Wodne i przeciwwybuchowe zawory bezpieczeństwa - wdrożenie oprogramowania 3DCAD, FEA, CFD i PDM

Firma Penn-Troy Manufacturing wykorzystała rozwiązania do projektowania, symulacji, analizy CFD, zarządzania danymi produktów i tworzenia dokumentacji technicznej firmy SOLIDWORKS, aby skrócić cykle opracowywania produktów, poprawić jakość, zmniejszyć liczbę produkowanych prototypów oraz poszerzyć ofertę specjalistycznych zaworów wodnych i przeciwwybuchowych zaworów bezpieczeństwa. Unowocześnienie zaawansowanych zaworów dzięki rozwiązaniom SOLIDWORKS.

Wyzwanie:

Przyspieszenie procesu opracowywania zaworów wodnych i przeciwwybuchowych zaworów bezpieczeństwa w celu rozszerzenia oferty produktowej i wypełnienia istniejącej luki na rynku.

Rozwiązanie:

Wdrożenie oprogramowania projektowego SOLIDWORKS Premium, oprogramowania analitycznego SOLIDWORKS Simulation Professional (FEA) oraz SOLIDWORKS Flow Simulation (CFD), aplikacji do zarządzania danymi produktów SOLIDWORKS Enterprise PDM oraz oprogramowania do tworzenia dokumentacji technicznej SOLIDWORKS Composer.

Korzyści:

• Skrócenie cykli projektowania o 50 procent
• Zaoszczędzenie 40 000 – 50 000 USD na produkcji prototypów
• Zmniejszenie wagi zaworów o 10 procent
• Poprawienie jakości produktów

Penn-Troy Manufacturing, Inc. – o firmie

Firma jest wiodącym producentem specjalistycznych zaworów do systemów uzdatniania wody, zakładów oczyszczania ścieków oraz morskich silników wysokoprężnych. Oddział Troy Valve Division wytwarza standardowe i niestandardowe zawory do zastosowań związanych z przesyłaniem wody i ścieków. Oddział Bicera Valve Division tworzy przeciwwybuchowe zawory bezpieczeństwa do skrzyń korbowych, które zapobiegają wybuchom w maszynowniach oraz pożarom wynikającym z zapłonu skrzyni korbowej.

British Internal Combustion Engine Research Association – BICERA

Zawory Bicera biorą swoją nazwę od brytyjskiego stowarzyszenia ds. badań nad silnikami spalinowymi (ang. British Internal Combustion Engine Research Association, BICERA). Stowarzyszenie wyjaśniło przyczynę wybuchu w maszynowni, który spowodował śmierć 28 osób w 1947 roku. Był nią zapłon mgiełki oleju wydobywającej się ze skrzyni korbowej. Firma Penn-Troy produkuje zawory przeciwwybuchowe Bicera od 1959 roku. Zawór zmniejsza siły wewnętrznych naprężeń, gdy te osiągną określoną wartość progową, a wbudowana wewnętrzna mokra pułapka ogniowa gasi ewentualne płomienie.

Zwiększenia inwestycji na badania i rozwój produktów

Do 2010 roku firma wytwarzała swoje produkty na podstawie dwuwymiarowych rysunków technicznych. Według szefa działu inżynierii mechanicznej Mike’a Kafki zaostrzająca się konkurencja oraz decyzja kierownictwa dotycząca zwiększenia inwestycji na badania i rozwój produktów, rozszerzenie oferty produktowej, a także zwiększenie udziału w rynku, zmotywowały firmę do rozpoczęcia testów rozwiązań z zakresu projektowania 3D. „Dyrekcja zdecydowała, że firma musi zwiększyć ofertę produktów, w związku z tym zdecydowaliśmy się na zakup narzędzi z zakresu projektowania 3D, symulacji oraz opracowywania dokumentacji, które zapewniłyby nam możliwość wydajnej realizacji tego zadania” — wspomina Mike Kafka.

Rozwiązania SOLIDWORKS 3D CAD zamiast Pro/ENGINEER (Creo)

Mike Kafka używał na studiach oprogramowania Pro/ ENGINEER , ale po prezentacji przeprowadzonej przez dystrybutora Prism Engineering zasugerował swojej firmie inwestycję w oprogramowanie SOLIDWORKS. Firma Penn-Troy wybrała rozwiązania SOLIDWORKS ze względu na łatwość obsługi oraz szereg zintegrowanych narzędzi projektowych i inżynieryjnych. Wdrożono oprogramowanie do projektowania SOLIDWORKS Premium, narzędzia analityczne SOLIDWORKS Simulation Professional, narzędzia do analizy dynamiki płynów (CFD) SOLIDWORKS Flow Simulation, aplikacje do zarządzania danymi produktów SOLIDWORKS PDM oraz do tworzenia dokumentacji technicznej SOLIDWORKS Composer.

