Reglerbara skovlar på pumphjul

REGLERBARA SKOVLAR P

A PUMPHJUL

˚

Examensarbete

utf¨ort vid avdelningen f¨or Mekanisk v ¨armeteori och str ¨omningsl¨ara, Institutionen f ¨or konstruktions- och produktionsteknik

vid Link¨opings universitet av Tobias Ragnarsson

Reg nr: LITH-IKP-EX--06/2318--SE

Handledare: Jan Johansson, ITT Flygt Roland G˚ardhagen, LiTH Examinator: Dan Loyd, LiTH

Avdelning, Institution Division, Department Datum Date Spr˚ak Language
Svenska/Swedish
Engelska/English
Rapporttyp Report category
Licentiatavhandling
Examensarbete
C-uppsats
D-uppsats
¨Ovrig rapport

URL f¨or elektronisk version

ISBN ISRN

Serietitel och serienummer

Title of series, numbering

ISSN Titel Title F ¨orfattare Author Sammanfattning Abstract Nyckelord

Rapporten utreder om det ¨ar motiverat att med hj¨alp av ett reglerbart pumphjul, minska den variantflora av pumphjul som ˚aterfinns p˚a en N3127MT, som ¨ar en mellanstor avloppspump, i en konstruktionsm¨assig analys och ocks˚a en ekonomisk analys.

I rapporten behandlas ett koncept med reglerbara skovlar. Detta koncept studeras i ett konstruktionsm¨assigt och str¨omningsm¨assigt perspektiv d¨ar f¨or- och nackdelar behandlas. Tillverkningskostnad f¨or konceptet uppskattas ocks˚a och st¨alls mot de lagerkostnader och ¨ovriga kostnader som de befintliga pumphjulen generar.

Rapporten visar att konceptet har s¨amre egenskaper ¨an de befintliga pump-hjulen, d¨ar sk¨arande egenskaper och verkningsgrad bland annat beaktats. Konceptet inneb¨ar ocks˚a att produktionskostnaderna kommer ¨oka, vilket blir avg¨orande eftersom detta inneb¨ar en stor ¨okning sett p˚a ˚arsbasis.

En utredning av de kostnader som de befintliga pumphjulen skapar har gjorts och denna visar att det inte finns n˚agra stora pengar att spara av att minska exempelvis lagerh˚allningen av pumphjul v¨arlden ¨over. Lagerh˚allningen inkluderar uppgifter fr˚an Flygts centrallager i Lind˚as och i Metz, men ocks˚a en inventarie av de pumphjul som ˚aterfinns p˚a respektive s¨aljbolag v¨arlden ¨over. Rapporten sl˚ar fast att en ¨overg˚ang till ett reglerbart pumphjul kommer att ¨oka kostnaderna totalt sett och ¨aven f¨ors¨amra pumphjulets prestanda.

Mekanisk v¨armeteori och str¨omningsl¨ara, IKP 581 83 Link¨oping 6 februari 2006 — LITH-IKP-EX--06/2318--SE — CONTROLLABLE PUMPIMPELLERS

REGLERBARA SKOVLAR PA PUMPHJUL˚

Tobias Ragnarsson

× ×

Sammanfattning

Rapporten utreder om det ¨ar motiverat att med hj¨alp av ett reglerbart pump-hjul, minska den variantflora av pumphjul som ˚aterfinns p˚a en N3127MT, som ¨ar en mellanstor avloppspump, i en konstruktionsm¨assig analys och ocks˚a en ekonomisk analys.

I rapporten behandlas ett koncept med reglerbara skovlar. Detta koncept stud-eras i ett konstruktionsm¨assigt och str¨omningsm¨assigt perspektiv d¨ar f¨or- och nackdelar behandlas. Tillverkningskostnad f¨or konceptet uppskattas ocks˚a och st¨alls mot de lagerkostnader och ¨ovriga kostnader som de befintliga pump-hjulen generar.

Rapporten visar att konceptet har s¨amre egenskaper ¨an de befintliga pump-hjulen, d¨ar sk¨arande egenskaper och verkningsgrad bland annat beaktats. Kon-ceptet inneb¨ar ocks˚a att produktionskostnaderna kommer ¨oka, vilket blir av-g¨orande eftersom detta inneb¨ar en stor ¨okning sett p˚a ˚arsbasis.

En utredning av de kostnader som de befintliga pumphjulen skapar har gjorts och denna visar att det inte finns n˚agra stora pengar att spara av att min-ska exempelvis lagerh˚allningen av pumphjul v¨arlden ¨over. Lagerh˚allningen inkluderar uppgifter fr˚an Flygts centrallager i Lind˚as och i Metz, men ocks˚a en inventarie av de pumphjul som ˚aterfinns p˚a respektive s¨aljbolag v¨arlden ¨over.

