Per condurre la prova motore – compressore non si può procedere allo stesso modo di come si è fatto con la turbina. Non potendo sostituire la girante della turbina con il giunto magnetico, si rende necessario il progetto di un albero dove ad una estremità verrà calettata la girante del compressore, e all’altra estremità il giunto.
È necessario l’utilizzo di una coppia di cuscinetti obliqui per via delle azioni assiali cui è soggetto l’albero.
Di fondamentale importanza è prevedere un sistema che consenta di montare la chiocciola del compressore, per garantire il funzionamento di quest’ultimo.
Figura 7.1 sezione di un turbocompressore
È necessario dunque prevedere una piastra che replichi il profilo esterno dell’elemento A in figura, in modo tale da consentire il montaggio della chiocciola, che sarà disegnare dal nuovo di volta in volta. Sarà dunque necessario il collaudo dimensionale del profilo dell’elemento A.
32 Con le più recenti macchine a disposizione si può ottenere, dal collaudo, un errore di misura di solo qualche micron.
Soluzione costruttiva proposta
Figura 5.2 montaggio del giunto sull’albero del turbocompressore
Questa soluzione prevede il calettamento del giunto sull’adattatore e dell’adattatore sull’albero entrambi con accoppiamento libero. Il bloccaggio assiale del giunto è affidato ad una piastrina. Il serraggio del dado renderà solidali i componenti rispetto alla rotazione.
È fondamentale prevedere un’adeguata catena di tolleranze: ci si deve assicurare, infatti, che la battuta avvenga tra il ferro del giunto e la piastrina.
33 Figura 5.3 catena di tolleranze
Si desidera un gioco g dell’ordine del decimo di millimetro. Come valori indicativi delle dimensioni, si può supporre:
a ≃ 15 mm b ≃ 10 mm c ≃ 5 mm
Le relazioni che definiscono la catena di tolleranze sono le seguenti:
𝑔𝑚𝑎𝑥 = 𝑏𝑚𝑎𝑥 + 𝑐𝑚𝑎𝑥− 𝑎𝑚𝑖𝑛
𝑔𝑚𝑖𝑛 = 𝑏𝑚𝑖𝑛+ 𝑐𝑚𝑖𝑛− 𝑎𝑚𝑎𝑥
Per quanto riguarda le tolleranze, supponiamo che b e c siano in posizione H (fori), utilizzando dunque un sistema di accoppiamento foro base.
Si ipotizza inoltre che il grado di tolleranza sia IT7 per tutte le dimensioni.
Si ha, per la dimensione b: Ei = 0
Es = 18 μm
per la dimensione c: Ei = 0
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Verifica dei cuscinetti
La scelta delle dimensioni dei cuscinetti è svolta considerando le tipiche dimensioni dei turbocompressori: consideriamo cuscinetti con un diametro interno che possa variare tra i 6 e gli 8 mm. Bisogna tenere conto che:
- Minore è la dimensione del cuscinetto, maggiore sarà la velocità ammissibile.
- Maggiore è la dimensione del cuscinetto, maggiore sarà il carico a cui può essere soggetto. (carico la cui componente principale è la forza assiale di attrazione dei magneti).
IPOTESI 1
Si procede sulla base del dimensionamento numero 1 del giunto magnetico.
Questo dimensionamento prevede una coppia massima trasmissibile di 2 Nm e una forza assiale massima di 220 N.
Si deve conto, come già anticipato precedentemente, che la forza assiale calcolata è quella massima, ovvero quando non c’è sfasamento angolare. La forza assiale trasmessa, nella condizione di coppia massima trasmessa, è di circa 50 N.
La verifica dei cuscinetti viene condotta relativamente sia alla forza assiale massima, risultando quindi ampiamente cautelativa, rispetto ad un valore più ragionevole di 135 N, valore intermedio tra i due casi estremi.
Vengono presi in considerazioni 3 varianti di cuscinetti, di diametro interno pari a 6,7 e 8 mm.
