VP Impianto idraulico

Impianto idraulico
1
Impianto idraulico
AZIONAMENTO DI SISTEMI
2
1
Caratteristiche positive
•
•
•
•
•
•
•
•
Elevato rapporto potenza/peso
Elevata accuratezza nel controllo
Bassa inerzia, elevata risposta in frequenza
Elevato rendimento di trasmissione
Elevata flessibilità di installazione
Elevata tolleranza ai sovraccarichi
Elevata affidabilità
Ridotta manutenzione
3
Caratteristiche negative
• Rischio di perdita dell’impianto per danno
localizzato (perdita locale di liquido)
• Impiego di liquidi infiammabili
4
2
Generalità
Pompe
(Accumulatori)
Valvole
Accumulatori
Guarnizioni
Filtri
Scambiatori
Serbatoi
Tubi
Valvole
Raccordi
Martinetti
Motori idraulici
5
Schema generale
NLG,DOOR,STEERING
LH
AILERONS
LH L.E.
FLAPS
RH
AILERONS
LH MLG, DOOR,BRAKES
RH MLG, DOOR,BRAKES
LH T.E.
FLAPS
LH
AIRBRAKES
RH L.E.
FLAPS
RH T.E.
FLAPS
RH
AIRBRAKES
PUMPS &
CONTROL
ENGINES
RUDDER
ELEVATOR
6
3
Sottosistemi e ridondanza
• Sottosistemi idraulici completamente idipendenti
tra loro
• Almeno un sottosistema per ogni propulsore
• Almeno due pompe idrauliche per ogni
sottosistema
• Comandi essenziali controllati da più sistemi (in
parallelo o in alternativa)
• Possibilità di controllo incrociato tra sottosistemi
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Layout di sistema (militare)
PRIMARY USES
USES 1
USES 2
PTU
PUMP 1A
PUMP 1B
PUMP 2A
PUMP 2B
ENGINE 2
ENGINE 1
PUMP 1C
PUMP 2C
APU
8
4
Layout di sistema (civile, B767)
PRIMARY FLIGHT CONTROLS
USES 1
USES 2
PTU
PUMP 1A
PUMP 1B
PUMP 2A
PUMP 2B
ENG.1
MOT.
ENG.2
MOT.
PUMP 3A
PUMP 1C
PUMP 2C
APU
MOT.
PUMP 3B
MOT.
PUMP 3C
PNEU.
PUMP 3D
RAT
9
Generazione
• Requisiti:
1. Pressione
2. Volume di fluido disponibile (nell’unità di
tempo)
10
5
Pompe volumetriche
11
Pompe a pistoni
FLOW
RESULTANT FLOW
ESEMPIO POMPA
A 7 CILINDRI
SINGLE CYLINDER FLOWS
TIME
12
6
Pompe a pistoni
N
Q = Q∑ sin(ωt + ϕ i )
1
(solo con sin > 0)
N = numero di cilindri
Q = portata max per pistone
ω= velocità angolare o pulsazione
ϕi = fase dell’i-esimo pistone
13
Pompe a pistoni assiali
14
7
Pompe a pistoni radiali
15
Pompe ad ingranaggi
16
8
Pompe a palette
17
Pompe volumetriche
Q FLOW
PRESSURE
Q = η ⋅ n ⋅V
p
η= rendimento
n = velocità angolare
V = cilindrata
18
9
Potenza idraulica generata
W = Q ⋅ ∆p
Q = portata
∆p = (salto di) pressione
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Controllo
• Pressione costante e portata variabile:
1. Dimensionamento comune a tutti gli
attuatori
2. Non-interferenza tra attuatori in funzione
20
10
Dimensionamento
A≥
F
p
21
Non-interferenza
Fi
p
mi &x&i = p ⋅ Ai − Fi
Ai ≥
22
11
Controllo
• Pressione costante: dimensionamento
comune a tutti gli attuatori, con la stessa
pressione p
• Portata variabile: non-interferenza tra
attuatori in funzione, portata Q che si
adatta alla richiesta degli attuatori,
mantenendo invariata la pressione
dell’impianto
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Controllo
Affinchè p sia costante, Q deve variare, seguendo la domanda
di portata da parte delle utenze
24
12
Controllo a pressione costante
DELIVERY
Pompa a pistoncini assiali retroazionata
25
Controllo a pressione costante
DELIVERY
TANK
Pompa a pistoncini assiali con valvola regolatrice di pressione
26
13
Pressione costante
• p = 21 MPa (3000 psi)
• p = 30 MPa per applicazioni spaziali
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Distribuzione: tubi
• Per la mandata tubi in lega Al 6061-T4 e T6
o acciaio inox
• Per il ritorno lega Al di categoria inferiore
• Tubi flessibili per parti mobili
v. tabella
28
14
Dimensioni stadard tubi
29
Distribuzione: valvole
