l’architettura costruttiva della elettropompa sommergibile · problema 3:-l’acqua è sporca la...
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L’architettura costruttiva della elettropompa sommergibile
Analisi del sistema di vincoli
funzionali e tecnologici e ricerca delle
soluzioni
Stiamo realizzando uno scavo, nel corso dell’opera lo scavo si
allaga……….. Bisogna drenare!In cantiere è disponibile energia
elettrica quindi facile ed economico!
usiamo una elettropompa centrifuga.
1929-Cantiere per la costruzione della metropolitana di Berlino la ditta Pleuger risolve il
problema costruendo speciali pompe sommerse con motore a rotore allagato
Perché sommergibile? Storia di un problema e della sua soluzione Problema 1:-La pompa centrifuga non si innesca da sola -non va! bisogna mettere una valvola sul fondo del tubo di aspirazione, riempire il tubo poi avviare l’elettropompa. Risolto!
Problema 2:-Appena il livello si abbassa tanto da far entrare aria nel tubo di aspirazione la pompa non eroga più -non va! bisogna realizzare un pozzetto di raccolta. Risolto!
Problema 3:-L’acqua è sporca la valvola di fondo non chiude perfettamente, ad ogni fermata il tubo di aspirazione si svuota e la pompa deve essere re-innescata -non va! Bisogna cambiare pompa è necessario passare ad una pompa autoinnescante. Risolto!
Problema 4:-Lo scavo diventa sempre più profondo bisogna allungare il tubo di aspirazione le perdite di carico aumentano la pompa inizia a cavitare e la portata si riduce aiuto!
No decisamente non va! E adesso che si fa?
Sembrava facile ed economico!
Serve un’idea
METTIAMO L’ELETTROPOMPA NELL’ACQUA !
La storia
1947-Una azienda svedese fondata nel 1922 da Hilding Flygt per la produzione di
elettropompe centrifughe presenta una soluzione che risolve economicamente ed in un solo colpo i quattro problemi
la pompa B.Il progettista Sixten Engelson ha una idea
temeraria, usare un normale motore elettrico ad induzione e racchiuderlo in un
contenitore stagno separando con una semplice tenuta che agisce sull’albero la
parte idraulica da quella elettrica.Grande successo commerciale è nata
la pompa sommergibile
Risolto!
Una esigenza da soddisfare ed una idea i due elementi su cui si basa qualsiasi invenzione poi la palla passa agli ingegneri -l’idea deve essere analizzata a fondo
isolando le criticità
Qual è il problema critico?
Bisogna impedire che il liquido pompato dalla pompa centrifuga penetri all’interno del motore
attraversando il gioco che deve rimanere tra albero e carcassa e che permette al rotore di azionare la
girante
Liquido aspirato
Liquido pompato
AriaCarcassa
Rotore
Tenuta dinamica sul gioco
Gruppo motore
Gruppo tenute
Gruppo pompa
Il grande successo commerciale della pompa B ha spinto molte aziende produttrici di elettropompe a cercare soluzioni affidabili per il principale problema di queste macchine.
La tenuta sul gioco tra carcassa ed alberoLe inesorabili leggi della selezione forzata dopo anni di tentativi, hanno fatto affermare la soluzione
che fornisce il miglior compromesso tra funzionalità e costo : due tenute frontali separate da una camera riempita di olio
Tenuta lato motore
Tenuta lato pompa
Camera olio
L’olio lubrifica le tenute frontali ed
emulsiona eventuali piccole perdite della tenuta lato pompa
causate dalle impurità trascinate dal liquido pompato
Individuazione dei parametri
che ottimizzano prestazioni ed
affidabilità
Individuazione dei parametri
che ottimizzano la
produzione
Vincoli funzionali Vincoli tecnologiciNumerosità dei lotti prodotti
Determinazione del sistema di vincoli e soluzione tramite
soluzioni innovative
Per la realizzazione di una elettropompa sommergibile
bisogna risolvere per ognuno dei tre gruppi di componenti:
Motore, Tenuta , Pompadue vincoli
uno di tipo funzionale ed uno prettamente tecnologico.
