MEC3340Réingénierie des systèmes mécaniques

Optimisation de la conception d’un séparateur d’air

19 mars 2006

Introduction : rappel des objectifs

Cahier des charges

Gestion du projet

Solution de Ionisation Réingénierie Fabrication

Vortex : solution retenue

Coûts Explication des coûts Présentation des devis

Conclusion

Sommaire

Cahier des charges

Rappel des principaux critères:

Poids limité à 140g,

Vie supérieure à 80 000h,

Efficacité supérieure à 85%,

Débit d’entrée de 475g/min,

Débit de sortie 141g/min,

2000 pièces produites la première année puis 1000 pendant 20 ans

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie

Cahier des charges

Ionisation Vortex

Coûts

Organisation

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Pierre-Louis COURSONChef du projet « R poussi R »

Cristian LEONTEIngénieur conception

Directeur R&D

Guillaume BURGAUDIngénieur fabricationDirecteur Bureau des

méthodes

Gaëlle KIERSNOWSKIIngénieure technico-

commercial

Minh Koâh LE DOANResponsable simulations

mécaniques et prototypes

Miloud NIAIngénieur Industriel

Gestion du projet

Intro

Gestion du projet Organisation

Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

SimulationsPrototype

Gestion de projet

Intro

Gestion du projet Organisation

Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Déroulement du projet

Brainstorming

Design

Choix des matériaux

Optimisation

Fabrication

Gestion du risque

2 types de risques : Intro

Gestion du projet Organisation Planning

Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Stratégie de gestion du projet

Stratégie de conception

1/ Lié au déroulement du projet

2/ Lié au design du séparateur

• Développement en parallèle de deux solutions

• Coût : 1800$ soit 5% des coûts d’ingénierie

• Justifié car risque de dépassement de l’échéance quasi nul !

Rappel 1ere présentation

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Ionisation

Rappel du principe

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges

Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Ionisation et déviation

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges

Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Création du plasma : 80 kV

Source à proximité : 25 V

Amplificateur 880g…

Déviation

Trajectoire parabolique

Design préliminaire

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges

Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Ionisation

Déviation

Avantages

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges

Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

• Rendement exceptionnel de 98% hv

wL

e1

• Utilisation à des températures très élevées : 400°C

• Faible chute de pression

• Efficacité optimale pour particules d’environ 10μm

• Aucun entretien nécessaire : garanti « à vie »

• Possibilité de surveiller les défaillances

Limites

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges

Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

• Manque de temps et de moyens pour peaufiner la solution

• Tests nécessaires

Validité du mécanismeRésistance au décharges rencontrées en volFiabilité de l’électronique

• Critère de poids non respecté pour le moment

• Fabrication à priori plus complexe

Solution que nous avons retenue :VORTEX

Principe de fonctionnement

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

r

vmFc

2

Force centrifuge

90%

Rayon du tourbillon

Design

Design Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

• Simulations sous FLUENT

• Séparateur Vortex de LAPPLE

• Modèle RSM « Reynold Stress Model  »

Design

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Trajectoire de 1500 particules, Ø 0.2µm à 0.1mm

Design

Design Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Trajectoire pour 1 particule, Ø 0.2µm à 0.1mm

Choix du matériau

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Acier inoxydable 4404-AISI 316L

Fe Cr Ni Mo Mn

65% 17% 12% 2% 1%

Résistance à l’usure et usinabilité

Augmente la résistance

Meilleure résistance sans affecter la ductilité

Résistance oxydation et corrosion

Choix du matériau

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Acier inoxydable 4404-AISI 316L

Densité 8 000 kg/m3

Prix 6.5 $/kg

Élasticité Re 200 MPa

Rm 600 MPa

Température max de service

800°C

Température min de service

-273°C

Débits et ΔP

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Pression dynamique Vitesse du fluide

• Modèle de Lapple ne donnait pas un bon ΔP

• Nous travaillons encore sur ce critère

• Adaptation des diamètres de sortie pour respecter les débits imposés

Épaisseur

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

• Facteur de sécurité : 5

• Pression maximale 17.5 Bars

• Épaisseur minimale théorique : t = 0.6 mm

ttttE

3031017500350001750035000

2

12

2

2

22

E

SYFS

5

Résistance à la pression

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

σmax = 12.4 MPa

Résistance à la pression

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Analyse modale

Mode1 : 12 286 Hz Mode2 : 12 558 Hz

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Mode3 : 15763 Hz Mode4 : 16308

Vidéo

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Gestion du risque

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

résultat de réactions chimiques entre la poussière et la paroi du cylindre.

ColmatageColmatage

Diamètres de sortie les plus grands possibles

AbrasionAbrasion

Forte sollicitation des zones d’entrée d’air et de sortie des poussières

Épaississement des zones à risque

Modélisation 3D

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Dessin de définition d’assemblage

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Usinage

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Usinage

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Assemblage

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation

Vortex

Coûts

Conclusion

Acier inoxydable - AISI 321 -

Fe / Cr18 / Ni 9 / Ti

4.15 $

SOUDAGESOUDAGE

• Arc électrique

• Assemblage Corps principal /sortie/entrée

• Contrôle (ultrason)

RACCORDRACCORD

Coûts et devis

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

Fabrication

• usinage : 67 000$• soudage : 12 500 $• outils : 13 160 $

Coûts et devis

DEVIS #1

Ingénierie; 39 123; 21%

Raccords; 16 600; 9%

Matériaux; 38161; 20%

Fabrication; 92660; 50%

Intro Gestion du projet

Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts Conclusion

Nous avons estimé le coût TOTAL du projet à

260 254 $260 254 $

2 vagues de fabrication 2 devis

DEVIS #2

Fabrication; 92660; 63%

Raccords; 16 600; 11%

Matériaux; 38161; 26%

Conclusion

Séparateur qui respecte les contraintes du cahier des charges

Faire des tests de résistance aux champs électriques et magnétiques rencontrés en vol

Bonne expérience proche du milieu professionnel

Difficultés rencontrées

Intro

Gestion du projet Organisation Planning Risques

Étude d’ingénierie Cahier des

charges Ionisation Vortex

Coûts

Conclusion

??