STUDIO DI UN GENERATORE ELETTROIDRAULICO Internet/Catalogo Tesi/Varie... · Un moltiplicatore...
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ALMA MATER STUDIORUM-UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA TRIENNALE
IN INGEGNERIA MECCANICA,CLASSE 52
SEDE DI BOLOGNA
PRESENTAZIONE
STUDIO DI UN GENERATORE ELETTROIDRAULICO
CANDIDATO RELATORE
MATTEO INDOVINI Prof. Ing. LUCA PIANCASTELLI
SCOPO DELLLA TESI
STUDIO DI FATTIBILITA’ DI UN GENERATORE
ELETTROIDRAULICO A BASSO IMPATTO
AMBIENTALE
Si vuole verificare la fattibilità di un generatore elettroidraulico che sia semplice
da costruire e riduca al minimo l’impatto ambientale
Requisiti Fondamentali:
Generazione di energia elettrica pari a 2 – 3 kW
Massima semplicità costruttiva
Conservazione dell’antico aspetto
LE SPECIFICHE DI PARTENZAMinimo impatto paesaggistico (turbina Pelton), massimo impiego di materiali
biocompatibili e riciclabili autoctoni del territorio (legno di quercia), discreta resa
energetica (energia comunque gratuita), limitatissima manutenzione
Le linee guida per la
ricerca di un
dimensionamento che
soddisfacesse le nostre
richieste sono state:
Portata oraria di acqua
200 l/s
Salto geodetico pari a 1 m
Per trovare il numero delle pale
utilizzo un foglio elettronicoI dati di input di tale foglio sono:
La velocità in uscita dal distributore del fluido a
rendimento massimo u1
L'altezza delle pale l
Spessore della lama b
Gli angoli α,β,γ rappresentanti la geometria della
pala
In uscita si sono ottenuti il diametro della girante, il numero di giri dell'albero
turbina e il numero di pale ottimale
RISULTATI OTTENUTI
Da una prima analisi dei risultati è emersa la
ridotta velocità di rotazione dell’albero turbina
(15 rpm), la notevole dimensione della girante
(2,6 m) e del numero di pale (22) valori che
risultano in linea con le aspettative visto il
basso valore del salto geodetico H.
SEMPLIFICAZIONE PALE
Altezza = 720 mm
Larghezza = 600 mm
Abbandono della forma a cucchiaio e passaggio alla forma cilindrica per semplificare la geometria e avere un migliore aspetto
Geometria del solco “a doccia”
Costruzione di due perni da collegare nella parte esterna della girante
Legno di quercia
GIRANTE
Diametro d = 2,6 m
Larghezza l = 1 m
Mozzo scanalato
Corona circolare esterna di forma
trapezoidale forata per alloggiamento
pale
Razze e travi per rendere più compatto il
tutto
Legno di quercia
DISEGNO FINALE
Potenza idraulica pari a 1,8 kW
Numero di giri 15 rpm
COMPONENTI INTERNI
Minore ingombro possibile
Alta efficienza
Facile manutenzione
Costi contenuti
Scelta dei meccanismi in base a :
Studio di tre possibili soluzioni:
Sistema di moltiplicazione di cinghie e pulegge
Un moltiplicatore e due rotismi
Un moltiplicatore epicicloidale
COMPONENTI INTERNI
Prima soluzione: trasmissione mediante cinghie e pulegge
Tu
rbin
a
Generatore
Essendo il rapporto di moltiplicazione fra l’albero turbina e l’albero del generatore
uguale a 100 si è optato per la divisione in 3 stadi, due con rapporto di moltiplicazione
uguale a 5 e uno con rapporto di moltiplicazione uguale a 4
PRIMA SOLUZIONE
Viste le forze in gioco dell’ordine di 25000 N e la potenza da trasmettere si è
preferito scegliere cinghie dentate da montare su opportune pulegge.