Ognuno di essi ne implica altri in cascata ed il sistema di vincoli
così ottenuto ammette in generale più soluzioniche sono in definitiva
le possibili architetture costruttive
Vincolo funzionale
Vincolo tecnologico
Gruppo motore
Gruppo tenute
Gruppo pompa
Elettropompa sommergibile
Vincolo funzionale
Vincolo funzionale
Vincolo tecnologico
Vincolo tecnologico
Vincoli indotti
Vincoli indotti
Vincoli indotti
Vincoli indotti
Vincoli indotti
Vincoli indotti
Architetture costruttive possibili
Soluzione del sistema di vincoli
Vincoli imposti ai componenti del gruppo motore
Si deve garantire la possibilità di eseguire
più volte la connessione dell’avvolgimento con il cavo di alimentazione
La carcassa motore deve
essere a prova di esplosione
Si deve rendere minimo il numero
di componenti
Deve essere garantita l’ermeticità del motore
Deve essere garantito lo
smaltimento del calore prodotto dalle perdite nel
motore
funzionale tecnologico
Deve essere possibile utilizzare motori con
numero di poli differente sulla stessa carcassa
Deve essere possibile sostituire
le bobine dello statore senza
smontare il pacco statorico
Per installazione in vasca con
raffreddamento naturale
Per installazioni a secco con
raffreddamento forzato
Deve essere possibile
alimentare il motore tramite
inverterDevono essere
impiegati cuscinetti volventi
a norma ISO
La connessione tra bobine e cavo deve
essere separata dal vano motore
Vincoli imposti ai componenti del gruppo pompa
Si deve garantire la massima
intercambiabilitàdelle giranti sullo stesso
corpo
Deve essere possibile lo smontaggio della sola
parte idraulica
Si deve rendere minimo il numero
di componentiSi deve rendere
minimo lo sbalzo
dell’albero
Deve essere possibile
l’istallazione a secco
Devono essere rese minime le
perdite idraulicheDevono essere rese minime le spinte assiali e
radiali
funzionale tecnologico
Deve essere possibile la regolazione del gioco tra
girante e corpo
Deve essere reso minimo il pericolo di intasamento
Deve essere possibile utilizzare
anche materiali resistenti alla
corrosione o alla abrasioneDeve essere
possibile il montaggio su piedi
di aggancio rapido di aziende concorrenti
Vincoli imposti ai componenti del gruppo tenute
Si deve garantire la massima
intercambiabilitàdelle idrauliche
sulla stessa camera olio
Deve essere possibile il pre-assemblaggio del gruppo rotore-tenute
Si deve rendere minimo il numero
di componenti
Si deve rendere
minima la distanza tra le
tenute
Deve essere garantita la lubrificazione delle tenute
Deve essere garantita la circolazione
dell’olio
Deve essere possibile verificare
lo stato dell’olio senza smontare la
macchina
funzionale tecnologico
Le tenute devono
essere frontali a norna DIN
Deve essere reso minimo il pericolo
di intasamento della tenuta lato
pompa
Deve essere possibile montare motori di diversa grandezza IEC
sulla stessa camera olio
La combinazione dei vincoli imposti ai tre gruppi di componenti determinano un sistema di relazioni che può essere globalmente soddisfatto solo realizzando la camera olio come componente indipendente.
La camera olio può essere inserita nella carcassa del motore elettrico o nel corpo pompa solo se si elimina dal sistema di vincoli il raffreddamento forzato
Permette anche il raffreddamento forzato
Permette solo il raffreddamento naturale
Camera olio integrata
Camera olio indipendente
Soluzione che rispetta tutti i vincoli imposti in grado di conseguire economie di scala per produzione in lotti ripetuti di numerosità compresa tra 10 e 100 pezzi
Versione con raffreddamento
forzato
Versione con raffreddamento
naturale
Le due versioni sono ottenute utilizzando
gli stessi getti grezzi per la carcassa del
motore e della camera olioi componenti
vengono differenziati solo nella fase di lavorazione alle
macchine utensili
Condotti di discesa
Superfice di scambio
Camicia
Fori di ritorno glicole caldo
Fori di salita glicole freddoSuperfice alettata
di scambio termico
Girante di circolazione
Camera olio
Schema del sistema di raffreddamento forzato
Getto grezzo
Getto lavorato per raffreddamento naturale
Ulteriore lavorazione per raffreddamento forzato
Fori di circolazione
Differenziazione della carcassa durante la fase di lavorazione alle macchine
utensili
Sede della camicia
Getto grezzo
Getto lavorato per raffreddamento naturale