Rapporten sl˚ar fast att en ¨overg˚ang till ett reglerbart pumphjul kommer att ¨oka kostnaderna totalt sett och ¨aven f¨ors¨amra pumphjulets prestanda.

Abstract

The thesis investigates if it is possible to replace several pumpimpellers with one controllable pumpimpeller, with a economical and a manufacturing anal-isys aspect. The studied pumpimpeller is mounted on a midrange wastewa-terpump, N3127MT.

In the thesis a contemplated manufacturing process is evaluated for a concept that are supposed to act as a controllable pumpimpeller. The pumpimpeller are studied in a manufacturing and flow matter and are presented in the thesis. The manufacturing cost is also estimated, and this has been compared to the storage cost and other costs that the existing pumpimpeller generates. The thesis also shows that the concept has minor losses in cutting quality aswell as the effiency comparing to the existing pumpimpeller. The concept also raises the manufacturing cost and this increasing cost makes the pre-sented concept to expensive to carry through.

An investigation of the costs that the existing pumpimpeller produces has also been done, and this shows that there is not that much expenses to earn regarding to for example the storage cost. The storage cost includes informa-tion from Flygt’s central storagecenter in Lind˚as, Sweden and Metz, France, and also an inventory about the pumpimpellers located at Flygt’s different distributors worldwide.

The thesis shows that a controllable pumpimpeller will generally increase the cost for the pumpimpeller and the performance of the pumpimpeller will decrease.

F¨orord

I och med slutf¨orandet av denna rapport har jag fullgjort mitt examensarbete p˚a 20 po¨ang vid Link¨opings Universitet. Handledare f¨or examensarbetet har den eminente Roland G˚ardhagen, doktorand vid Link¨opings Universitet inom Mekanisk v¨armeteori och str¨omningsl¨ara vid Institutionen f¨or produktions-och konstruktionsteknik, produktions-och Jan Johansson, konstrukt¨or vid ITT Flygt AB, varit.

Jag vill h¨armed tacka alla inblandade i examensarbetet d¨ar flera personer varit avg¨orande f¨or att ro detta i hamn. Ingen n¨amnd, ingen gl¨omd.

Till slut vill jag ¨aven ta tillf¨allet i akt att tacka familj, v¨anner och flickv¨an f¨or det st¨od och den uppmuntran jag f˚att under min studietid.

Inneh ˚

all

1 Inledning 1 1.1 Bakgrund . . . 1 1.2 Uppgift . . . 1 1.3 Problembeskrivning . . . 2 1.4 M˚al . . . 3 1.5 Avgr¨ansningar . . . 3 2 Konstruktion 5 2.1 Problematik . . . 5 2.2 Konstruktionsid´eer . . . 7 2.2.1 Passbitar . . . 7 2.2.2 Utnyttjande av centrifugalkraften . . . 8

2.2.3 Variera h¨ojden p˚a pumphjulet . . . 10

2.2.4 Stockningsfri pump . . . 11 2.2.5 Vingklaff . . . 11 2.2.6 Led . . . 12 2.2.7 Delad led . . . 13 2.2.8 Skjutbara skovlar . . . 14 3 Koncept 17 3.1 Potentiella koncept . . . 17 3.1.1 Led . . . 17 3.1.2 Led, variant II . . . 18 3.1.3 Skjutbar skovel . . . 19

4 Tillverkning 21 4.1 Vald konstruktion . . . 21 4.1.1 Bearbetning . . . 22 5 Ekonomisk kalkyl 25 5.1 Kostnadsber¨akningar . . . 25 5.1.1 Tids˚atg˚ang . . . 25 5.1.2 Kostnader . . . 26 5.1.3 Sammanst¨allning . . . 28

5.1.4 Kostnader p˚a ˚arsbasis . . . 29

6 Slutsatser 31 7 Utblick 33 Referenser 34 Bilagor 37 A Ber¨akningar 37 A.1 Ber¨akning av kraften som verkar p˚a stiftet . . . 37

KAPITEL

1

Inledning

1.1

Bakgrund

De flesta pumpar har specifika anv¨andningsomr˚aden1i vilka de ¨ar optimera-de f¨or att fungera b¨ast. Pumpen skall arbeta i optimera-detta omr˚aoptimera-de och d¨arav g¨ors en uppskattning av vad som skall pumpas och hur det skall pumpas; en s˚a kallad systemkurva skapas. F¨or att n˚a maximal verkningsgrad p˚a pumpen vid aktuell driftpunkt svarvas hjulet till den diameter som genererar en pumpkurva som matchar systemkurvan b¨ast. Denna driftpunkt2_{ligger d¨ar system- och}

pump-kurvan sk¨ar varandra, se figur 1.1 p˚a f¨oljande sida, d˚a pumpen har sin b¨asta verkningsgrad.