• Per il controllo di attuatori, direzione di
flusso, emergenza, pressione, portata, etc.
30
15
Valvola di comando
Utilizzo: controllo degli
attuatori
INPUT VERSO DX:
HP ⇒ A2
LP ⇒ A1
Simbolo idraulico
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Valvola di non-ritorno
Utilizzo: evitare inversione
di flusso
Simbolo idraulico
32
16
Valvola di sicurezza
Utilizzo: evitare
sovrappressione
Simbolo idraulico
33
Valvola di sequenza
Utilizzo: includere o
escludere utenza a
seconda della pressione
Simbolo idraulico
34
17
Valvola riduttrice di pressione
Utilizzo: ridurre pressione
in un ramo dell’impianto
Simbolo idraulico
35
Valvola a navetta
Utilizzo: selezione impianto
normale / emergenza
Simbolo idraulico
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18
Valvole regolatrici
DI PRESSIONE
DI PORTATA
37
Servovalvola
38
19
Servovalvola
• Bassa inerzia – elevata risposta in frequenza
• Utilizzo di bassissime potenze elettriche per
ottenere elevate potenze idrauliche
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Martinetti
A effetto semplice
A doppio effetto
A doppio effetto e
stelo passante
A doppio effetto e
doppia camera
40
20
Motori idraulici
• Funzionamento inverso delle pompe a
pistoncini assiali – stesse leggi:
Q=
1
η
⋅ n ⋅V
Q = portata (entrante)
η = rendimento
n = velocità angolare
V = cilindrata
Simbolo idraulico
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Accumulatori idraulici
• Contenitori di olio pressurizzato:
1. Riserva di potenza idraulica in caso di
avaria dell’impianto
2. Attenuatore delle fluttuazioni di pressione
dovute al funzionamento (accumulatori
ripple)
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21
Accumulatori idraulici
43
Tipi di accumulatore
a molla
a gas con
pistone
a gas senza
pistone
a sacca
a membrana
44
22
Trasformazione tipica
1
2
3
4
45
Trasformazione tipica
• 1-2 compressione adiabataica da pressione
di precarica p1 a pressione impianto p2
• 2-3 compressione isobara a pressione
impianto p2 per tornare sull’isoterma T1
• 3-4 espansione adiabatica da pressione
impianto p2 a volume finale V4
• 4-1 aumento di pressione isocora per
tornare sull’isoterma T1
46
23
Trasformazione tipica
γ
• 1-2: p ⋅ V = const.
• 2-3: V T = const.
γ
• 3-4: p ⋅ V = const.
• 4-1: p
T
= const.
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Scarica d’emergenza
p ⋅ V γ = p3 ⋅ V3γ
p ⋅ (V3 + ∆V ) = p3 ⋅ V3γ
γ
γ
 V3 

p = p3 ⋅ 
V
V
+
∆
 3

∆V = volume assorbito da
Attuatore = A·x
Forza fornita da
accumulatore:
F = p·A
48
24
Esempio di verifica
24000
FORZA [N]
20000
16000
12000
8000
4000
xmax
0
0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
0.12 0.14 0.16 0.18
0.2
0.22 0.24 0.26
CORSA [m]
Forza richiesta da attuatore
Forza fornita da accumulatore
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Serbatoio
• Riserva di liquido per le utenze non
bilanciate
• Piccole perdite
• Espansione termica
• Raffreddamento
50
25
Serbatoio
PRESSURIZZAZIONE
PISTONE
ARIA
RITORNO
OLIO
MANDATA
51
Filtri
• Cattura di impurità solide, che possono
determinare usura parti mobili
• Collocati sulla line di mandata e/o ritorno
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Filtri
Materiali dell’elemento filtrante:
•Tessuti organici e non;
•Maglie metalliche;
•Cellulosa trattata;
•Elementi magnetici.
Dimensioni impurità catturate:
20 – 40 µm
3 -5 µm (filtri micrometrici)
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Esempi di layout:
moderno bimotore transonico
da addestramento militare
trimotore trasporto passeggeri
medio raggio
54
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