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banco prova pompe e motori con torsiometro


silvioidraulico
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silvioidraulico

Buonasera a tutti,

sono nuovo del forum e vorrei chiedere qualche informazione riguardante la costruzione di un banco prova per pompe/motori idraulici.

So che l'argomento è stato trattato più volte, ma non riesco ancora ad avere le idee chiare.

 

Io ho attualmente due piccoli banchi prova autocostruiti in officina con i quali provo piccole pompe e motori ad ingranaggi. Si tratta motori elettrici da 5Kw, quindi posso provare piccole cilindrate a medie pressioni. Il carico applicato lo ottengo strozzando la linea di mandata dell'olio e quindi facendo salire la pressione. Stessa cosa per i motori a ingranaggi, i quali provo come se fossero delle pompe.

 

Vorrei realizzare qualcosa di più complesso che mi permetta di leggere pressione, portata e coppia assorbita (per le pompe) e coppia erogata (per i motori). Quindi, se le informazioni in mio

possesso sono corrette, dovrei aggiungere un torsiometro tra il motore elettrico e la pompa e un torsiometro tra il motore idraulico e il freno idraulico.

 

Anzitutto vorrei capire:

- se il carico applicato alla pompa strozzando il flusso va bene (riscaldamento dell'olio a parte) o devo simulare il carico con un motore idraulico frenato alimentato dalla pompa stessa.

- quando la pompa è senza carico, il torsiometro mi rileva coppia assorbita vicino a 0? mentre quando aumento il carico mi rileva una coppia maggiore?

- stesso discorso per il motore? quando il motore non è frenato, il torsiometro mi rileva una coppia erogata vicino allo 0? mentre quando freno mi rileva una coppia maggiore?

 

La lettura dei valori di pressione, portata, coppia, temperatura li vorrei fare tramite un computer diagnostico portatile che ha un flussometro, un trasduttore di pressione, un termometro e un'entrata per segnali aggiuntivi quali appunto la coppia (il computer in questione può leggere un'onda quadra ad una certa frequenza, che da quello che ho letto, i moderni torsiometri possono generare)

 

Pensavo di lavorare con pressioni e portate maggiori rispetto al passato, quindi vorrei costruire il nuovo banco con un motore Diesel da 400 cavalli al quale attualmente ho collegato un albero cardanico per la trasmissione alla pompa. Vorrei chiedere:

- Come si effettua l'inversione di rotazione dato che si tratta di un motore Diesel? Si usa qualche tipo di invertitore di rotazione a ingranaggi?

- Ho letto che i torsiometri vanno montati su cuscinetti per ridurre gli errori di lettura. L'abero cardanico potrebbe darmi problemi in tal senso? E' obbligatorio che il giunto sia omocinetico?

 

Spero di avere posto le domande in maniera chiara.

 

Rimango in attesa dei vs consigli. 

 

Grazie

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La prima domanda che mi viene in mente è:

ma di che potenze di motori/pompe stiamo parlando?

Ci parli di un motore diesel da 400 CV che dovresti utilizzare come  motore per le tue pompe...ergo immagino che andrai a collaudare pompe da 100 Kw?

Per queste potenze farsi un banco prova non è dei più semplici ed economici e soprattutto dovrai adottare degli accorgimenti che tengano in considerazioni le varie perdite e variabili del sistema: dalla temperatura olio ai meccanismi meccanici presenti ecc ecc.

 

Quindi tutto è possibile fare, bisogna darsi un limite a ciò che si vuole realizzare per non iniziare un progetto irrealizzabile!!

 

Un banco prova del genere lo vedo come un bel esercizio da proporre all'università: ne hai una dalle tue parti?

proponila al professore che con gli studenti può fare i calcoli progetti ecc e poi tu realizzi!

 

Comunque io una cosa del genere l'ho fatta per pompe/motori fino a 5 Kw.

Motore bushless BLCD a magneti permanenti alimentato a 48VDC pompa idraulica  con sistema di strozzature valvole e misuravo la controcoppia giri assorbimento ecc ecc

Per l'inversione di rotazione era un attimo, bastava far girare il motore al contrario.

 

Per il tuo banco, sicuramente uno o più torsimetri uniti a sensori di giri, temperatura pressione ecc uniti a un buon software (che devi realizzarti) riuscirai a fare ciò che ti proponi..ma i costi salgono!!!!    

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silvioidraulico

Ciao Roberto, scrivo dalla Sicilia.

 

Ciao Omaccio, ti ringrazio per la risposta. Si, effettivamente ci sono molti accorgimenti da prendere. 

 

Intendo collaudare pompe a pistoni con cilindrate fino a 270cc/rev . Il limite che mi do è quello dei 400-500 bar di pressione, per cui ho bisogno di quella potenza per provare pompe di una certa cilindrata.