I varje pumphjulsserie ˚aterfinns en uppsj¨o av diametrar och olika geometriut-formningar p˚a pumphjulet.

1.2

Uppgift

Med detta examensarbete skall det unders¨okas om det g˚ar att tillverka ett pumphjul som kan variera skovlarna, och d¨armed ¨aven diametern, s˚a att dessa t¨acker in olika diametrar i ett och samma pumphjul med en godtagbar kon-struktionsl¨osning. Detta skulle leda till en minskad lagerh˚allning av pumphjul

1_{Dessa omr˚aden kan exempelvis vara pumpa pappersmassa, dagvatten eller som i det h¨ar} fallet, avloppsvatten.

d˚a det reglerbara pumphjulet skulle kunna ers¨atta de befintliga fasta model-lerna. De fasta pumphjulen i serie N3127MT uppg˚ar till 57 stycken och dia-metern varierar fr˚an 163 mm till 220 mm, varav 54 utg¨or specialhjul3_{och 3}

˚aterfinns i standardsortimentet.

Pumphjulet som skall studeras sitter p˚a en N3127MT som ¨ar en mellanstor avloppspump.

Flöde [l/s]

Tryck [mvp]

pump−systemkurva

Figur 1.1: Ovan visas hur en pump v¨aljs ut i en tryck-fl¨ode-kurva med hj¨alp av en systemkurva och olika pumpkurvor. De svarta kurvorna ¨ar olika pump-hjul och den r¨oda systemkurvan. Hamnar systemkurvan mellan tv˚a pumppump-hjul kan det st¨orre pumphjulet svarvas ned till aktuell driftpunkt och ett s˚a kallat specialhjul har ˚astadkommits. Dessa ing˚ar inte i standardsortiment men kan f˚as vid uttrycklig ¨onskan och till ett h¨ogre pris.

1.3

Problembeskrivning

Tidigare studier har visat, [4] och [10], att ett reglerbart pumphjul kan vara ett t¨ankbart alternativ f¨or att styra fl¨odet. En prototyp har ocks˚a konstruerats med reglerbara skovlar f¨or att studera vilken pumpkarakteristik4som erh˚alls. De tester som genomf¨orts p˚a prototypen visar att karakteristiken p˚a pumpen ¨ar den samma som f¨or fasta diametrar, men verkningsgraden ¨ar s¨amre, vilket ocks˚a g¨aller det d¨amda trycket5 som pumpen kan ˚astadkomma. Problemet

3_{Specialhjul finns att k ¨opa mot en h ¨ogre kostnad och tillverkas endast vid best¨allning.} 4_{Med pumpkarakteristik menas den tryck-fl ¨ode kurva som pumphjulet genererar.} 5_{Det tryck,H, som pumpen presterar d˚a fl¨odet, Q, ¨ar 0.}

med att ˚astadkomma ett reglerbart pumphjul ¨ar att prestandan f¨or pumphjulet f¨ors¨amras, vilket inneb¨ar att man ers¨attar ett v¨al fungerande pumphjul med ett s¨amre. En konstruktionsl¨osning p˚a problemet m˚aste p˚avisa egenskaper som ¨ar likv¨ardiga det befintliga pumphjulet.

1.4

M˚al

M˚alet med examensarbetet ¨ar att studera den befintliga prototypen, samt att fundera p˚a andra l¨osningar som kan ers¨atta de olika diametrarna p˚a pump-hjulet och d¨armed minska antalet olika pumphjul. En t¨ankt tillverkningsg˚ang skall ocks˚a utarbetas f¨or att studera vad som ¨ar realiserbart och inte, och kost-nader f¨or denna skall ocks˚a utv¨arderas. Verkningsgraden p˚a pumphjulet skall vara godtagbar p˚a ett modifierat pumphjul. D¨arefter skall ¨aven ber¨akningar av lagerkostnader, tillverkningskostnader och ¨ovriga kostnader som tillkom-mer/f¨orsvinner st¨allas mot varandra f¨or att avg¨ora vilka evenuella vinster som kan g¨oras. Allts˚a ¨ar f¨oljande parametrar viktiga:

• tillverkningsprocess • tillverkningskostnad • lagerkostnad • ¨ovriga kostnader • verkningsgrad

• konstruktions- och str¨omningsm¨assigt godtagbar l¨osning

1.5

Avgr¨ansningar

De avgr¨ansningar som ¨ar uppsatta f¨or arbetet ¨ar f¨oljande

• arbetet utf¨ors p˚a N3127MT.

• skoveln st¨alls in i avsett l¨age innan montering i pumpen. De

reserv-delshjul som ˚aterfinns p˚a s¨aljbolagen6 ¨ar reglerbara och st¨alls in vid montering.

• pumphjulet skall vara balanserat. • slitage behandlas ¨oversiktligt.

