8.1 Luftflöde
Viktningsmatrisen för kraven visas i tabell 8.1 nedan. Hänvisning till avsnitt 2.7 (s. 14) för förtydligande av metod och förkortningar.
Tabell 8.1. Viktningsmatris ifylld av mig.
Krav LågK EKon FSF FailS Eff UndV Summa Vikt
LågK 1 0 0 0 0 0 1 1/36 = 0,028 EKon 2 1 2 0 1 2 8 8/36 = 0,222 FSF 2 0 1 0 1 1 5 5/36 = 0,139 FailS 2 2 2 1 2 2 11 11/36 = 0,306 Eff 2 1 1 0 1 2 7 7/36 = 0,194 UndV 2 0 1 0 0 1 4 4/36 = 0,111 36 36/36 = 1,000
Resultatet visar att fail-safe (FailS) är det viktigaste kravet medan kostnad är det minst viktiga. Betygsmatrisen för koncepten visas i tabell 8.2 nedan.
Tabell 8.2. Betygsmatris koncept, ifylld av mig.
Koncept 1: Forcerat Koncept 2: Luftkanal Koncept 3: Scavenger
LågK 3 0,083 3 0,083 4 0,111 EKon 3 0,667 3 0,667 4 0,889 FSF 4 0,556 3 0,417 1 0,139 FailS 3 0,917 3 0,917 3 0,917 Eff 4 0,778 2 0,389 3 0,583 UndV 3 0,333 3 0,333 3 0,333 Summa 20 3,333 17 2,806 18 2,972
Tabell 8.3. Betygsmatris koncept, ifylld av Carlsson K. vid BAE Systems.
Koncept 1: Forcerat Koncept 2: Luftkanal Koncept 3: Scavenger
LågK 2 0,056 3 0,083 3 0,083 EKon 3 0,667 3 0,667 3 0,667 FSF 5 0,694 1 0,139 1 0,139 FailS 2 0,611 2 0,611 3 0,917 Eff 4 0,778 2 0,389 2 0,389 UndV 3 0,333 3 0,333 3 0,333 Summa 19 3,139 14 2,222 15 2,528
Tabell 8.4. Medelvärde av utvärderingarna.
Koncept 1: Forcerat Koncept 2: Luftkanal Koncept 3: Scavenger
Summa 19.5 3,236 15.5 2,514 16.5 2,75
Slutsats
Resultatet visar att koncept 1 är det vinnande konceptet med 3.24 poäng, medan koncept 2 fick 2.51 poäng vilket är det sämsta alternativet. Koncept 1 kommer att genomgå en
vidareutveckling i nästa projektfas.
8.2 Isolering
För att utvärdera isoleringen görs en likadan viktning som för luftflödes koncepten. Nedan visas tabellerna över kravviktningen och konceptviktningen.
Tabell 8.5. Betygsmatris koncept, ifylld av mig.
LågK EKon Tlek FailS Eff UndV Summa Vikt
LågK 1 0 0 0 0 0 1 1/36 = 0,028 EKon 2 1 0 0 0 2 5 5/36 = 0,139 Tlek 2 2 1 0 0 1 6 6/36 = 0,167 FailS 2 2 2 1 1 2 10 10/36 = 0,278 Eff 2 2 2 1 1 2 10 10/36 = 0,278 UndV 2 0 1 0 0 1 4 4/36 = 0,111 36 36/36 = 1,000
Tabell 9.6. Betygsmatris koncept.
Koncept 1: Koncept 2: Koncept 3: Koncept 4:
LågK 4 0,111 3 0,083 3 0,083 2 0,056 EKon 3 0,417 2 0,278 2 0,278 3 0,417 Tlek 2 0,333 2 0,333 4 0,667 4 0,667 FailS 4 1,111 3 0,833 3 0,833 4 1,111 Eff 2 0,556 3 0,833 5 1,389 4 1,111 UndV 3 0,333 2 0,222 2 0,222 3 0,333 Summa 18 2,861 15 2,583 19 3,472 20 3,694 Slutsats
Koncept 4 vinner på grund av fördelen när det gäller enkel konstruktion och anpassning till vagnen, även effektiviteten är hög. Nackdelen med konceptet är när det gäller kostnad, dessa aluminiumfolieprodukter är kostsamma och det kan krävas stora volymer för att kunna applicera många lager.
