Optimiranje štita kućišta generatora

undergraduate thesis

• Title (english): Optimization of the generator frame bracket
• Author: Luka Zadro
• Mentor: Ivica Galić (mentor)
• Mentor: Mato Perić (komentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2025-02-10, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering; General Mechanical Engineering (Construction)

Abstract

Hidroenergija je vodeći izvor obnovljive električne energije, a njezin potencijal u današnjem
svijetu je iznimno velik zbog velikih zahtjeva za čistom energijom. Glavni stroj za generiranje
električne energije iz hidroenergije je generator, koji mehaničku energiju dobivenu iz turbine
pretvara u električnu energiju. Pri tom procesu, kućište generatora preuzima velike sile koje se
prenose putem turbine i vratila, što zahtijeva izdržljivost i čvrstoću svih njegovih komponenti.
Jedna od ključnih komponenti koja osigurava pravilan rad generatora i njegovu krutost je štit
generatora koji je sastavni dio kućišta i odgovaran za prijenos aksijalna opterećenja. Ispravno
dimenzioniran i optimiziran štit ključan je za povećanje sigurnosti i vijeka trajanja generatora.
Ovaj rad bavi se optimizacijom konstrukcijskog rješenja štita kućišta generatora za primjenu u
hidroelektranama. Prvi korak je analiza mehaničkih karakteristika plitkog štita, s naglaskom
na njegovu krutost, primjenom metode konačnih elemenata (MKE). Detaljnom analizom
procijenit će se sposobnost štita da prenosi aksijalna opterećenja te osigurava stabilnost
cijelog sustava. Nadalje, potrebno je razmotriti opravdanost primjene dubokog štita u odnosu
na plitki štit. Ove dvije izvedbe razlikuju se po obliku i načinu izrade. Sljedeća faza rada
uključuje simulaciju postupka zavarivanja kako bi se analizirala zaostala naprezanja koja
mogu utjecati na integritet i vijek trajanja štita. Rezultati ove analize omogućit će bolje
razumijevanje ponašanja materijala tijekom zavarivanja te identificirati potencijalne slabe
točke koje bi mogle ugroziti stabilnost konstrukcije. Također, ova simulacija pridonosi
unapređenju procesa izrade štita i smanjenju rizika od pukotina ili deformacija. Na temelju
provedenih analiza, izradit će se optimizirano konstrukcijsko rješenje dubokog štita. U sklopu
optimizacije provest će se numerička analiza čvrstoće i krutosti kako bi se osigurala
odgovarajuća nosivost i pouzdanost štita. Cilj je postići optimalno konstrukcijsko rješenje
koje zadovoljava sve tehničke zahtjeve uz visoku učinkovitost, stabilnost i dugotrajnost
sustava. Na kraju rada, svi mjerljivi parametri bit će uspoređeni kako bi se utvrdila
opravdanost primjene optimiziranog štita. Usporedit će se aksijalna krutost, maksimalna
naprezanja i troškovi izrade kako bi se donio konačni zaključak o isplativosti novog rješenja.

Abstract (english)

Hydropower is the leading source of renewable electricity, and its potential in today's world is
exceptionally high due to the increasing demand for clean energy. The primary machine for
generating electricity from hydropower is the generator, which converts mechanical energy
from the turbine into electrical energy. During this process, the generator housing absorbs
significant forces transmitted through the turbine and shaft, necessitating the durability and
strength of all its components. One of the key components ensuring the proper operation and
rigidity of the generator is the generator shield, which is an integral part of the housing and
responsible for transferring axial loads. A properly dimensioned and optimized shield is
essential for enhancing the safety and lifespan of the machine. This thesis focuses on optimizing
the mechanical design of the housing shield for application in hydropower plants. The first step
involves analyzing the mechanical characteristics of the shallow shield, with an emphasis on its
rigidity, using the Finite Element Method (FEM). A detailed analysis will assess the shield's
ability to transfer axial loads and ensure the system's overall stability.
Furthermore, it is necessary to evaluate the justification for using a deep shield compared to a
shallow shield. These two designs differ in shape and manufacturing methods. The next phase
of the study involves simulating the welding process to analyze residual stresses that may affect
the integrity and lifespan of the shield. The results of this analysis will provide better insight
into the material's behavior during welding and help identify potential weak points that could
compromise structural stability. This simulation also contributes to improving the shield
manufacturing process and reducing the risk of cracks or deformations. Based on the conducted
analyses, an optimized structural solution for the deep shield will be developed. As part of the
optimization, a numerical study of strength and rigidity will be performed to ensure adequate
load-bearing capacity and reliability of the shield. The goal is to achieve an optimal design that
meets all technical requirements while ensuring high efficiency, stability, and durability of the
system. At the end of the thesis, all measurable parameters will be compared to determine the
justification for implementing the optimized shield. Axial rigidity, maximum stresses, and
manufacturing costs will be evaluated to draw a conclusion regarding the cost-effectiveness of
the new solution.

• Keywords: Hidrogenerator; Metoda Konačnih elemenata; Optimizacija
• Keywords (english): Hydro generator; Finite Element Method; Optimization
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:357172
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; specializations in: Design, Process and Energy Engineering, Production Engineering, Engineering Modelling and Computer Simulation, Marine Engineering, Industrial Engineering and Management, Materials Engineering; Course: Design; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Embargoed access; Embargo expiration date: 2027-01-30
• Created on: 2025-01-30 12:56:05