„Oprogramowanie SOLIDWORKS znacznie wyróżniało się pod względem intuicyjności obsługi na tle konkurencyjnych rozwiązań” — twierdzi Mike Kafka. „Program działa zgodnie z moimi oczekiwaniami i jak dotąd sprostał wszystkim postawionym mu zadaniom”.

Rewolucja na rynku zaworów

Po wdrożeniu rozwiązań SOLIDWORKS firma Penn-Troy rozpoczęła rozszerzanie swojej oferty produktów, zwłaszcza tych wytwarzanych przez oddział Bicera. Zaplanowano wprowadzenie bardziej zaawansowanych konstrukcji drzwiczek serwisowych, niespotykanych dotychczas na rynku.

Tak jak poprzednio, zawory Bicera byłyby integrowane bezpośrednio w drzwiczkach serwisowych przekładni korbowej klientów, ale od teraz proces byłby szybszy i bardziej dokładny, ponieważ firma mogłaby pracować z istniejącymi danymi CAD 3D dostarczonymi przez klienta, a także weryfikować poprawność nowych konstrukcji zaworów za pomocą narzędzi do symulacji marki SOLIDWORKS. Aby zapewnić klientom tę korzyść, pracownicy firmy Penn-Troy musieli uzyskać możliwość pracy z różnorodnymi plikami projektów CAD 2D i 3D  — a oprogramowanie SOLIDWORKS jest do tego doskonale przystosowane.

„Możliwość zintegrowania naszych zaworów w konstrukcjach drzwiczek, a następnie przetestowanie działania zaworu oraz samych drzwiczek za pomocą programu SOLIDWORKS Simulation zachęca klientów do współpracy z naszą firmą” — podkreśla Mike Kafka. „Narzędzia SOLIDWORKS pomogły nam wprowadzić tę nową metodę pracy, a także całkowicie odmienić każdy aspekt procesu projektowania zaworów Bicera”.

Symulacja siły wybuchu – Simulation Professional i Flow Simulation

Penn-Troy wykorzystała oprogramowanie SOLIDWORKS Simulation Professional i SOLIDWORKS Flow Simulation do przeprowadzenia symulacji sił wybuchów, co pozwoliło jej udoskonalić konstrukcję zaworu Bicera. Firma może symulować wpływ wybuchu w skrzyni korbowej na konstrukcję oraz wibracje — ustalić, które śruby ulegną zniszczeniu jako pierwsze, określić środek rezonansu i zidentyfikować miejsca, w których trzeba dodać wzmocnienia lub pogrubić element.

Oprogramowania SOLIDWORKS Flow Simulation pozwala analizować zachowanie – podczas eksplozji – porowatego spieku metalowego zastosowanego w konstrukcji zaworu. Korzystając z symulacji, zmniejszono liczbę wykonywanych prototypów, oszczędzając od 40 000 do 50 000 USD rocznie, zredukowano wagę zaworu o 10 procent, oszczędzając materiał, a także zwiększono wytrzymałość zaworu, jednocześnie tworząc konstrukcje cechujące się większą trwałością.

„Narzędzia dostępne w oprogramowaniu SOLIDWORKS Simulation pozwoliły nam zaoszczędzić tysiące dolarów” — zauważa Mike Kafka. „Korzystając z nich, przeprowadziłem symulację przepływu płynów w sześciu rożnych konfiguracjach, aby wypracować konstrukcję zaworu, która najlepiej odprowadza gazy wydechowe z zachowaniem równomiernego rozproszenia przepływu. Oprogramowanie SOLIDWORKS Simulation pozwoliło nam także szybko przygotować nowe rozmiary zaworów z serii Troy bez tworzenia dużej liczby prototypów, ponieważ z jego pomocą obliczyliśmy naprężenia i obciążenia wywierane na nowe produkty przez różne momenty obrotowe i ciśnienia przepływu”.

Wykorzystanie danych CAD pozwala oszczędzać czas i pieniądze

Firma Penn-Troy nie tylko wykorzystuje dane CAD 3D w symulacjach projektów, ale także stosuje oprogramowanie do tworzenia dokumentacji technicznej SOLIDWORKS Composer, które znacząco upraszcza proces aktualizacji jej witryny internetowej oraz katalogu produktów.

„W rozwiązaniach SOLIDWORKS doceniamy możliwość zaoszczędzenia ogromnych ilości czasu i pieniędzy na późniejszych etapach produkcji” — twierdzi Mike Kafka.

„Dzięki oprogramowaniu SOLIDWORKS możemy zrealizować więcej zamówień, obsłużyć więcej klientów i wyprodukować więcej wyrobów bez konieczności zwiększania zatrudnienia” — dodaje. „Bez tego oprogramowania nie mógłbym wykonywać swojej pracy”.