוינת של כ 5% בין התוצאות השונות.
בתמונה למעלה: תמונה של טמפרטורות הזורם והרוטור.
"בטורבוג'ן אני מבצע חישובים עבור מנועי סילון, לשם כך אני משתמש ב-SOLIDWORKS SIMULATION לחישובי חוזק ותרמיות משולבים, וכן דינמיקת רוטור ללא אפקט ג'ירוסקופי.
באמצעות תוכנת ה-FLOW SIMULATION אני מבצע חישובי זרימה בתא שריפה ובמנוע, חישובי מעבר חום בין גזים ומוצקים לקבלת מהירות, לחץ וטמפרטורת הגז.
בהשוואה בין תוצאות האנליזה אל מול הניסויים, קיבלנו תוצאה מדהימה עם סטיה של עד 10%, ובהשוואה בין תוצאות האנליזה לחישובים אנליטיים נמצאה סטיה של עד 5% בלבד".
איליה לשינסקי, מהנדס אנליזות
חברת טורבוג'ן
