Astudiaeth Achos: TWI Ltd.

Ymchwil academaidd yn cefnogi Arbenigwyr Profi NDT i barhau i hyrwyddo peirianneg a gweithgynhyrchu blaengar yng Nghymru

Cwmni byd-eang sy’n un o sefydliadau ymchwil a thechnoleg annibynnol mwyaf blaenllaw’r byd yw TWI Ltd., yn arbenigo mewn weldio, cysylltu a phrosesau cysylltiedig, gan gynnwys Profi heb Ddinistrio (NDT). Sefydlwyd TWI yn 1946, ac ar hyn o bryd mae’n gweithredu o bum cyfleuster yn y Deyrnas Unedig ac 13 dramor. Mae Canolfan Dechnoleg y cwmni yng Nghymru, yng Nghastell-nedd Port Talbot, yn arbenigo mewn datblygu a chymhwyso’r dulliau profi NDT diweddaraf. Er mwyn galluogi a gwella’u galluoedd NDT, mae TWI wedi datblygu system archwilio NDT chwim ar gyfer cydrannau cymhleth, cyfansawdd, fel rhan o brosiect “IntACom”.

Mae system NDT “IntACom” TWI yn cynnwys dwy fraich robotig 6-echel, sy’n cario stilwyr uwchsonig ar ben chwythellau dŵr. Mae’r system yn defnyddio chwythellau dŵr i drosglwyddo signalau uwchsonig i arwyneb darn profi cyfansawdd, gyda’r signal a adlewyrchir yn darparu gwybodaeth am ei gyflwr. Er mwyn sicrhau’r cyflwyniad mwyaf effeithiol a’r derbyniad mwyaf cywir o’r signal uwchsonig, mae angen i’r ffroenell ryddhau chwythell ddŵr ar ffurf “cyplad”, gyda llif sefydlog, laminaidd.

O dan y system gyfredol, eglurwyd yr amharu ar y signal uwchsonig yn nhermau ymddygiad cythryblus y chwythell ddŵr. O ganlyniad, gofynnodd TWI am gymorth gan ASTUTE 2020, a gafodd y dasg o optimeiddio deinameg llif y chwythell ddŵr trwy gymhwyso’u harbenigedd Modelu Peirianneg Cyfrifiadurol, yn benodol Deinameg Hylif Cyfrifiadurol (CFD). Roedd y prosiect a ddeilliodd o hyn yn drefniant cydweithio rhwng Prifysgol Abertawe, Prifysgol Cymru y Drindod Dewi Sant (PCYDDS) a TWI.

Heriau

Roedd TWI wedi canfod bod modd gwella perfformiad eu dyfais NDT uwchsonig “IntACom” trwy wella trosglwyddiad a derbyniad y signal uwchsonig trwy’r cyplad dŵr. Mae cyfluniad cyfredol y ffroenell ddŵr yn cynnwys mewnfa dangiadol i siambr, y mae’r llif chwyrlïol yn symud ohoni i adran sythu llif ac yn olaf i broffil cydgyfeiriedig sy’n bwydo’r llif i allfa.

Datrysiad

Er mwyn mynd i’r afael â’r her, nodwyd maes ymchwil newydd a fyddai’n galw am ddatblygu model cyfrifiadurol i asesu ac yn y pen draw i optimeiddio deinameg llif dŵr y cyplad trwy’r ffroenell. Nodwyd bod sawl elfen yn ofynnol yn y broses fodelu:

1. Efelychu llif dyluniad gwreiddiol y ffroenell er mwyn asesu a darlunio ymddygiad y llif cyn iddo ddod allan o’r ffroenell;
2. Yn ogystal â model o’r llif y tu mewn i’r ffroenell, roedd angen techneg fodelu i gipio ymddygiad arwyneb rhydd y llif wrth ddod allan o’r ffroenell;
3. Optimeiddio’r adran sythu llif;
4. Asesu cynnwys adran sbwng yn y ddyfais i helpu i wneud y llif yn llinol, ac
5. Optimeiddio siâp ffroenell yr allfa er mwyn gwella cyflwr y llif laminaidd.