Ulteriore lavorazione per raffreddamento
forzato
Differenziazione della camera olio durante la fase di lavorazione alle
macchine utensiliSede disco di separazione Fori di
circolazione
Tenuta lato motore
Tenuta lato pompa
Distanziatore
Girante di ricircolo
Disco di separazione
Camera olio per
raffreddamento naturale
Camera olio per
raffreddamento forzato
Portatenutaper
raffreddamento naturale
Portatenutaper
raffreddamento forzato
Componenti della camera olio nella versione per
raffreddamento naturale e nella versione per
raffreddamento forzato
L’architettura costruttiva trovata può essere applicata a due o più taglie contigue di motori IEC ciò rende possibile realizzare un piano di intercambiabilità che rende minimo il numero di componenti
Componente in comune
Componenti in comune
Componenti in comune
Gruppo 1 motori IEC112 IEC132
Gruppo 2 motori IEC160 IEC180
Gruppo 3 motori IEC200 IEC225 IEC250
Gruppo 4 motori IEC280 IEC315
Gruppo 5 motori IEC355 IEC400
Esempio di realizzazione del
piano di intercambiabiltàdei motori con i pacchi statorici
IEC112 e IEC132 del gruppo 1
Esempio di serie completa di motori 2-4-6-8-10 poli per potenze da 5.5 a 350kW realizzata sulla base della architettura costruttiva che soddisfa tutti i vincoli imposti
Unificando il centraggio del corpo e la estremità d’albero lato pompa per due o più taglie di motori, si realizza un piano di intercambiabilità delle idrauliche con il minimo numero di componenti
Rotori taglia IEC 112 e
IEC132 a 2-4-6 poli
Idrauliche intercambiabili
su motori 2 poli
Idraulica a bassa prevalenza su motori 6poli
Idrauliche intercambiabili
su motori 4 poli
Intercambiabilità di diverse giranti sullo
stesso corpo
Esempio di realizzazione del
piano di intercambiabilitàdelle idrauliche
sui motori IEC112 e IEC132
L’aggiunta di un ulteriore vincolo
tecnologico rende possibile
l’intercambiabilitàdelle idrauliche tra
due gruppi di motori
Componenti comuni per versione a
raffreddamento naturale
Componenti comuni per la
versione a raffreddamento
forzato
Idrauliche del piano d’intercambiabilitàIEC112-IEC132
Rotori del piano di intercambiabilità IEC160-IEC180
Questa variante geometrica della
camera olio permette di realizzare il
centraggio del corpo pompa di
diametro inferiore a
quello della carcassa del
motore condizione che si verifica per le idrauliche montate su
motori a 2 poli alimentati a
60Hz
Esempio di camere olio che permettono lo
scambio di idrauliche tra il gruppo 1 ed il
gruppo2
Sopprimendo uno alla volta vincoli tecnologici ed escludendo le soluzioni banali, il sistema fornisce una serie di architetture costruttive via via più economiche fino a quella con il minimo
numero di componenti
La soppressione del vincolo elimina un componente
Tutti i vincoli rispettati
Carcassa con un lato chiuso
Camera olio indipendente
diventa impossibile realizzare il
raffreddamento forzato
La carcassa aperta da entrambi i lati richiede un
componente in più ma permette di realizzare il
raffreddamento forzato e la separazione della
zona di connessione dal vano motore
Soppressione del vincolo che impone la possibilità di
riavvolgere il motore senza smontare il pacco statorico
Camera collegamento
Esempio di inserimento della camera olio nella
carcassa del motore
Sopprimendo il vincolo che impone la possibilità di montare più grandezze IEC sulla stessa camera olio
diventa possibile inserirla all’interno della carcassa del motore
La soppressione del vincolo che impone l’uso di tenute frontali permette di
eliminare un componente
Componente che permette il montaggio della tenuta frontale lato
motore
Tenuta frontale
lato pompa
Tenuta a labbro lato
motore
Esempio di piano di intercambiabilità delle idrauliche ottenuto con camera olio inserita nella carcassa motore per la grandezza IEC71
Unica taglia di motore con diverso numero di poli
Sopprimendo il vincolo che impone la intercambiabilità delle idrauliche sulla stessa camera olio si ottiene una variante con
corpo pompa integrato nel corpo motore
Sopprimendo il vincolo che impone la carcassa motore a prova di esplosione si ottiene l’architettura costruttiva con il minimo numero di componenti
Eliminazione del taglia-fiamma sull’albero richiesto per la carcassa motore a
prova di esplosione
Minimo numero di pezzi che permette
ancora l’assemblaggio della elettropompa