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Centrali oleodinamiche - Il motore elettrico

Davide C. | 6 Febbraio 2008

Poche righe sull’impiego di motori elettrici nelle centrali oleodinamiche.
Il motore elettrico è il componente della centrale che aziona la pompa, trasformando l’energia elettrica della rete in energia idraulica. Il montaggio più comune del motore sulla centrale è del tipo B5 o B3/B5.

Nel primo caso l’asse del motore è verticale e la pompa, collegata ad esso mediante un gruppo di accoppiamento (lanterna, giunti, ruota elastica), è immersa nell’olio.

Nei casi in cui la potenza installata è maggiore di 15kW può essere oportuno interporre tra la lanterna ed il serbatoio, un anello elastico avente la funzione di ridurre le vibrazioni e di assorbire la coppia di spunto all’avvio, in assenza di una gestione soft-start.

Nella forma B3 il corpo motore è dotato di piedini adatti al montaggio con asse orizzontale. La richiesta combinata B3/B5 consente di avere anche la predisposizione per il montaggio a flangia grazie al quale si può ancora una volta collegare la pompa mediante la lanterna ed i giunti.

Molto spesso, invece di utilizzare un motore B3 che ha i piedini integrati nella carcassa, si usa un motore B5 ed il montaggio ad asse orizzontale si ottiene grazie ad un supporto che si avvita sulla flangia motore.

In foto alcuni componenti strutturali (lanterna,giunti, ruota elastica, supporto motore) della MPfiltri

Opportuni distanziali antivibranti si debbono interporre tra i piedini del motore o del supporto motore e la strutura del serbatoio. Il loro dimensionamento deve tenere conto, oltre che del peso motore, anche della coppia di ribaltamento del motore allo spunto.
La derminazione della taglia del motore dipende sostanzialmente dalla forza richiesta dagli attuatori e dalla velocità dei movimenti. Questi due parametri determinano rispettivamente la pressione e la portata dell’olio e quindi la potenza richiesta attraverso al relazione:

dove Pw è la potenza [W], Pr è la pressione [Pa], Q [m3/s] è la portata ed “e” è il rendimento, minore di 1, che sta ad indicare le perdite. Le unità sono quelle del SI ovvero del sistema internazionale, anche se spesso trovano largo uso le vecchie unità di misura (bar, cavalli, litri/min).

Altri aspetti rilevanti nella scelta del motore sono:

la classe di efficienza che se elevata, permette di aumentare in parte il valore del rendimento
la tropicalizzazione, indicata per quegli impainti che andranno installati in ambienti ad elevata umidità relativa
la rumorosità. In molti casi per ridurre il livello del rumore del motore, si sceglie uno a 6 poli anziché a 4 in modo che , a pari frequenza di alimentazione, si riduce il numero dei giri eliminando le componenti armoniche più alte. Questa scelta ha conseguenze sulla portata d’olio e se ne dovrà tener conto nella scelta della pompa.

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Centrali oleodinamiche - Studio del serbatoio

Davide C. | 25 Gennaio 2008

La struttura della centrale oleodinamica è costituita dal serbatoio o vasca. Ha il compito di contenere il fluido idraulico (olio) e di ospitare gli altri componenti (motori , pompe, ecc) nonché quello di contribuire allo smaltimento del calore.
La maggior parte delle centrali idrauliche presenti in commercio sono di tipo standard, ovvero esistono delle forme costruttive con grandezze normalizzate dalle quali derivarsi per acquistare quelle rispondenti ai requisiti voluti.

Un serbatoio standard (es.DIN 24339) può essere quello in figura, composto da una struttura in elettrosaldato, caratterizzata da un fondo inclinato, piedi di sostegno, vasca di raccolta olio, foro per oblo di ispezione.

Il coperchio puo avere diverse forme. Le più comuni sono la forma “A” avente un leggero “spiovente” e la forma “C” caratterizzata da un ribassamento.