Datblygodd Prifysgol Abertawe fodel deinameg hylif cyfrifiadurol (CFD) o ranbarth y llif yn y ffroenell. Roedd hyn yn caniatáu ar gyfer delweddu llifliniau, ac yn nodi bod agweddau ar gyfluniad y ffroenell wreiddiol oedd yn cyfrannu at nodweddion llif anlaminaidd. Er mwyn asesu ymddygiad y llif wrth adael y ffroenell rhoddwyd dull modelu Cyfaint Hylif (VoF) ar waith oedd yn tracio blaen y dŵr yn symud trwy’r awyr ac yn helpu i asesu pellter a sefydlogrwydd y chwythell ddŵr symudol. Ystyriwyd sawl addasiad i gyfeiriadedd y tiwbiau yn yr adran sythu llif, yn ogystal â chynnwys haen o sbwng, a efelychwyd trwy gymhwyso model hydraidd. Ar ben hynny, awgrymwyd siâp newydd ar gyfer y ffroenell allfa a’i fodelu, a dilyswyd gwaith arbrofol gan TWI a PCYDDS. Ar sail canlyniadau’r efelychiad, roedd modd creu ffroenell wedi’i hoptimeiddio oedd yn cyflawni gofynion TWI o ran ymddygiad laminaidd gwell.

Effaith

Mae TWI yn gwbl ymroddedig i wella perfformiad eu system NDT IntACom a’u bwriad yw cynnal rhaglen lawn o brofion gyda’r cyfluniad ffroenell ddŵr newydd. Mae ymgysylltiad TWI a thîm ASTUTE 2020 wedi arwain at gyfnewid gwybodaeth yn helaeth, er budd o’r ddeutu.  

O ganlyniad uniongyrchol i’r cydweithio, crëwyd dwy swydd newydd yng nghyfleuster Port Talbot, fel bod modd i TWI addasu dyluniad cyfredol eu system gyflwyno cyplad dŵr uwchsonig yn y ddyfais IntACom, a fydd yn arwain at y canlynol:

• Cyflwyno’r signal uwchsonig a dehongli’r canlyniadau yn fwy manwl gywir.
• Gwella galluoedd delweddu a dosbarthiad diffygion system NDT IntACom TWI.
• Potensial i gynhyrchu gwerthiant system a meddalwedd, yn ogystal ag elw ymgynghorol uwch i TWI o’r System IntACom.
• Mae osgoi atgyweiriadau llawn diangen yn cynnig effaith amgylcheddol trwy leihau treuliant deunyddiau.
• Gyda chwythell ddŵr well, fwy sefydlog, mae modd cynyddu’r pellter rhwng y ffroenell a’r gydran sy’n cael ei phrofi, er mwyn gallu archwilio strwythurau sy’n fwy cymhleth o ran geometreg ac ardaloedd oedd yn anhygyrch o’r blaen.

Manteision y prosiect cydweithredol hwn yn y pen draw fydd caniatáu i TWI ddileu rhwystrau pwysig i ddefnyddio systemau archwilio NDT gwerth uchel wedi’u hawtomeiddio. Bydd eu defnyddio o fudd i lawer o ddiwydiannau, gan fod y defnydd o gyfansoddion yn tyfu’n esbonyddol, a bydd y gallu i leihau amser archwilio/gwasanaethu o fudd mawr. Os yw technoleg NDT newydd o’r math yma wedi’i lleoli yng Nghymru bydd yn parhau i hybu peirianneg a gweithgynhyrchu o’r radd flaenaf yng Ngorllewin Cymru a’r Cymoedd.

Mae prosiect IntACom yn rhan o Sefydliad Ymchwil Peirianneg a Deunyddiau Uwch TWI (AEMRI), a ariennir gan Swyddfa Cyllid Ewropeaidd Cymru (WEFO) gan ddefnyddio Cronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop (ERDF).

Mae fformat testun cyfoethog o’r fideo ar gael yma