Vengono riportati i calcoli svolti per i cuscinetti da 6 mm. I risultati della verifica per tutte e tre le dimensioni sono riassunti in una tabella.
Dimensionamento F=220 N
Diametro 6 mm Diametro 7 mm Diametro 8 mm
Velocità massima, rpm 170000 150000 130000 Durata cuscinetto B, ore 2 ½ h 5 h 8 h
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Dimensionamento F=135 N
Diametro 6 mm Diametro 7 mm Diametro 8 mm
Velocità massima, rpm 170000 150000 130000 Durata cuscinetto B, ore 5 ½ h 11 h 19 h IPOTESI 2
Si procede sulla base del dimensionamento numero 2 del giunto magnetico precedentemente effettuato, che differisce rispetto al dimensionamento 1 per il valore del diametro esterno dei magneti: 35 anziché 32 mm.
che prevede una coppia massima trasmissibile di 3 Nm e una forza assiale massima di 300 N.
Si deve conto, come già anticipato precedentemente, che la forza assiale calcolata è quella massima, ovvero quando non c’è sfasamento angolare. La forza assiale trasmessa, nella condizione di coppia massima trasmessa, è di circa 75 N.
La verifica dei cuscinetti viene condotta relativamente sia alla forza assiale massima, risultando quindi ampiamente cautelativa, rispetto ad un valore più ragionevole di 190 N, valore intermedio tra i due casi estremi.
Dimensionamento F=300 N
Diametro 6 mm Diametro 7 mm Diametro 8 mm
Velocità massima, rpm 170000 150000 130000 Durata cuscinetto B, ore 1 ½ h 2 ½ h 4 ½ h Dimensionamento F=190 N
Diametro 6 mm Diametro 7 mm Diametro 8 mm
Velocità massima, rpm 170000 150000 130000 Durata cuscinetto B, ore 3h 6h 10 ½ h
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Supporto di spinta idrodinamico
La forza assiale che si trasmettono i magneti va a gravare sul supporto di spinta del turbocompressore.
Avendo stimato 50 N come valore rispetto al quale viene generalmente dimensionato il supporto, quest’ultimo si troverebbe a dover sopportare un carico circa 5 volte maggiore. Lo spessore del meato, che varia con la radice quadrata del carico, verrebbe poco più che dimezzato. Sappiamo inoltre che generalmente il dimensionamento dei supporti di spinta idrodinamici viene effettuato in modo tale che l’altezza minima del meato sia pari a 10 volte la rugosità quadratica media composita delle due superfici affacciate. In fondo alla relazione, saranno tratte le conclusioni relativamente a questo problema.
Dallo schema di corpo libero di ottiene che: FrA Q (aa b) 80
FrB Q ba 30 SCHEMA SKF
La condizione di carico corrisponde alla condizione 1a, alla quale corrispondono le seguenti forze assiali per i due cuscinetti
FaA R FrA 66.4 FaB FaA Ka 251.4
Determinazione del carico dinamico equilvalente sui cuscinetti Per il cuscinetto A si ha che F.a/F.r<1.14, e di conseguenza:
PA FrA 0.55 FaA 116.52
Per il cuscinetto B si ha che F.aF.r>1.14, e di conseguenza PB 0.57 FrB 0.93 FaB 250.902
Una volta ottenuti i carichi dinamici equivalenti si procede al calcolo della durata dei cuscinetti
Calcolo durata cuscinetto A
a1 0.21 affidabilità del 99%
aSKF 1 si suppone condizione ideale di lubrificazione L 106a1aSKF C PA p 5.04108 cicli Lh 150000 60L 55.995 ore
Calcolo durata cuscinetto B
a1 0.21 affidabilità del 99%
aSKF 1 si suppone condizione ideale di lubrificazione L 106a1aSKF C PB p 5.048 107 cicli Lh 150000 60L 5.608 ore
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