L’architettura costruttiva della elettropompa sommergibile · Problema 3:-L’acqua è sporca la...

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


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


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


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


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


Camera olio per


Portatenutaper


Portatenutaper


Componenti della camera olio nella versione per

raffreddamento naturale e nella versione per


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 3 motori IEC200 IEC225 IEC250



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


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


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

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