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MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques

MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques. Optimisation de la conception d’un séparateur d’air. 19 mars 2006. Sommaire. Introduction : rappel des objectifs Cahier des charges Gestion du projet Solution de Ionisation Réingénierie Fabrication Vortex : solution retenue Coûts

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MEC3340 Réingénierie des systèmes mécaniques

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Presentation Transcript

  1. MEC3340Réingénierie des systèmes mécaniques Optimisation de la conception d’un séparateur d’air 19 mars 2006

  2. Sommaire • 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

  3. 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

  4. Organisation • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  5. Gestion du projet • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  6. Gestion de projet Simulations Prototype • 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

  7. Gestion du risque • 2 types de risques : • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion 1/ Lié au déroulement du projet • Développement en parallèle de deux solutions • Coût : 1800$ soit 5% des coûts d’ingénierie • Justifié car risque de dépassement de l’échéance quasi nul ! Stratégie de gestion du projet 2/ Lié au design du séparateur Stratégie de conception

  8. Rappel 1ere présentation • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts

  9. Ionisation

  10. Rappel du principe • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  11. 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

  12. Design préliminaire • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion Ionisation Déviation

  13. Avantages • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion • Rendement exceptionnel de 98% • 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

  14. 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 mécanisme • Résistance au décharges rencontrées en vol • Fiabilité de l’électronique • Critère de poids non respecté pour le moment • Fabrication à priori plus complexe

  15. Solution que nous avons retenue :VORTEX

  16. Principe de fonctionnement Force centrifuge • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion Rayon du tourbillon 90%

  17. 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  »

  18. 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

  19. 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

  20. Choix du matériau Acier inoxydable 4404-AISI 316L • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion Résistance oxydation et corrosion Augmente la résistance Résistance à l’usure et usinabilité Meilleure résistance sans affecter la ductilité

  21. Choix du matériau Acier inoxydable 4404-AISI 316L • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  22. Débits et ΔP Pression dynamique Vitesse du fluide • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion • 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

  23. 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

  24. 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

  25. Résistance à la pression • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  26. Analyse modale • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  27. Vidéo • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  28. Gestion du risque • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion Colmatage résultat de réactions chimiques entre la poussière et la paroi du cylindre. Diamètres de sortie les plus grands possibles Abrasion Forte sollicitation des zones d’entrée d’air et de sortie des poussières Épaississement des zones à risque

  29. Modélisation 3D • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  30. Dessin de définition d’assemblage • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  31. Usinage • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  32. Usinage • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion

  33. Assemblage • Intro • Gestion du projet • Organisation • Planning • Risques • Étude d’ingénierie • Cahier des charges • Ionisation • Vortex • Coûts • Conclusion SOUDAGE • Arc électrique • Assemblage Corps principal /sortie/entrée • Contrôle (ultrason) RACCORD Acier inoxydable - AISI 321 - Fe / Cr18 / Ni 9 / Ti 4.15 $

  34. 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 $

  35. Coûts et devis • 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 $ 2 vagues de fabrication 2 devis

  36. 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

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