Steg 7 Konstruera konceptet, del 1. IKOT D1 söndag den 29 mars 2009

Transkript

1 D1 Steg 7 Konstruera konceptet, del 1 0

2 7.1 Inledning Valet av koncept är gjort och nu är det dags att mera ingående designa och dimensionera dammtätningens olika delsystem. Genom att följa TVM:s metodik för funktionell modellering och hierarkisk strukturering i syfte att mera detaljerat utforma konceptet ska konceptet nu på allvar ta form och göras redo för tillverkning Funktionell modellering Efter listning av samtliga delsystem och analys av deras respektive relevans för huvudfunktionens utförande, kvarstod en mängd element som samtliga bidrar till huvudfunktionens utförande. Resultatet i figur nedan. figur funktionell modell av koncept före komplexitetskorrigering Då den funktionella modellen ska beskriva konceptet som sin helhet och inte i detalj redogöra för varje komponents funktion förs nedan ett resonemang över vilka delsystem som i den slutgiltiga utformningen kommer att vara integrerade med varandra eller inte behövas över huvudtaget. Rimligen kan korrosions-, skvalp- och kondensationsskydd antas integrerbart med både ring och bassäng. Härmed försvinner skvalp och kondens som restprodukt. Då inlopp och avlopp ej bidrar till att öka modellens tydlighet kan dessa antas integrerade i bassängen. 1

3 Vattnet är en så pass central och övergripande komponent, om det ens går att benämna det så, att det kan elimineras ur modellen utan förlust av tydlighet. Filtret kan antas föreskrida pumpen och ta vid efter bassängen för att ta hand om smutsvattnet. För en ökad tydlighet i modellen kan filtret antas integrerat i pumpen och därmed fungera som en länk som sluter vattnets kretslopp i konstruktionen (denna förslutning framgår inte direkt av modellen utan är tänkt att ske utanför systemet där då smutsvattnet renas i filtret och återförs till pumpen, eller som i modellen: en tänkt vattenkälla. Filtret skulle därmed kunna betraktas som ett externt element men betraktas istället som internt element för tydlighetens skull). Detta medför att smutsvattnet betraktas som en restprodukt som lämnar konstruktionen. Resultatet av integrationerna och den slutgiltiga funktionella modellen för konceptet framgår i figur figur funktionell modell av koncept efter komplexitetskorrigering (slutgiltig modell) Hierarkisk struktur Utifrån den funktionella modellen (före komponentintegration, figur 7.1.1) analyserades relationerna mellan delsystemen och relationens innebörd (d.v.s. funktionen som de kombinerade delsystemen utför) ringades in för att senare användas som undergrupper i den hierarkiska strukturen. Indelningen framgår i figur

4 figur gruppering av delsystem Efter överläggning med expertpool framkom att ett korrosionssystem ej ska vara nödvändigt för konstruktionens överlevnad (mer om detta i den slutgiltiga rapporten), därför utgår denna kategori i den hierarkiska modellen. Även vatten som delsystem kommer att utelämnas då denna ej tillför någon extra tydlighet i modellen, snarare tvärtom. I modellen medtogs alltså delsystem som ansågs för irrelevanta för den slutgiltiga funktionella modellen (därav användes figur 7.1.1). Den hierarkiska strukturen återfinns i figur figur hierarkisk struktur över konceptets delsystem 3

5 7.1.3 Utvecklingsområde Intern tillverkning Då somliga komponenter kommer att ha en utformning som inte går att finna i potentiella leverantörers utbud, måste de specialtillverkas inom företaget. Utav konceptets komponenter kommer följande att kräva en intern tillverkningsprocess: - Ring - Bassäng - Filter Extern tillverkning Övriga komponenter är lättare att standardisera och ska därmed enklare kunna anpassas efter externa tillverkares utbud. Komponenterna som kan erhålls från en extern leverantör är: - Pump - Borst (eventuellt måste fästen specialtillverkas inom företaget) - Ledningar* Avlopp och inlopp ska integreras med bassäng och tillverkas därmed även dem internt. 4 * Ledningar har inte tagits med i funktionell modell därför att de anses som en självklar komponent för ett system som transporterar vatten. Att betrakta dem som ett separat delsystem skulle endast medföra rörigare modeller och otydligare sammanhang. Vi anser ändå att de borde belysas då de innebär en extra kostnad i tillverkningen och medtags därmed i detta stycke, i gränssnittsmatrisen samt Ledningar