Koncept 3 fick ett betyg som ligger nära koncept 4, det lägre betyget beror på de konstruktionsmässiga svårigheterna och failsafe aspekten. Men koncept 3 bör tas med tillsammans med koncept 4 i en vidareutvecklingsfas p.g.a. att den erbjuder den effektivaste isoleringen vilket kan vara av avgörande betydelse.
9. Vidareutveckling
Här nedan beskrivs de punkter i utformningen som genomgått en vidareutvecklingsfas.
9.1 Luftflöde
Luftflödet optimeras med hjälp av både luftflödeskoncepten och aerodynamiska förändringar vilket sammanbinds i denna fas till ett gemensamt resultat.
Under vidareutvecklingen definierades först de detaljer som var i behov av ett förtydligande, dessa beskrivs nedan.
Placering av fläkt
Avskärmning/kanal
Passagens utseende
Placering av fläkt: Den placering som är mest praktiskt är till vänster om passagen, det
medför även att luften som fläkten forcerar inte behöver passera framför passagen och eventuellt skapa ett problematiskt flöde. Dessutom är luftintaget på motorhuven nära belägen vilket kan förenkla en eventuell konstruktion där luften från intaget styrs separat till fläkten vilket gör att temperaturen som forceras in i bandhyllan är relativt låg. Det kan vara ett nödvändigt ingrepp för att hålla temperaturen i bandhyllan på en godkänd nivå.
Avskärmning/kanal: För att minska interaktionen mellan fläkten och passagen placeras en
avskärmning mellan dessa. Den bör konstrueras så att den hjälper till att styra luften i rätt riktning, det kan göras genom att vinkla plåten. Eventuellt om behovet kräver så kan en styranordning eller kanal från luftintaget till fläkten konstrueras för att sänka tilluftens temperatur.
Passagens utseende: Denna detalj tillhör den aerodynamiska optimeringen och den bör som
tidigare nämnts utökas. Men eftersom fläkten kringgår passagen så kan behovet av en aerodynamisk optimering vara förhållandevis överflödig, d.v.s. effekterna är inte av
betydande karaktär. I detta fall kan det t.o.m. vara en fördel om passagens dimension förblir oförändrad eftersom luftens temperatur eventuellt är högre där. Detta resonemang har betydelse ifall luftintaget kan mata fläkten med utomhusluft som har lägre temperatur. Illustrationer som förtydligar konceptet visas i bilderna 9.1 t.o.m. 9.5.
Bild 9.1: Illustration av befintligt utseende vid främre passagen.
Bild 9.3. Illustration av den befintliga utformningen vid den främre passagen.
Bild 9.5. Schematisk illustration av konstruktionsförslaget med temperaturindikation på luften genom färgschema röd/blå.
Bild 9.5 visar en schematisk illustration om hur luftens temperatur och flöde bör ser ut vid en implementering av konceptet. Eftersom behovet av sänkt tillufttemperatur är av stor vikt så borde ett tillskott på kall luft genom luftintaget möjliggöras. Helst borde luften styras separat genom en kanal men ett effektivt flöde kan erhållas genom att styrplåtar styr luften mot fläkten och försöker hindra att motorrummets varma luft jämnar ut temperaturen.
9.2 Isolering
De detaljer som vidareutvecklingsfasen fokuserat på är:
Komponenter
Tjocklek
Koncept 3
Komponenter
De komponenter som behövs för en implementering av detta koncept är ett skal med reflektivt material och en vakuumpump som kan skapa det vakuum som ska finnas mellan väggen och avgasrören. Skalet består av ett stålrör klädd med flera lager av aluminiumfolie. Bild 9.6 nedan visar principen för dubbelskal och vakuumspalt.
