WTBPCE01
PROJECT LAVAL-TURBINE
Ontwerprapport
19-01-2021
WR3C
0
, WTBPCE01
Voorwoord
Dit rapport is het verslag over het project “CONSTRUCTIE VAN ENERGIESYSTEMEN”
gepresenteerd door groep 3 uit de klas WR3C van Hogeschool Rotterdam. Aan de hand van
dit rapport kan een Laval-turbine ontworpen worden die een zo hoog mogelijke combinatie
van koppel en toerental dient te behalen.
De projectgroep wil graag zijn dank verontschuldigen aan de begeleidende docent
Roelof Dijkstra en de praktijkdocenten van de werkplaats. Mede door hun adviezen en
feedback is de projectgroep op een zeer mooi resultaat gekomen. Naast de docenten wil de
projectgroep ook nog het bedrijf dat de schoepen geprint heeft bedanken.
Rotterdam, januari 2021
Samenvatting
De projectgroep heeft als opdracht gekregen om een Laval-turbine te ontwerpen voor het
afvalverwerkingsbedrijf “AVR”. De turbine die ontworpen dient te worden door de
projectgroep moet ervoor zorgen dat de energie die nu verloren gaat aan een hete
luchtstroom door het verbrandingsproces, opgevangen en omgezet wordt naar een meer
bruikbare vorm van energie. Verder moet de turbine ontworpen worden aan de hand van
een aantal gestelde eisen die afkomstig zijn van de klant.
Hieruit luidt dus ook de hoofdvraag:
“Op welke wijze kan een Laval-turbine zo ontworpen en gerealiseerd worden dat deze een
zo groot mogelijk koppel opwekt, gebruik makend van perslucht en tegelijker tijd voldoen aan
de gestelde eisen en maten?”
Naast de hoofdvraag zijn er door de projectgroep ook een aantal deelvragen opgesteld:
• Welk type lager is het meest geschikt voor het product?
• Hoe worden de bewegende onderdelen afgeschermd, zodat het niet mogelijk is om
deze aan te raken tijdens bedrijf?
• Hoe gaat het product passen in de testopstelling?
• Hoe wordt het minimale koppel van 0.018 [Nm] gerealiseerd?
Om een antwoord te kunnen geven op deze vragen is er onderzoek gedaan naar de
volgende aspecten:
1. Maximaal haalbaar theoretisch vermogen.
2. Lager berekeningen.
3. Berekening van de relatie geometrie van de turbine en het koppel en toerental.
4. Moer en bout berekeningen.
5. Veiligheid bij het gebruik maken van de turbine.
6. Maakbaarheid van de turbine.
Aan de hand van de rekenmodellen is gezocht naar een optimale oplossing om een zo’n
rendabel mogelijke turbine te realiseren.
1
Versie 1 Hogeschool Rotterdam
, WTBPCE01
In de conclusie wordt er met behulp van de testresultaten geconcludeerd dat het minimale
koppel van 0.018 Nm is behaald en dat de turbine succesvol de test is doorgekomen. Ook
voldoet de turbine aan de overige gestelde eisen. De turbine wordt ontworpen met de 2
groefkogellagers 61800-2RS1 eenrijig tweezijdig afgedicht merk SKF aan beide kanten van
de turbine. De roterende schoepen die bevestigd zijn met M4 boutjes worden afgesloten
door het turbinehuis, waardoor deze geen gevaar meer kunnen vormen.
2
Versie 1 Hogeschool Rotterdam
, WTBPCE01
Inhoudsopgave
Voorwoord ............................................................................................................................ 1
Samenvatting ........................................................................................................................ 1
Inleiding ................................................................................................................................ 4
1. Project analyse ................................................................................................................. 5
1.2 Systeemgrens ............................................................................................................. 6
1.3 Voorbereidende werk .................................................................................................. 6
1.4 Ontwerpschets ............................................................................................................ 6
1.5 Product........................................................................................................................ 7
2. Onderzoek ........................................................................................................................ 8
2.1 Theoretisch vermogen ................................................................................................. 8
2.2 Invalshoek ................................................................................................................... 8
2.3 Schoepen .................................................................................................................... 8
2.4 Lager ........................................................................................................................... 9
2.5 Moer-bout verbinding .................................................................................................. 9
2.6 Veiligheid..................................................................................................................... 9
3. Ontwerpproces ............................................................................................................... 10
3.1 Overzicht diagram ..................................................................................................... 10
3.2 Eisen ......................................................................................................................... 10
3.3 Ontwerpkeuzes ......................................................................................................... 11
3.3.1 Schoepen ........................................................................................................... 11
3.3.2 As ....................................................................................................................... 12
3.3.3 Bus ..................................................................................................................... 12
3.3.4 Lagers................................................................................................................. 12
3.3.5 Overige onderdelen ............................................................................................ 13
3.4 Ontwerp tekeningen .................................................................................................. 13
4. Productieproces .............................................................................................................. 14
4.1 Productie onderdelen ................................................................................................ 14
4.1.1 Schoepen ........................................................................................................... 14
4.1.2 As ....................................................................................................................... 14
4.1.3 Bevestigingsbus .................................................................................................. 14
4.1.4 Lagerbus............................................................................................................. 14
4.1.5 Montagebus ........................................................................................................ 14
4.1.6 Schoepenplaten .................................................................................................. 15
4.1.7 Behuizing ............................................................................................................ 15
4.1.8 Nozzle................................................................................................................. 15
3
Versie 1 Hogeschool Rotterdam
PROJECT LAVAL-TURBINE
Ontwerprapport
19-01-2021
WR3C
0
, WTBPCE01
Voorwoord
Dit rapport is het verslag over het project “CONSTRUCTIE VAN ENERGIESYSTEMEN”
gepresenteerd door groep 3 uit de klas WR3C van Hogeschool Rotterdam. Aan de hand van
dit rapport kan een Laval-turbine ontworpen worden die een zo hoog mogelijke combinatie
van koppel en toerental dient te behalen.