Sebbene sia consigliato l’orientamento verso l’impiego di una centrale “standard”, in molti casi le esigenze di prestazioni, layout e luogo di installazione possono risultare determinanti per la scelta, indirizzando i tecnici verso soluzioni speciali.
L’approccio al dimensionamento del serbatoio deve innanzi tutto tenere conto di alcuni fattori importanti: il tempo ciclo, il modo di funzionamento e la portata delle pompe che, assieme alle pressioni di esercizio richieste, determina la potenza installata.
La dimensione del serbatoio (GN) è legata alla portata della pompa: non si sbaglia se si assume che il volume in litri deve essere da quattro a sei volte la portata delle pompa. Sperimentalmente, infatti, si evince che con questo rapporto si riducono moti turbolenti del fluido nel serbatoio che possono portare a cavitazioni della pompa, formazione di schiume ecc. Con questo dato si può procedere a studiare la forma della vasca in funzione del luogo di installazione, valutando i seguenti aspetti: deve essere installata a terra, a bordo macchina o riparata dentro una carpenteria? Qual’è il mezzo di sollevamento che userà il cliente finale (golfare per funi o muletto)? Il luogo di installazione è ventilato? Tutti i lati della centrale sono scoperti? Sono rischieste particolari specifiche sulla rumorosita? La centrale si seve integrare, da un punto di vista estetico con il macchinario? Come garantire, in relazione al luogo di installazione, la possibilità di un accesso in sicurezza per una facile manutenzione?
Ci sono poi altri accorgimenti da seguire: garantire un fondo inclinato per un facile svuotamento della vasca; prevedere una paratia interna di separazione tra il fluido di ritorno e quello di mandata, garantendo allo stesso tempo una comunicazione tra le due parti del serbatoio, in modo da ridurre i moti turbolenti del fluido; in concomitanza di elevate portate prevedere eventualmente una lamiera forata inclinata sotto la linea del ritorno che contribuisce ancora di più a ridurre la formazione di schiume e le turbolenze.
Stabilita la morfologia, occorre studiare lo schema funzionale e la distinta base dell’impianto per individuare i componenti che devono essere montati sul serbatoio ed eseguire le opportune lavorazioni meccaniche, compresi eventuali trattamenti tra cui la sabbiatura (alternativa al trattamento anti olio dell’interno della vasca) ed il controllo di tenuta delle saldature con liquidi penetranti.
Il serbatoio a questo punto è pronto per il montaggio dei componenti. Nel processo di produzione si può decidere se conviene verniciare la vasca prima o dopo del montaggio. L’approccio tradizionale per la realizzazione di centrali speciali prevede il disegno di massima in 2D del serbatoio, una specie di “mixaggio” tra disegno meccanico e funzionale, con il quale un carpentiere esperto puo iniziare la costruzione. Successivamente si sceglie in opera la disposizione dei componenti: si eseguono saldature di manicotti, forature per tubi di scarico, si saldano flange ed elementi meccanici, si realizzano pannelli per l’installazione del gruppo valvole. Alla fine, dopo aver piegato e montato le tubazioni, occorre smontare tutto (oppure mascherare in maniera opportuna) e verniciare. Praticamente la realizzazione del serbatoio si completa al montaggio, che costituisce così la parte più lunga del processo produttivo. Ecco perchè la centrale speciale spesso non è vista di buon grado: potrebbe avere tempi di consegna lunghi ed essere più costosa di una standard.

In Tekno-Due, produciamo prevalentemente centrali idrauliche speciali ed affrontiamo insieme al Cliente tutte le fasi di definizione delle specifiche. Lo studio della morfologia è eseguito in 3D con CATIA’ V5 . Abbiamo risolto numerosi problemi di layout e di installazione di centrali dentro armadi commerciali, a disegno o a bordo macchina, con una particolare attenzione alla manutenibilità.
Grazie all’approccio tridimensionale, possiamo fornire al Cliente i disegni preliminari affinché possa integrare le centrali nel layout macchina ed avere una visione complessiva del macchinario comprensivo degli impianti.
L’approccio tridimensionale ci consente di avere una visione completa della centrale per cui la preparazione del serbatoio è condotta contemporaneamente alla costruzione e va direttamente in verniciatura prima del montaggio. I tempi di assemblaggio vengono così ridotti al minimo avendo demandato tutte le scelte tecniche di disposione dei componenti alla fase di progettazione.

Esempio di progettazione tridimensionale della centrale idraulica: il disegno meccanico del serbatoio contempla tutte le lavorazioni necessarie per l’installazione dei componenti.

Esempio di serbatoio predisposto al montaggio e già verniciato.

Esempio di serbatoio ad-hoc con particolari esigenze di lay-out, di sollevamento e di raccolta olio.

Esempio di serbatoio ad-hoc con particolari esigenze di sollevamento.

Davide Cherubino

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Cenni sulle centrali oleodinamiche

Davide C. |

Vorrei iniziare una serie di post per trattare di un prodotto relativamente semplice ma che costituisce un importante modulo ausiliario di un macchinario: la centrale oleodinamica.

La centrale oleodinamica si può definire come il luogo in cui si trasforma l’energia perché possa essere trasmessa attraverso fluidi in pressione, in particolare l’olio idraulico. Nel nel caso più semplice, ad esempio, un motore asincrono fa ruotare una pompa che invia l’olio ad un attuatore (la pressione dipenderà dal carico) che compie un lavoro (energia) meccanico.

Esistono molteplici applicazioni che richiedono l’installazione di una centrale idraulica e di conseguenze altrettante tipologie di centrali, dalle più semplici a quelle più complesse che devono soddisfare molte normative e requisiti tecnici. Tutte però, ai fini dello studio, si prestano ad una schematizzazione di questo tipo:

- serbatoio

- motore/i

- pompa/e

- valvole di controllo della pressione

- gruppo filtri

- indicatori/sensori di livello

- indicatori/sensori di temperatura

- insieme di accessori

- accumulatori (se necessari in base all’applicazione)

- gruppo valvole/elettrovalvole (spesso remotato a bordo macchina)

- scambiatore di calore (se necessario)

Nei post successivi cercherò di trattare singolarmente questi elementi costitutivi della centrale oleodinamica e, nello stesso tempo, di fornire qualche elemento di calcolo di avanprogetto.

In Tekno-Due, siamo in grado di dimensionare e realizzare centrali speciali per le più svariate applicazioni: centrali di asservimento per macchine utensili, centrali per alimentazione di guide idrostatiche, centrali per banchi di lavoro, ecc

Nella figura sotto, un esempio di centrale.