Tjocklek
Isoleringen kräver endast en mindre vakuumspalt och ett tunnare stålrör med lager av reflektiv folie. Vakuumspalten kräver ingen specifik tjocklek men kan vara mellan 3-5 mm. Den reflektiva folien är tunn men flera lager gör så att det handlar om ett par millimetrar, stålröret som stabiliserar och omger avgasröret behöver inte vara mer än ca 2 mm. Med stöd av dessa antaganden kan det konstateras att tjockleken inte behöver bli tjockare än ca 10 mm runt avgasrören.
Anpassning
För att anpassa isoleringen till vagnen så krävs fästpunkter som inte medger någon
betydande konduktion. Fästpunkterna bör isoleras samt antalet och dimensionerna bör minimeras. Vakuumisoleringen bör sträcka sig genom hela vagnen eller så långt som möjligt, från motorrummet till det bakre partiet. I motorrummet appliceras vakuumpumpen som kräver utrymme.
Komplikationer som kan uppkomma är då isoleringen ska anpassas till vagnens konstruktion. Ett slutet system med minimal tjocklek kräver anpassning runt hela avgasrörskonstruktionen och p.g.a. fästanordningar, ljuddämpare etc. så skapar det svårigheter.
Koncept 4
Komponenter
Den enda verksamma komponenten är i aluminiumfolie och den beställs i rullar hos ett specialiserat företag.
Tjocklek
Principen kräver många lager men trots det handlar det endast om några millimetrar eftersom folien är väldigt tunn.
Anpassning
Anpassningen till vagnen är relativt enkel då appliceringen sker genom att linda folien runt avgasrören och på så sätt skapa många lager.
De komplikationer som kan uppkomma genom denna lösning är fåtaliga. De som i nuläget kan innebära problem är främst kostnadsmässiga.
9.3 Aerodynamisk optimering
Efter en implementering av föregående koncept återstår en analys av behovet av en aerodynamisk optimering.
Passage fram
Den främre passagen har som tidigare beskrivet inget behov av aerodynamisk optimering då fläkten kringgår denna och ger bandhyllan ett tillräckligt tillskott på luft, samt att det
eventuellt kan försämra förutsättningarna för att sänka bandhyllans temperatur.
Passage bak
Behovet av en omkonstruktion av denna flaskhals kvarstår, de punkter som utvecklingsarbetet fokuserat på är:
Håldimension
Vadningslucka
Håldimension
Utrymmet kring luftpassagen tillåter en ökning av hålarean med minst 100 % vilket kommer att öka luftflödet med ca 12,5% enligt tidigare mätningar.
Vadningslucka
Enligt tidigare slutsats borde vadningsluckan tas bort. Men en lösning på behovet av att hindra vatten från att passera luftpassagen måste hittas. Det genomfördes en kortare kreativ process för att söka efter lösningar kring detta problem. Lösningarna är förslag som kan tas med i ett fortsättningsarbete.
1. Drag/fall lucka
En sidoplacerad lucka som kan dras över hålet, alternativt placerad ovanför och faller ned vid behov. Detta gör att hålet är helt fritt och luften kan passera utan hinder. Kan kräva manuell hantering, men eventuellt kan en konstruktion göras för att möjliggöra automatisering.
2. Vattenspärr
Genom att vända ett vattenlås upp och ner kan vatten hindras från att ta sig igenom istället. Men en sådan princip kan försämra luftens flöde genom
konstruktionen, men samtidigt kräver den ingen manuell hantering. Bild 9.7 visar principen.
10. Slutgiltigt koncept
Här redovisas de koncept som mynnat genom projektets gång. Det är ett kombinerat lösningsförslag med syftet att öka luftflödet, effektivisera isoleringen och optimera aerodynamiken. Konceptet för isoleringen föreslår två alternativa lösningar vilket utgör underlag för vidare utvärdering.
10.1 Luftflöde
Bilderna 10. 1 och 10.2 nedan visar överskådligt principen och metoden för att öka luftflödet genom bandhyllan.
Det gröna representerar luftintaget på motorhuven och den röda kåpan under är en principmodell vars syfte är att styra luften för att ge fläkten ett tillskott på kall luft. Denna anordning illustreras i resultatet p.g.a. att fläktens tilluftstemperatur bör sänkas.
