Systèmes mécaniques et électriques Guy Gauthier SYS-823 : Été 2011.
MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques
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MEC3340Réingénierie des systèmes mécaniques
Optimisation de la conception d’un séparateur d’air
19 mars 2006
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Introduction : rappel des objectifs
Cahier des charges
Gestion du projet
Solution de Ionisation Réingénierie Fabrication
Vortex : solution retenue
Coûts Explication des coûts Présentation des devis
Conclusion
Sommaire
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Cahier des charges
Rappel des principaux critères:
Poids limité à 140g,
Vie supérieure à 80 000h,
Efficacité supérieure à 85%,
Débit d’entrée de 475g/min,
Débit de sortie 141g/min,
2000 pièces produites la première année puis 1000 pendant 20 ans
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie
Cahier des charges
Ionisation Vortex
Coûts
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Organisation
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
Pierre-Louis COURSONChef du projet « R poussi R »
Cristian LEONTEIngénieur conception
Directeur R&D
Guillaume BURGAUDIngénieur fabricationDirecteur Bureau des
méthodes
Gaëlle KIERSNOWSKIIngénieure technico-
commercial
Minh Koâh LE DOANResponsable simulations
mécaniques et prototypes
Miloud NIAIngénieur Industriel
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Gestion du projet
Intro
Gestion du projet Organisation
Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
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SimulationsPrototype
Gestion de projet
Intro
Gestion du projet Organisation
Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
Déroulement du projet
Brainstorming
Design
Choix des matériaux
Optimisation
Fabrication
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Gestion du risque
2 types de risques : Intro
Gestion du projet Organisation Planning
Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
Stratégie de gestion du projet
Stratégie de conception
1/ Lié au déroulement du projet
2/ Lié au design du séparateur
• Développement en parallèle de deux solutions
• Coût : 1800$ soit 5% des coûts d’ingénierie
• Justifié car risque de dépassement de l’échéance quasi nul !
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Rappel 1ere présentation
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
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Ionisation
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Rappel du principe
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges
Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
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Ionisation et déviation
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges
Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
Création du plasma : 80 kV
Source à proximité : 25 V
Amplificateur 880g…
Déviation
Trajectoire parabolique
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Design préliminaire
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges
Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
Ionisation
Déviation
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Avantages
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges
Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
• Rendement exceptionnel de 98% hv
wL
e1
• Utilisation à des températures très élevées : 400°C
• Faible chute de pression
• Efficacité optimale pour particules d’environ 10μm
• Aucun entretien nécessaire : garanti « à vie »
• Possibilité de surveiller les défaillances
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Limites
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges
Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
• Manque de temps et de moyens pour peaufiner la solution
• Tests nécessaires
Validité du mécanismeRésistance au décharges rencontrées en volFiabilité de l’électronique
• Critère de poids non respecté pour le moment
• Fabrication à priori plus complexe
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Solution que nous avons retenue :VORTEX
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Principe de fonctionnement
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
r
vmFc
2
Force centrifuge
90%
Rayon du tourbillon
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Design
Design Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
• Simulations sous FLUENT
• Séparateur Vortex de LAPPLE
• Modèle RSM « Reynold Stress Model »
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Design
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Trajectoire de 1500 particules, Ø 0.2µm à 0.1mm
![Page 19: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/19.jpg)
Design
Design Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Trajectoire pour 1 particule, Ø 0.2µm à 0.1mm
![Page 20: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/20.jpg)
Choix du matériau
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Acier inoxydable 4404-AISI 316L
Fe Cr Ni Mo Mn
65% 17% 12% 2% 1%
Résistance à l’usure et usinabilité
Augmente la résistance
Meilleure résistance sans affecter la ductilité
Résistance oxydation et corrosion
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Choix du matériau
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Acier inoxydable 4404-AISI 316L
Densité 8 000 kg/m3
Prix 6.5 $/kg
Élasticité Re 200 MPa
Rm 600 MPa
Température max de service
800°C
Température min de service
-273°C
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Débits et ΔP
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Pression dynamique Vitesse du fluide
• Modèle de Lapple ne donnait pas un bon ΔP
• Nous travaillons encore sur ce critère
• Adaptation des diamètres de sortie pour respecter les débits imposés
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Épaisseur
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
• Facteur de sécurité : 5
• Pression maximale 17.5 Bars
• Épaisseur minimale théorique : t = 0.6 mm
ttttE
3031017500350001750035000
2
12
2
2
22
E
SYFS
5
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Résistance à la pression
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
σmax = 12.4 MPa
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Résistance à la pression
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
![Page 26: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/26.jpg)
Analyse modale
Mode1 : 12 286 Hz Mode2 : 12 558 Hz
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Mode3 : 15763 Hz Mode4 : 16308
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Vidéo
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
![Page 28: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/28.jpg)
Gestion du risque
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
résultat de réactions chimiques entre la poussière et la paroi du cylindre.
ColmatageColmatage
Diamètres de sortie les plus grands possibles
AbrasionAbrasion
Forte sollicitation des zones d’entrée d’air et de sortie des poussières
Épaississement des zones à risque
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Modélisation 3D
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
![Page 30: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/30.jpg)
Dessin de définition d’assemblage
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
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Usinage
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
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Usinage
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
![Page 33: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/33.jpg)
Assemblage
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation
Vortex
Coûts
Conclusion
Acier inoxydable - AISI 321 -
Fe / Cr18 / Ni 9 / Ti
4.15 $
SOUDAGESOUDAGE
• Arc électrique
• Assemblage Corps principal /sortie/entrée
• Contrôle (ultrason)
RACCORDRACCORD
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Coûts et devis
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
Fabrication
• usinage : 67 000$• soudage : 12 500 $• outils : 13 160 $
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Coûts et devis
DEVIS #1
Ingénierie; 39 123; 21%
Raccords; 16 600; 9%
Matériaux; 38161; 20%
Fabrication; 92660; 50%
Intro Gestion du projet
Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts Conclusion
Nous avons estimé le coût TOTAL du projet à
260 254 $260 254 $
2 vagues de fabrication 2 devis
DEVIS #2
Fabrication; 92660; 63%
Raccords; 16 600; 11%
Matériaux; 38161; 26%
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Conclusion
Séparateur qui respecte les contraintes du cahier des charges
Faire des tests de résistance aux champs électriques et magnétiques rencontrés en vol
Bonne expérience proche du milieu professionnel
Difficultés rencontrées
Intro
Gestion du projet Organisation Planning Risques
Étude d’ingénierie Cahier des
charges Ionisation Vortex
Coûts
Conclusion
![Page 37: MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062314/56813f15550346895da9a66a/html5/thumbnails/37.jpg)
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