L'architettura costruttiva della elettropompa sommergibile - Bbc

L’architettura costruttiva dellaelettropompa sommergibileAnalisi delsistema di vincolifunzionali etecnologici ericerca dellesoluzioni

Perché sommergibile? Storia di un problema e della sua soluzione Problema 1:-La pompa centrifuga non si innesca dasola -non va! bisogna mettere una valvola sul fondo delStiamo realizzando uno scavo, nelcorso dell’opera lo scavo siallaga……….. Bisogna drenare!In cantiere è disponibile energiaelettrica quindi facile ed economico!usiamo una elettropompa centrifuga.1947-Una azienda svedese fondata nel1922 da Hilding Flygt per la produzione dielettropompe centrifughe presenta unasoluzione che risolve economicamenteed in un solo colpo i quattro problemila pompa B.Il progettista Sixten Engelson ha una ideatemeraria, usare un normale motoreelettrico ad induzione e racchiuderlo in uncontenitore stagno separando con unasemplice tenuta che agisce sull’albero laparte idraulica da quella elettrica.Grande successo commerciale è natala pompa sommergibileRisolto!Sembrava facile ed economico!1929-Cantiere per la costruzione della metropolitana di Berlino la ditta Pleuger risolve ilproblema costruendo speciali pompe sommerse con motore a rotore allagatotubo di aspirazione, riempire il tubo poi avviarel’elettropompa. Risolto!Problema 2:-Appena il livello si abbassa tanto da farentrare aria nel tubo di aspirazione la pompa non erogapiù -non va! bisogna realizzare un pozzetto di raccolta.Risolto!Problema 3:-L’acqua è sporca la valvola di fondo nonchiude perfettamente, ad ogni fermata il tubo diaspirazione si svuota e la pompa deve essere reinnescata-non va! Bisogna cambiare pompa ènecessario passare ad una pompa autoinnescante.Risolto!Problema 4:-Lo scavo diventa sempre più profondobisogna allungare il tubo di aspirazione le perdite dicarico aumentano la pompa inizia a cavitare e la portatasi riduce aiuto!No decisamente non va! E adesso che si fa?Serve un’ideaLa storiaMETTIAMO L’ELETTROPOMPANELL’ACQUA !

Una esigenza da soddisfare ed una idea i due elementi su cui si basa qualsiasiinvenzione poi la palla passa agli ingegneri -l’idea deve essere analizzata a fondoisolando le criticitàQual è ilproblema critico?Bisogna impedire che il liquido pompato dallapompa centrifuga penetri all’interno del motoreattraversando il gioco che deve rimanere tra alberoe carcassa e che permette al rotore di azionare lagiranteAriaCarcassaGruppo motoreRotoreGruppo tenuteTenuta dinamica sul giocoLiquido pompatoGruppo pompaLiquido aspirato

Il grande successo commerciale della pompa B ha spinto molte aziende produttrici di elettropompe acercare 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 soluzioneche fornisce il miglior compromesso tra funzionalità e costo :due tenute frontali separate da una camera riempita di olioCamera olioTenuta lato motoreTenuta lato pompaL’olio lubrifica letenute frontali edemulsiona eventualipiccole perdite dellatenuta lato pompacausate dalleimpurità trascinatedal liquido pompato

Vincoli funzionaliNumerositàdei lottiprodottiVincoli tecnologiciIndividuazionedei parametriche ottimizzanoprestazioni edaffidabilitàIndividuazionedei parametricheottimizzano laproduzioneDeterminazione del sistemadi vincoli e soluzione tramitesoluzioni innovative

Per la realizzazione di unaelettropompa sommergibilebisogna risolvere per ognunodei tre gruppi di componenti:Motore, Tenuta , Pompadue vincoliuno di tipo funzionale ed unoprettamente tecnologico.Ognuno di essi ne implica altri incascata ed il sistema di vincolicosì ottenuto ammette ingenerale più soluzioniche sono in definitivale possibili architetturecostruttiveGruppomotoreElettropompa sommergibileGruppotenuteGruppopompaVincolofunzionaleVincolotecnologicoVincolofunzionaleVincolotecnologicoVincolofunzionaleVincolotecnologicoVincoliindottiVincoliindottiVincoliindottiVincoliindottiVincoliindottiVincoliindottiSoluzione del sistema di vincoliArchitetture costruttive possibili