Den röda plåten i anslutning till fläkten är vinklad för att styra luften på rätt väg och för att minimera det eventuellt problematiska luftflöde som kan uppstå mellan luftpassagen och fläkten. Den har även syftet att tilluften till fläkten ska i bästa möjliga mån hållas separerad från motorrummets övriga luft, det för att kunna sänka temperaturen som forceras in i bandhyllan. Det bygger på att motorhuvens luftintag tillåts att ge ett tillskott på
utomhusluft.
Bild 10.2. Närbild över resultatet för ökning av luftflöde i bandhyllan.
10.2 Isolering
Resultatet består av två skilda koncept med specifika fördelar. Det ena har bra
isoleringsförmåga och är samtidigt lätt att applicera och anpassa efter vagnen. Medan det andra är än mer effektiv när det gäller isolering vilket kan vara av avgörande betydelse, men med nackdelen att konstruktionens anpassning medför svårigheter samt att en svag punkt finns med avseende på failsafe aspekten.
Vakuumisolering
För att isolera så effektivt som möjligt valdes ett koncept som bygger på samma princip som en termos. Ett mellanlager med vakuum eliminerar all konduktion och konvektion och sedan ett stålskal klädd med ett reflektivt material som minimerar strålningen. Behovet av en isolering med dessa egenskaper kan vara nödvändigt för att uppfylla de satta kraven.
Nackdelar
De stora nackdelarna med denna lösning är svårigheter med appliceringen, då främst vid skarvar, fästen och ljuddämpare samt längden kan innebära problem då den bör sträcka sig genom hela bandhyllan. Även failsafe aspekten är ofördelaktig då en skada kan innebära att det primärt verksamma elementet i isoleringen försvinner, det vill säga vakuumet.
Uppbyggnad
Det yttre lagret består av ett stålrör som är klädd med reflektiv aluminiumfolie i flera lager. Aluminiumfolien lindas runt stålskalet. En vakuumpump pumpar ut luften så att ett vakuum infinner sig i mellanlagret. Pumpen anrättas i anslutning till isoleringens början i
motorrummet. Bild 10.3 visar isoleringens uppbyggnad.
Aluminiumfolieisolering
Detta koncept är det bäst lämpade enligt utvärderingen och det resultat som
rekommenderas att inkluderas i ett vidareutvecklingsarbete. Den bygger på lagerprincipen och består av aluminiumfolie som lindas runt avgasrören. Denna lösning innebär mindre och tunnare isolering och lätt applicering vilket är en stor fördel.
Nackdelar
De stora nackdelarna med denna lösning är att isoleringen inte kan uppnå den effektivitet som föregående koncept möjliggör, men trots det är effektiviteten fortfarande mycket hög och kan mycket väl uppfylla kravet. Kostnadsmässigt är det ett mindre bra alternativ då denna typ av produkter är kostsamma och eftersom relativt stora arealer krävs för att linda många varv kan kostnaden bli hög.
Uppbyggnad
Avgasrören lindas med aluminiumfolie i en mängd antal varv. Antalet varv kan bestämmas efter tester som visar vilket antal som krävs för att uppfylla kravet, på så sätt kan även onödig överdimensionering undvikas. Bild 10.4 visar folieisoleringsprincipen.
10.3 Aerodynamik
När det gäller den aerodynamiska optimeringen så ska den fokuseras på den bakre
luftpassagen och vadningsluckan enligt vidareutvecklingens slutsatser. Ett slutgiltigt koncept har inte definierats, utgångspunkter för vidare utveckling finns beskrivna nedan.
Vadningsluckan bör tas bort och ersättas med en annan konstruktion som tillåter ett fritt luftflöde genom passagen. Automatiskt skydd mot vatten kan vara realistiskt att konstruera istället för en lösning med manuell hantering.
Passagen bör tillåta ett större och rakare flöde genom att utöka hålets dimensioner och vinklas för att flödet inte ska obstrueras av skarpa krökar och en liten passage.