Reconstrucción virtual de un álabe de turbina de vapor mediante interpolación transfinita y Polinomios de Bernstein de cuarto grado

Abstract

In the current economic and industrial setting, steam turbine operators have chosen to repair their components rather than replace them with the benefit of saving money and time in the operation of their machinery, however, within the same scope of the Component repair, there is the disadvantage that only the original manufacturer of the machinery does the repairing in order to protect their original designs. Thus, despite being a repair, it represents a high economic impact for small turbine operators, so developing a quick and cheap repair technique is imperative to solve such problem. In a repair process, the first step is the regeneration of a damaged 3D geometry to its optimal state and at the same time, such a technique must have as a basis a methodology that allows a “clean” geometry to be replicated in the first instance with the greatest detail, in such a way that it can be implemented after the regeneration of a deformed blade. Some of these blade regeneration techniques (and consequently their base replication technique) have proven difficult to implement, expensive to execute computationally, and useful only in limited cases due to the large number of parameters used in their algorithms. This work presents the development of a methodology for the virtual reconstruction of a geometry without errors of a steam turbine blade for its later use in a real case of repairing a deformed blade implementing a combination of simplified reconstruction of aerodynamic profiles through the use of fourth degree Bernstein polynomials, the automatic interpolation of several additional profiles and their orthogonal stacking in a conformal mesh constructed by Transfinite Interpolation.

En el panorama económico e industrial actual, los operadores de turbinas de vapor han optado por reparar sus componentes en vez de reemplazarlos con el beneficio de ahorrar dinero y tiempo en la puesta en marcha de su maquinaria, sin embargo, dentro del mismo ámbito de la reparación de componentes, existe la desventaja de que sólo el fabricante original de la maquinaria suele hacerlas a fin de proteger sus diseños. Lo anterior, a pesar de ser una reparación, supone un gasto económico elevado para pequeños operadores de turbinas, por lo que desarrollar una técnica de reparación rápida y barata es imperativa para resolver tal problemática. Dentro de un proceso de reparación, el primer paso es la regeneración de una geometría 3D dañada a su óptimo estado y a su vez, tal técnica debe tener como antecedente una metodología que permita replicar de primera instancia una geometría “limpia” con el mayor detalle, de tal manera que ésta pueda implementarse posteriormente a la regeneración de un álabe deformado. Algunas de estas técnicas de regeneración de álabes (y por consecuencia su técnica base de replicación) han probado ser difíciles de implementar, caras de ejecutar computacionalmente y útiles sólo en casos limitados debido al gran número de parámetros utilizados en sus algoritmos. En este trabajo se presenta el desarrollo de una metodología para la reconstrucción virtual de una geometría sin errores de un álabe de turbina de vapor implementando una combinación de reconstrucción simplificada de perfiles aerodinámicos mediante el uso de polinomios de Bernstein de cuarto grado, la interpolación automática de varios perfiles adicionales y el apilamiento ortogonal de los anteriores en una malla conforme construida mediante Interpolación Transfinita.