Vincoli imposti ai componenti del gruppo motorefunzionaletecnologicoDeve essere garantital’ermeticità del motoreDeve essere possibileutilizzare motori connumero di poli differentesulla stessa carcassaDeve esserepossibilealimentare ilmotore tramiteinverterLa carcassamotore deveessere a prova diesplosioneDeve esseregarantito losmaltimento delcalore prodottodalle perdite nelmotoreSi deve garantire lapossibilità di eseguirepiù volte la connessionedell’avvolgimento con ilcavo di alimentazioneSi deve rendereminimo il numerodi componentiDevono essereimpiegaticuscinetti volventia norma ISOLa connessione trabobine e cavo deveessere separatadal vano motorePer installazione invasca conraffreddamentonaturalePer installazioni asecco conraffreddamentoforzatoDeve esserepossibile sostituirele bobine dellostatore senzasmontare il paccostatorico

Vincoli imposti ai componenti del gruppo pompafunzionaletecnologicoDeve essere reso minimo ilpericolo di intasamentoDeve essere possibile losmontaggio della solaparte idraulicaDevono essererese minime leperdite idraulicheSi deverendereminimo losbalzodell’alberoDeve esserepossibilel’istallazione a seccoDevono essererese minime lespinte assiali eradialiDeve esserepossibile laregolazionedel gioco tragirante ecorpoDeve esserepossibile ilmontaggio su piedidi aggancio rapido diaziende concorrentiSi devegarantire lamassimaintercambiabilitàdelle girantisullo stessocorpoSi deve rendereminimo il numerodi componentiDeve esserepossibile utilizzareanche materialiresistenti allacorrosione o allaabrasione

Vincoli imposti ai componenti del gruppo tenutefunzionaletecnologicoDeve essere garantita lalubrificazione delle tenuteDeve essere possibile ilpre-assemblaggio delgruppo rotore-tenuteDeve esseregarantita lacircolazionedell’olioLe tenutedevonoessere frontalia norna DINSi deverendereminima ladistanza tra letenuteSi deve garantire lamassimaintercambiabilitàdelle idraulichesulla stessacamera olioSi deve rendereminimo il numerodi componentiDeve essere resominimo il pericolodi intasamentodella tenuta latopompaDeve esserepossibile verificarelo stato dell’oliosenza smontare lamacchinaDeve esserepossibile montaremotori di diversagrandezza IECsulla stessacamera olio

La combinazione dei vincoli imposti ai tre gruppi di componenti determinano un sistema di relazioni che può essereglobalmente 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 divincoli il raffreddamento forzatoCamera oliointegrataCamera olioindipendentePermette solo ilraffreddamento naturalePermette anche ilraffreddamento forzato

Soluzione che rispetta tutti i vincoli imposti in grado di conseguire economie discala per produzione in lotti ripetuti di numerosità compresa tra 10 e 100 pezziVersione conraffreddamentoforzatoLe due versioni sonoottenute utilizzandogli stessi gettigrezzi per lacarcassa delmotore e dellacamera olioi componentivengono differenziatisolo nella fase dilavorazione allemacchine utensiliVersione conraffreddamentonaturale

Schema del sistema di raffreddamento forzatoGirante dicircolazioneCondotti di discesaSuperfice di scambioCamiciaFori di ritornoglicole caldoSuperfice alettatadi scambio termicoFori di salitaglicole freddoCamera olio

Getto grezzoGetto lavorato per raffreddamento naturaleUlteriore lavorazione perraffreddamento forzatoDifferenziazione dellacarcassa durante la fase dilavorazione alle macchineutensiliSede della camiciaFori di circolazione

Getto lavorato per raffreddamento naturaleUlteriore lavorazioneper raffreddamentoforzatoGetto grezzoDifferenziazione dellacamera olio durante lafase di lavorazione allemacchine utensiliSede disco diseparazioneFori dicircolazione