Come dicevo, intendo utilizzare un motore Diesel che ho comperato da un camion incidentato anni fa ed utilizzo attualmente come centrale oleodinamica per altre applicazioni a bassa pressione.

Quindi in realtà parte del lavoro è già realizzata. Quello che ho bisogno di capire meglio è il funzionamento del torsiometro. Mi sai dire qualcosa in merito?

 

Attualmente lavoro con l'Università per altri tipi di impianti, ma non so quanto i professori siano disponibili a darmi supporto tecnico in questo progetto :) Sarebbe una bella cosa se accadesse :)

 

Per quanto riguarda l'inversione, suppongo tu usassi un motore elettrico. L'inversione la faccio anche io attualmente invertendo la rotazione del motore elettrico, il mio quesito era come invertire con un motore Diesel. Posso immaginare si possa usare qualche tipo di scatola a ingranaggi, ma vorrei sapere di solito cosa viene usato nei banchi di prova professionali.

 

Mi piacerebbe sapere come misuravi la coppia assorbita. Il sensore di giri va collegato al torsiometro? E l'encoder di cui ho letto su diversi siti a cosa serve?

Puoi rispondere alle mie domande riguardante la coppia? Capisco che sono dei concetti basilari, ma, anche documentandomi, non ce li ho molto chiari:

 

"- quando la pompa è senza carico, il torsiometro mi rileva coppia assorbita vicino a 0? mentre quando aumento il carico mi rileva una coppia assorbita maggiore?

- stesso discorso per il motore? quando il motore non è frenato, il torsiometro mi rileva una coppia erogata vicino allo 0? mentre quando freno mi rileva una coppia erogata maggiore?"

 

Per quanto riguarda il software, come dicevo prima, possiedo già un computer diagnostico portatile completo di software, trasduttori di pressione, portata, temperatura e sensore di giri nonchè un ingresso di segnale ausiliario (per misurare ad es.: la coppia) che prende un segnale ad onda quadra ad una certa frequenza. A quest'ultimo quindi dovrei collegare il torsiometro.

 

Grazie anticipatamente per l'aiuto.

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Cè poco da spiegare e molto da studiare: basta un testo di fisica per le formule di coppia velocità e potenza e poi uno di fluidodinamica delle superiori!

Per quanto riguarda la coppia esistono i torsimetri ma sappi che hanno un range: più sono ampi questi range e più costa il torsimetro!

Vanno messi tra albero motrice e albero condotto e rilevano la coppia ad essi applicata.

Se non vi è potenza assorbita non ci sarà coppia quindi se non ci saranno carichi il torsimetro leggerà 0..ovviamente questo è impossibile in quanto ci saranno sempre carichi generati da attriti se farai girare qualcosa.

Per rispondere alla tua domanda dovresti mettere i 2 torsimetri, quello che legge la coppia erogata e quello che legge la coppia di frenatura, dalla sottrazione delle due coppie puoi ricavare la coppia effettivamente assorbita.

Gli encorder ti serviranno a poco, ti servirà sapere il numero di giri del'albero motrice e condotto.

 

Dalle mie parti le università ti ascoltano..ovviamente le devi pagare visto che è un servizio che a loro comunque genera dei costi e a te dei vantaggi!

 

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silvioidraulico

Giusta osservazione! Lo studio, tempo permettendo, è la via migliore, ma pochi consigli e spiegazioni, come le tue, sono di grande aiuto!

 

Spero di trovare un torsiometro economico per fare delle prove prima di passare al progetto più complesso (e più costoso)

 

Grazie ancora

 

 

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SandroCalligaro
Quote

Per rispondere alla tua domanda dovresti mettere i 2 torsimetri, quello che legge la coppia erogata e quello che legge la coppia di frenatura, dalla sottrazione delle due coppie puoi ricavare la coppia effettivamente assorbita.

Non ho capito bene quale sarebbe, in quel caso, la configurazione di test: per favore, potreste spiegare meglio cosa si vorrebbe misurare (e come)?

Scusate la curiosità... :smile:

 

A quello che ha detto Omaccio aggiungo che c'è da tener conto anche della precisione richiesta. Un torsiometro con range di coppia ampio, se poi viene usato per coppie inferiori alla nominale, ti porta ad una accuratezza peggiore.

Tieni conto anche del fatto che il torsiometro può essere uno strumento delicato rispetto ad esempio alle vibrazioni (che giunti userai?). Inoltre la coppia massima che può sopportare potrebbe non essere elevatissima, e quindi un eventuale comportamento meccanico anomalo (mi viene in mente ad esempio un inceppamento, ma potrebbero esserci altri casi) potrebbe portarlo alla rottura.

 

Considerando il ripple di coppia che può avere un motore diesel, avere un sensore di posizione (magari solo un encoder a risoluzione relativamente bassa) sull'albero non sarebbe inutile, in modo da monitorare l'andamento della velocità nel giro meccanico.