6 7.1.4 Funktionsbeskrivning av delsystem Nedan följer en översiktlig beskrivning av respektive delsystems funktion. Observera att bilderna som illustrerar element och funktion är principiella och att den slutgiltiga utformningen av varje komponent görs i samband med den virtuella modelleringen av konceptet Ring figur tvärsnitt av bassäng Ringen består av en flytande komponent sammanfogad med en tätande damask. Elementets funktion blir att avgränsa maskineriet fullständigt från krossrummet och samtidigt möjligöra roterande, horisontell, vertikal samt vibrerande rörelse för krossens stödkona. Då komponenten är tillverkad internt existerar inga specifikationer utan noggranna tester och beräkningar måste göras för försäkring om fullgod driftsäkerhet. Testmetod: Flyttest, FEM-analys Tidpunkt för test: Arbetsvecka 3-4, steg 7 (i samband med prototyp tillverkning) 5

7 Bassäng Bassängen placeras på den nuvarande stödkragens infästning mot maskinhuset. Bassängens funktion är att uppehålla vattnet så att det hinner absorbera damm från krossrummet innan det leds ut i avloppet. För principiell utformning, se figur Då komponenten är tillverkad internt existerar inga specifikationer utan noggranna tester och beräkningar måste göras för försäkring om fullgod driftsäkerhet. Testmetod: Korrosionsanalys (i samråd med expertpool) Tidpunkt för test: Under steg Inlopp & avlopp Inloppen är placerade högt på bassängkanten och riktade i rotationsriktningen. Inloppens uppgift är att förse bassängen med rent vatten och sätta vattnet i rörelse längs med vattenbanan. Avloppen är placerade i bassängens botten och har som funktion att leda ut smutsigt vatten ur vattenbanan. 6 figur toppvy av bassäng

8 Bassängen har två inlopp och två avlopp. Ett avlopp och ett inlopp är placerade i par med avloppet föreskridande inloppet så att minimal ledningsdragning och maximal bassängrengöring erhålls. figur tvärsnitt av avlopp figur toppvy av inlopp Inloppen är placerade högt på bassängväggen så att pumpens och filtrets vattenreglering fungerar. 7

9 Figur visar en toppvy av ett inlopp. Inloppens utformning gör så det rena vattnet får ett riktat flöde i rotationsriktningen. Då komponenten är tillverkad internt existerar inga specifikationer utan noggranna tester och beräkningar måste göras. Testmetod: Storleks- och korrosionsanalys (Uppskattning av vattenflöde ges utifrån pump; korrosionsanalys i samråd med expertpool) Tidpunkt för test: Arbetsvecka 2, steg 7 (i samband med skapande av virtuell modell) Pump & filter En pump cirkulerar vattnet genom en reningsmekanism. Pumpen köps av en leverantör och väljs efter kraven flöde, arbetstryck, livslängd, hur väl den klarar smutsigt vatten och om den kan gå torr. Filtreringen fungerar så att en stor behållare rymmer vatten, där dammet kan sjunka till botten, och inloppet till pumpen är i övre delen av behållaren så att den hela tiden pumpar rent vatten. Filtret och pumpen är placerade utanför själva krossen. Avloppet mynnar ut i filtrets botten och pumpen förses med vatten från filtrets övre del, och matar sedan bassängen genom ledningar. För att reglera vattennivån i bassängen används en pump som kan arbeta torrt tillsammans med en anpassad vattennivå i filtret. Filtertanken är utrustad med en tömningslucka för en enkel rengöring av lagrat sediment på tankbottnen. figur principskiss av filteranordning Då komponenten erhålls från leverantör existerar redan specifikationer över prestanda och endast enkla kalkyler behöver genomföras före installation. 8 Testmetod: Flödesberäkning (Uppskattning av hur stort vattenflöde som kommer krävas under drift) Tidpunkt för test: Arbetsvecka 2, steg 7 (i samband med skapande av virtuell modell)