De projectgroep wil graag zijn dank verontschuldigen aan de begeleidende docent
Roelof Dijkstra en de praktijkdocenten van de werkplaats. Mede door hun adviezen en
feedback is de projectgroep op een zeer mooi resultaat gekomen. Naast de docenten wil de
projectgroep ook nog het bedrijf dat de schoepen geprint heeft bedanken.
Rotterdam, januari 2021
Samenvatting
De projectgroep heeft als opdracht gekregen om een Laval-turbine te ontwerpen voor het
afvalverwerkingsbedrijf “AVR”. De turbine die ontworpen dient te worden door de
projectgroep moet ervoor zorgen dat de energie die nu verloren gaat aan een hete
luchtstroom door het verbrandingsproces, opgevangen en omgezet wordt naar een meer
bruikbare vorm van energie. Verder moet de turbine ontworpen worden aan de hand van
een aantal gestelde eisen die afkomstig zijn van de klant.
Hieruit luidt dus ook de hoofdvraag:
“Op welke wijze kan een Laval-turbine zo ontworpen en gerealiseerd worden dat deze een
zo groot mogelijk koppel opwekt, gebruik makend van perslucht en tegelijker tijd voldoen aan
de gestelde eisen en maten?”
Naast de hoofdvraag zijn er door de projectgroep ook een aantal deelvragen opgesteld:
• Welk type lager is het meest geschikt voor het product?
• Hoe worden de bewegende onderdelen afgeschermd, zodat het niet mogelijk is om
deze aan te raken tijdens bedrijf?
• Hoe gaat het product passen in de testopstelling?
• Hoe wordt het minimale koppel van 0.018 [Nm] gerealiseerd?
Om een antwoord te kunnen geven op deze vragen is er onderzoek gedaan naar de
volgende aspecten:
1. Maximaal haalbaar theoretisch vermogen.
2. Lager berekeningen.
3. Berekening van de relatie geometrie van de turbine en het koppel en toerental.
4. Moer en bout berekeningen.
5. Veiligheid bij het gebruik maken van de turbine.
6. Maakbaarheid van de turbine.
Aan de hand van de rekenmodellen is gezocht naar een optimale oplossing om een zo’n
rendabel mogelijke turbine te realiseren.
1
Versie 1 Hogeschool Rotterdam
, WTBPCE01
In de conclusie wordt er met behulp van de testresultaten geconcludeerd dat het minimale
koppel van 0.018 Nm is behaald en dat de turbine succesvol de test is doorgekomen. Ook
voldoet de turbine aan de overige gestelde eisen. De turbine wordt ontworpen met de 2
groefkogellagers 61800-2RS1 eenrijig tweezijdig afgedicht merk SKF aan beide kanten van
de turbine. De roterende schoepen die bevestigd zijn met M4 boutjes worden afgesloten
door het turbinehuis, waardoor deze geen gevaar meer kunnen vormen.
2
Versie 1 Hogeschool Rotterdam
, WTBPCE01
Inhoudsopgave
Voorwoord ............................................................................................................................ 1
Samenvatting ........................................................................................................................ 1
Inleiding ................................................................................................................................ 4
1. Project analyse ................................................................................................................. 5
1.2 Systeemgrens ............................................................................................................. 6
1.3 Voorbereidende werk .................................................................................................. 6
1.4 Ontwerpschets ............................................................................................................ 6
1.5 Product........................................................................................................................ 7
2. Onderzoek ........................................................................................................................ 8
2.1 Theoretisch vermogen ................................................................................................. 8
2.2 Invalshoek ................................................................................................................... 8
2.3 Schoepen .................................................................................................................... 8
2.4 Lager ........................................................................................................................... 9
2.5 Moer-bout verbinding .................................................................................................. 9
2.6 Veiligheid..................................................................................................................... 9
3. Ontwerpproces ............................................................................................................... 10
3.1 Overzicht diagram ..................................................................................................... 10
3.2 Eisen ......................................................................................................................... 10
3.3 Ontwerpkeuzes ......................................................................................................... 11
3.3.1 Schoepen ........................................................................................................... 11
3.3.2 As ....................................................................................................................... 12
3.3.3 Bus ..................................................................................................................... 12
3.3.4 Lagers................................................................................................................. 12
3.3.5 Overige onderdelen ............................................................................................ 13
3.4 Ontwerp tekeningen .................................................................................................. 13
4. Productieproces .............................................................................................................. 14
4.1 Productie onderdelen ................................................................................................ 14
4.1.1 Schoepen ........................................................................................................... 14
4.1.2 As ....................................................................................................................... 14
4.1.3 Bevestigingsbus .................................................................................................. 14
4.1.4 Lagerbus............................................................................................................. 14
4.1.5 Montagebus ........................................................................................................ 14
4.1.6 Schoepenplaten .................................................................................................. 15
4.1.7 Behuizing ............................................................................................................ 15
4.1.8 Nozzle................................................................................................................. 15
3
Versie 1 Hogeschool Rotterdam