Tanto dipenderà da qual è lo scopo della misura. Tanto per esagerare: è per verificare solo che il dispositivo testato funzioni, oppure sono prove per certificazioni?

 

Quote

Posso immaginare si possa usare qualche tipo di scatola a ingranaggi, ma vorrei sapere di solito cosa viene usato nei banchi di prova professionali.

Io penso (ma non so niente di certo) che in un banco prova serio la potenza dovrebbe provenire da un motore elettrico comandato da inverter, in anello chiuso.

Il funzionamento di un diesel è influenzato da tante variabili, magari richiede un cambio e un meccanismo di inversione, genera vibrazioni, rumore acustico e gas di scarico che vanno convogliati, se si è al chiuso...

 

Riguardo ai torsiometri, in particolare, potresti contattare Mario Maggi, che partecipa a questo forum.

Mi sembra che tra l'altro ci sia la possibilità di avere torsiometri con uscite tipo seriale, molto facili da acquisire con un PC.

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Per i banchi prova precisi, si usano come dinamometri motori cc basculanti, a cui si applica un braccio calibrato si per poter eseguire le tarature di coppia, sia per collegarlo con un'ottima cella di carico bidirezionale (ovvero che legge le forze in pressione ed in estensione).

In questo modo si ottiene uno strumento di misura vero.

L'impiego di torsiometri specifici, già inseriti in giunti di accoppiamento, l'ho visto impiegare, da una nota azienda nazionale produttrice di veicoli industriali, per provare grossi motori diesel. Ovviamente, come ha scritto Sandro, la precisone del torsiometro è massima al fondo scala. Poi, come per le celle di carico, si hanno 2 valori di coppia massima, il primo è il limite entro il quale il fondo scala può essere superato senza dover ricalibrare il trasduttore, superato questo e sino al secondo limite, si deve procedere ad un ricalibrazione del trasduttore; se si supera il secondo limite il trasduttore è compromesso in modo irreversibile.

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silvioidraulico

SandroCalligaro,

 

grazie per i chiarimenti. Il test consiste nella misurazione di coppia assorbita/erogata di pompe/motori a pistoni dopo revisione. Certamente conto di poter rilasciare un report dettagliato, che fino adeso la vedo come la parte più facile della storia :)

 

Volevo chiederti cosa ne pensi se utilizzassi una frizione elettromagnetica, potrei abbattere il problema delle vibrazioni?

 

E se utilizzassi una tramissione idrostatica per eliminare il problema delle vibrazioni, dell'inversione di rotazione e altri problemi connessi all'utilizzo di un motore diesel?

 

Quindi creerei un circuito chiuso con motore e pompa collegata al motore diesel e utilizzerei il motore idraulico per alimentare le pompe da testare. Complicherebbe troppo il progetto? 

 

Effettivamente, il discorso dei gas di scarico è un qualcosa che risolverei convogliandoli all'esterno, poco ho da fare con il rumore con il quale, a parte l'utilizzo di qualche buon isolante, non ho cosa fare. Il discorso è che avere 400kw di potenza elettrica non è proprio facile :)

 

Livio Orsini, anzitutto grazie per l'informazione, mi sapresti dire qualcosa in più su questi giunti con torsiometro integrato?

 

Vi ringrazio tutti!!

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silvioidraulico

SandroCalligaro: credo che il giunto più adatto si chiami Giunto idrodinamico, anche se ne ignoro il costo, suppongo sia elevato.

 

Si utlizza proprio per eliminare le vibrazioni.

 

Ciao

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Adelino Rossi
Quote

 

visto che si parla di installazioni di varie centinaia di kw io ritengo che dovresti recarti presso una delle aziende che hanno installato pompe di grosse dimensioni e di pressioni elevate ed osservare bene con tranquillità l'impianto iniziando dal basamento ferro o cemento armato, diametro delle tubazioni e loro spessore, eventuali controlli di vibrazioni e valvole di sicurezza, obbligatorie anche nei circuiti di prova. 400-500 bar. il diesel deve mantenere stabili i giri nominali della pompa anche sotto carico. i gruppi elettrogeni di pari dimensioni hanno tutti un regolatore elettronico di giri. Il diesel va raffreddato a acqua o aria e va lubrificato con pompe di circolazione e serbatoio, va fatto poi il serbatoio e il circuito del combustibile. sopratutto, a mio parere osserva una pompa presente in officina, dimensioni,  spessore e diametro delle tubazioni flange di accoppiamento ecc.

circuito di prova reale in portata e pressione, (300 bar). ecc. ecc. il torsiometro lo vedo come l'ultimo dei problemi. Ovviamente date le dimensioni, e le pressioni, il tutto, progetto e materiali, deve essere certificato dagli enti preposti.   

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