Componenti della cameraolio nella versione perraffreddamento naturale enella versione perraffreddamento forzatoTenuta lato motoreCamera olioperraffreddamentoforzatoDisco di separazioneGirante di ricircoloPortatenutaperraffreddamentoforzatoCamera olioperraffreddamentonaturaleDistanziatorePortatenutaperraffreddamentonaturaleTenuta lato pompa

L’architettura costruttiva trovata può essere applicata a due o più taglie contigue di motori IEC ciòrende possibile realizzare un piano di intercambiabilità che rende minimo il numero di componentiComponentein comuneGruppo 1 motori IEC112 IEC132Gruppo 2 motori IEC160 IEC180Gruppo 3 motori IEC200 IEC225 IEC250Gruppo 4 motori IEC280 IEC315Gruppo 5 motori IEC355 IEC400Esempio direalizzazione delpiano diintercambiabiltàdei motori con ipacchi statoriciIEC112 e IEC132del gruppo 1Componenti incomuneComponenti incomune

Esempio di serie completa di motori 2-4-6-8-10 poli per potenze da 5.5 a 350kWrealizzata 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 unpiano di intercambiabilità delle idrauliche con il minimo numero di componentiIntercambiabilità didiverse giranti sullostesso corpoIdraulicheintercambiabilisu motori 4poliRotori tagliaIEC 112 eIEC132 a 2-4-6poliIdraulicheintercambiabilisu motori 2poliIdraulica a bassaprevalenza sumotori 6poliEsempio direalizzazione delpiano diintercambiabilitàdelle idraulichesui motori IEC112e IEC132

L’aggiunta di unulteriore vincolotecnologico rendepossibilel’intercambiabilitàdelle idrauliche tradue gruppi di motoriRotori del piano di intercambiabilità IEC160-IEC180Esempio dicamere olio chepermettono loscambio diidrauliche tra ilgruppo 1 ed ilgruppo2Questa variantegeometrica dellacamera oliopermette direalizzare ilcentraggio delcorpo pompa didiametroinferiore aquello dellacarcassa delmotorecondizione chesi verifica perle idraulichemontate sumotori a 2 polialimentati a60HzComponenticomuni perversione araffreddamentonaturaleComponenticomuni per laversione araffreddamentoforzatoIdrauliche del pianod’intercambiabilitàIEC112-IEC132

Sopprimendo uno alla volta vincoli tecnologici ed escludendo le soluzioni banali, il sistemafornisce una serie di architetture costruttive via via più economiche fino a quella con il minimonumero di componentiSoppressione del vincolo cheimpone la possibilità diriavvolgere il motore senzasmontare il pacco statoricoLa soppressione del vincolo eliminaun componenteLa carcassa aperta daentrambi i lati richiede uncomponente in più mapermette di realizzare ilraffreddamento forzato ela separazione dellazona di connessione dalvano motoreCamera collegamentoTutti i vincoli rispettatiCarcassa con unlato chiusoCamera olioindipendentediventaimpossibilerealizzare ilraffreddamentoforzato

Sopprimendo il vincolo che impone la possibilità dimontare più grandezze IEC sulla stessa camera oliodiventa possibile inserirla all’interno della carcassa delmotoreEsempio diinserimento dellacamera olio nellacarcassa del motore

La soppressione del vincolo che imponel’uso di tenute frontali permette dieliminare un componenteComponenteche permetteil montaggiodella tenutafrontale latomotoreTenuta alabbro latomotoreTenutafrontalelato pompa

Esempio di piano di intercambiabilità delle idrauliche ottenuto con camera olioinserita nella carcassa motore per la grandezza IEC71Unica taglia di motore con diversonumero di poli

Sopprimendo il vincolo cheimpone la intercambiabilità delleidrauliche sulla stessa cameraolio si ottiene una variante concorpo pompa integrato nel corpomotore

Sopprimendo il vincolo che impone la carcassa motore a prova di esplosionesi ottiene l’architettura costruttiva con il minimo numero di componentiEliminazione del tagliafiammasull’albero richiestoper la carcassa motore aprova di esplosioneMinimo numero dipezzi che permetteancora l’assemblaggiodella elettropompa