10 Borst T.V figur toppvy av bassäng och ring figur T.H tvärsnitt av bassäng På bassängens innerkant sitter ett borstliknande element monterat. Elementet består av ett stort antal strån (gråa i figuren) som är tätt monterade. Stråna kommer förhindra att kondens (och ev. okontrollerat skvalp) tar sig förbi och in till maskinrummet. Vätskan droppar tillbaka ner i bassängen. Stråna är något längre än det största avståndet mellan ringen och bassängkanten. Detta tillsammans med det faktum att ringen hela tiden roterar i ett lugnt tempo får stråna att lägga sig åt samma håll och spännas mot ringkanten. På så sätt blir det tätt hela vägen fram till kanten. Varje strå kommer fjädra. Borstelementet monteras på bassängens innerkant innan stödkonan är på plats och kan sedan bytas ut i samband med byte av mantel. Då monteringen utförs utan att konan är på plats är den mycket enkel. Funktionen kräver inga ingrepp efter att konan monterats Korrosionsskydd Bassängens material tillverkas mest troligt i någon slags metall, och då denna är i fullständig kontakt med vatten kommer en korrosion att ske. Själva korrosionsförloppet är däremot inte särskilt allvarligt då endast rent vatten används, utan några pådrivande ämnen. Expert på korrosion Matts Norell på Materialteknik-institutionen på Chalmers har rådsfrågats i denna fråga. Då konstruktionen inte utsätts för några stora krafter, utan bara uppehåller vatten kom Matts och gruppen fram till att en korrosion kan fortgå utan något problem för konstruktionen, enligt krav på livslängd och funktion. Detta betyder att vi inte skyddar bassängen med något slags korrosionsskydd utan helt enkelt låter korrosionen fortgå. Rostet som bildas och eventuellt lossnar, hamnar i vattencirkulationen och separeras i tanken. På så sätt påverkar rostet endast det estetiska utseendet. Det som däremot skall undvikas enligt följande resonemang är galvanisk korrosion. Då två olika metaller är i kontakt i vattnet kan en 9

11 betydligt kraftigare korrosion ske vilket kan skapa problem. Men så länge som en enda metall används till bassängen är korrosion inget problem och åtgärdning utesluts Ledningar Ytterligare en komponent kommer att krävas för att transportera vatten i konstruktionen. Ledningarnas uppgift är därmed att knyta samma pump, filter och bassäng. Då komponenten kommer erhållas från leverantör existerar redan specifikationer över prestanda och endast enkla kalkyler behöver genomföras före installation. Testmetod: Storleks- och tryckanalys (Uppskattning av vattenflöde ges utifrån pump specifikation) Tidpunkt för test: Arbetsvecka 2, steg 7 (i samband med skapande av virtuell modell) Testmetod för koncept Förutom de testmetoder beskrivna för varje delsystem i funktionsbeskrivningarna kommer ett slutgiltigt test av hela konstruktionens funktion att göras. Testet kommer göras på en nerskalad prototyp där vattenflödet skapas genom att ta vatten från en vanlig kran. Någon typ av damm kommer också att användas. Testet kommer ske efter att prototypen är färdigkonstruerad, d.v.s. arbetsvecka 3-4 under steg Gränssnittsmatris Det som återstår för att en komplett beskrivning av konceptet ska erhållas är en överblick över hur de olika komponenterna interagerar med varandra. Detta görs med hjälp av en gränssnittsmatris och resultatet framgår nedan. Ring Bassäng Pump Filter Ledningar Avlopp Borst Vatten Ring X Bassäng X Pump X Filter M X Ledningar M M X Avlopp M M M X Borst M X Vatten M/K M/K M/K M/K M/K M/K K X 10 M = Mekanisk interaktion, K = Kemisk interaktion

12 Då samtliga element utom vattnet sitter monterade i närliggande element uppstår endast en mekanisk interaktion mellan elementen. Vattnet å andra sidan skapar vid samtliga interaktioner en kemisk kontakt (vilken inte alltid är gynnsam). På de ställen vatten interagerar mekaniskt med övriga element är det tänkt att vattnet utsätter komponenten för en kraft eller ett tryck. Vatten tas med som separat element då samtliga interaktionsområden med de övriga elementen utgör en potentiell risk för korrosion etc. Genom att använda vatten som ett element i gränssnittsmatrisen kan vi göra en bedömning av hur vattnet interagerar med övriga element och om det innebär problem. Genom analys av gränssnittsmatrisen vidtog gruppen åtgärder som att kommer framgå vid detaljutformningen av konceptet. Det kan nämnas att t.ex. fästpunkten för slangar till avlopp och inlopp kommer att ha en genomtänkt utformning med avseende på korrosion Notifikationer All utformning av delsystemen beskriven i ovanstående text är relativt nära den slutgiltiga utformningen men vi reserverar oss för eventuella mindre ändringar. Den funktionella modellen (figur 7.1.2) utgör den mest grundläggande funktionella beskrivningen av konceptet och kommer att användas som en schematisk bild för övergripande diskussioner om konceptets utformning i det fortskridande arbetet. 11