Riassunto analitico
Questo progetto di tesi ha come oggetto di analisi un’elettrovalvola a cartuccia con 2 vie e 2 posizioni (chiusa o aperta) ad otturatore, normalmente chiusa, avvitabile su blocchi idraulici e che consente un flusso bidirezionale.
Tale attività prevede la modellazione e lo studio, tramite simulazioni CFD stazionarie e tramite simulazioni dinamiche a parametri concentrati, del comportamento della valvola in diverse condizioni di utilizzo e in particolar modo riveste un certo interesse la valutazione dell’ordine di grandezza delle forze di flusso che vanno ad instaurarsi all’interno della valvola e che vanno ad influenzare il movimento dell’otturatore.
Questo progetto quindi ha come principale obiettivo il miglioramento delle caratteristiche di performance di questa valvola, senza peggiorarne le prestazioni e modificarne le dimensioni e la geometria.
L’attività è suddivisa in alcune fasi principali.
La prima fase consiste nello studio della valvola in esame, soprattutto delle sue caratteristiche geometriche, funzionali e delle sue condizioni di funzionamento. Così è stato possibile avere una conoscenza più profonda del prodotto e determinare alcuni parametri che risultano essere più influenti nella caratterizzazione della valvola
Dopo aver acquisito piena conoscenza del prodotto, si è proceduto con la seconda fase nella quale si è realizzato un modello CFD della valvola attraverso il software Ansys Fluent.
Il modello CFD creato specificatamente per il prodotto oggetto di studio consente di analizzare il comportamento del fluido all’interno della valvola attraverso la determinazione dell’andamento della pressione, una volta fissate le condizioni di lavoro iniziali.
Al fine di ottenere un modello accurato sono stati confrontati i risultati delle simulazioni con quelli ottenuti dalle prove a banco per la caratterizzazione della valvola. Infatti questa fase è stata accompagnata da prove sperimentali mediante attrezzature progettate appositamente, così da poter validare i risultati ottenuti dal modello virtuale e consentire di ottenere un modello stesso affidabile.
La terza fase prevede dei calcoli analitici per compiere una stima delle forze in gioco e dunque si sfruttano i risultati ricavati dall’analisi CFD per cercare di stimare nel miglior modo possibile alcune delle forze che vanno ad agire sulla spola della valvola e che ne influenzano il comportamento. In particolar modo è stato possibile fare una stima delle forze di flusso causate dall’efflusso all’interno della valvola e delle forze di attrito causate dall’anello di tenuta presente sullo stelo dell’otturatore. Queste forze, insieme a quelle di pilotaggio del solenoide e a quella elastica della molla, vanno ad influenzare il comportamento della valvola in apertura e in chiusura, perciò risulta importante eseguire una valutazione ed un bilancio di tali forze.
Durante la quarta ed ultima fase si è sviluppata un’ulteriore simulazione a parametri concentrati attraverso il software LMS Amesim, il quale ha consentito di effettuare in prima battuta un’analisi stazionaria attraverso la creazione di un modello apposito e che ha permesso così di creare la curva caratteristica della valvola.
In seconda battuta si è realizzata un’analisi dinamica del comportamento della valvola, costruendo un apposito modello a parametri concentrati in cui si è cercato di valutare i tempi di risposta della valvola per poi confrontarli con quelli ottenuti sperimentalmente al banco. Quindi, attraverso una corretta valutazione del comportamento dinamico della valvola, è stato possibile eseguire una migliore stima delle forze di flusso in gioco.
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