Partendo dal diametro dell’albero puleggia della turbina di 100 mm
fabbricato in 35 CrMO4
Per il calcolo si è pensato ad un processo iterativo ipotizzando i diametri
primitivi delle pulegge trovando così i restanti dati
Ir
dDdDIrLa
pp
pp4
57,12
LperLaLaL
II
LaperLLLa
II
I
dDdDIrLa
dDIrdD
r
r
r
PPpp
pppp
2
2
4
)()(57,12
)(7,0)(2
PRIMA SOLUZIONEDa catalogo Gates si è scelto per motivi di densità di potenza, leggerezza di
installazione, bassi costi e assenza di manutenzione:
Per il primo e secondo stadio
Cinghie dentate ‘Poly Chain GT’ P220-8M-36 con La = 1760 mm
Pulegge ‘Poly Chain GT2’ P28-8M -36 e P140-8M-36 con
dp= 71,4mm , Dp= 286mm e interasse I = 378 mm
PRIMA SOLUZIONE
Per il terzo stadio scegliendo sempre dallo stesso catalogo
Cinghie dentate ‘Poly Chain GT’ P180-8M-21 con La = 1487 mm
Pulegge ‘Poly Chain GT2’ P28-8M-21 e P112-8M-21 con
dp = 72 mm
Dp = 286 mm e interasse I = 334 mm
Visti i risultati ottenuti, la soluzione è stata scartata in quanto le
dimensioni di tutta la trasmissione sono notevoli e comunque i costi di
installazione, di gestione e di manutenzione non sono trascurabili
SECONDA SOLUZIONEUn moltiplicatore e due rotismi
Tu
rbin
a
a
bc
dGeneratore
Moltiplicatore
Data la difficoltà di reperire un moltiplicatore con rapporto di
moltiplicazione 100 con una velocità di giri in entrata di 15 rpm e
di uscita pari a 1500 rpm, si è deciso di aggiungere 2 rotismi così
da avere 30 rpm in entrata e 3000 rpm in uscita
Rotismi
SECONDA SOLUZIONEMoltiplicatore epicicloidale TR IS 160 2 100 5’ 38
TR è la serie
IS forma costruttiva (albero veloce cilindro)
160 la grandezza
2 stadi di moltiplicazione
100 il rapporto di trasmissione
5’ il gioco angolare
38 diametro albero di uscita in mm
Dal catalogo si ricava anche:
Massa 21 kg
Lunghezza 194,7 mm
Potenza massima sopportabile 10 kW
SECONDA SOLUZIONE
zmd
n
n
t
condotta
motrice
Ipotizzando i moduli trasversali e conoscendo i rapporti di trasmissione dei due
stadi secondo le seguenti formule si sono dimensionati i rotismi
Rotismi: scelte ruote cilindriche a denti elicoidali meno urti, vibrazioni e rumori
SECONDA SOLUZONE
Il dimensionamento delle ruote risulta accettabile in quanto le forze che
si scaricano su di esse è minore dello sforzo che possono sopportare.
Primo stadio a-b
τab =
mt = 4
da = 168 mm, za = 42
db = 84 mm, zb = 21
Interasse I = 126 mm
Secondo stadio c-d
τcd = 2
mt = 3
dc = 75 mm, zc = 25
dd = 150 mm, zd = 50
Interasse I = 112,5 mm
2
1
Pur mostrando risultati migliori della precedente, anche questa soluzione
viene scartata per via dei costi di installazione, gestione e manutenzione
non trascurabili.
TERZA SOLUZIONE
Moltiplicatore
Epicicloidale
Commerciale Tu
rbin
a
Generatore
Questa sarà sicuramente la soluzione migliore, dato i
problemi incontrati nei due casi precedenti.
Un moltiplicatore epicicloidale con l’aggiunta di un giunto
per collegare l’albero della turbina e l’albero del
moltiplicatore
Giunto elastico
TERZA SOLUZIONE
Considerato che:
-L’ utilizzo di cinghie e ruote dentate non risulta ottimale
-La difficoltosa disponibilità sul mercato di un moltiplicatore con
velocità di entrata pari a 15 rpm e d’uscita pari a 1500 rpm
Si è giunti alla conclusione di cambiare generatore utilizzando così
un generatore 4 poli monofase M100 A4 DELLERBA con potenza
uscente di 2,2 kW e velocità di rotazione uguale a 1400 rpm
TERZA SOLUZIONE
Successivamente si è passati alla scelta del moltiplicare epicicloidale non più con
rapporto di moltiplicazione uguale a u=100, ma u=93 (valore commerciale).
Quindi si è optato per il moltiplicatore epicicloidale Bonfiglioli 307 L3 93 MC in cui
307 è la serie
L è l’esecuzione (lineare)
3 numero di stadi di moltiplicazione
MC uscita (albero maschio cilindrico)
Dal catalogo vengono inoltre ricavati i seguenti dati:
Potenza massima sopportabile 15 kW
Massa 94 kg
Lunghezza 319 mm
Visto il dimensionamento è lubrificato a vita
TERZA SOLUZIONEInfine grazie ai risultati precedenti si è passati alla scelta del giunto
e dei cuscinetti:
Giunto elastico da Catalogo
CENTAFLEX-E type 2/275
-diametri interni di 100 mm
-Massimo momento torcente 15000 Nm
Valori accettabili per il progetto
Cuscinetti dal catalogo SKF si opta per
gli SYJ 100 TF, per due motivi
Carichi applicabili elevati 90 kN
Regolazione del precarico migliore
CONCLUSIONIE’ possibile realizzare un generatore elettroidraulico a basso impatto
ambientale.
Necessità di tenere le pale della turbina il più vicino possibile al distributore
per avere un migliore rendimento.
Utilizzo di materiale come il legno per ridurre l’impatto ambientale.
Limiti:
Il moltiplicatore è sovradimensionato e andrà cambiato.
Potenza trasmessa dalla turbina è bassa in confronto alle dimensioni della
girante e delle pale.
Collocazione del generatore in territorio sfavorevole
Sviluppi:
La collocazione del generatore in luoghi più adatti permetterebbe di avere,
macchine più piccole e meglio dimensionate
Realizzazione più sofisticata della ruota.