• l¨osningen skall vara konstruktions- och str¨omningsm¨assigt godtagbar. 6_{ITT Flygt AB anv¨ander sig av s¨aljbolag v¨arlden ¨over som, kortfattat, fungerar som en lokal} leverant ¨or, n¨ara kunden.

• markant f¨or¨andring av geometrin p˚a N-hjulet ¨ar inte aktuell, d˚a detta

skulle vara alltf¨or tidskr¨avande.

• igens¨attning behandlas i viss m˚an. • pumphjulet ¨ar inte reglerbart under drift. • normalt avloppsvatten antas.

KAPITEL

2

Konstruktion

Olika id´eer har studerats fr˚an diverse k¨allor och senare evaluerats f¨or att avg¨ora vilken eller vilka som kan bli intressanta att studera vidare. Dessa id´eer presenteras nedan.

Kommentarerna grundar sig p˚a en uppskattning mellan tummen och pek-fingret som f¨orfattaren och annan kunnig personal p˚a f¨oretaget tagit upp vid diskussion. Prioritet f¨or id´en har ocks˚a angivits och dessa har angivits i l˚ag, medel och h¨og, d¨ar l˚ag inneb¨ar f¨orkasta, medel inneb¨ar ha i ˚atanke och h¨og inneb¨ar att denna kan arbetas vidare med.

Se figur 2.1 p˚a n¨asta sida f¨or att studera ett befintligt pumphjul av N-typ.

2.1

Problematik

Vid konstruktion har vissa f¨oruts¨attningar skapats och andra funnits sedan ti-digare. En avvikande geometri p˚a pumphjulet ¨ar inte aktuell, slitage behand-las ¨oversiktligt och det faktum att hjulet ¨aven skall vara balanserat ¨ar vitalt. Viktiga saker att t¨anka p˚a vid konstruktion eller modifiering av ett pumphjul av N-typ ¨ar att...

• det faktum att arean p˚a kanalen hela tiden ¨okar, inneb¨ar att fluiden

byg-ger upp tryck utmed skoveln och hastigheten minskar.

• den vinkel1_{som skoveln bildar gentemot navskivan bidrar till att}

Figur 2.1: Ett N-hjul

tighetsprofilen vid bakkanten av skoveln i utloppet ¨ar j¨amn.

• skoveln ¨ar spetsig i bakkanten f¨or att f¨orhindra avl¨osning.

• str¨omningen utmed PS2_{p˚a pumphjulet p˚averkar verkningsgraden}

mind-re och det ¨ar m¨ojligt att bibeh˚alla god verkningsgrad ¨aven vid olika ingrepp, enligt [7]. Se ¨aven figur 2.4 p˚a sidan 9.

• mindre modifieringar p˚a navskivan p˚averkar inte pumphjulets

verk-ningsgrad v¨asentligt.

• toleranskraven f¨or pumphjulet inneb¨ar att h¨ojden p˚a pumphjulet inte

kan varieras n˚agonstans. Pumphuset f¨oljer den svarvade ytan p˚a ovan-sidan av skoveln till utloppet med en tolerans p˚a 0,3 mm. Se figur 2.5 p˚a sidan 10 f¨or en studie av en pump i genomsk¨arning.

• de spalter som bildas vid exempelvis en led ¨ar av mindre betydelse f¨or

verkningsgraden och dessa beh¨over inte t¨ackas ¨over f¨or att f¨orhindra l¨ackfl¨oden.

• obalans inneb¨ar att pumphjulet enbart f˚ar variera 40 g/cm gentemot sin

motsatta, symmetriska sida.

• den h¨oga kolhalten i materialet inneb¨ar att materialet ¨ar sv˚art att svetsa

i.

2_{PS st˚ar f ¨or tryckssida, pressureside. Motsvarande uttryck finns f ¨or sugsida, SS som st˚ar f ¨or} suctionside.

Figur 2.2: Ett N-hjul och n˚agra av dess viktiga delar. 1_{α-vinkeln. 2} Utlopp-sarea. 3 Navskiva. 4 Skovel. 5 PS av skoveln. 6 Inlopp.

Se figur 2.2 f¨or beskrivning av de olika delarna och figur 2.3 p˚a n¨asta sida f¨or att studera str¨omlinjer och tryckf¨ordelning i pumphjulet.

2.2

Konstruktionsid´eer

Olika id´eer om hur pumphjulet skall modifieras har genererats. Dessa id´eer ¨ar p˚a intet s¨att fullst¨andiga och genomt¨ankta i detalj, utan mer l¨osa tankar om hur problemet kan l¨osas. I avsnitt 4.1 p˚a sidan 21 behandlas de id´eer som arbetats vidare med.

2.2.1

Passbitar

Tanken ¨ar att l¨ostagbara passbitar monteras p˚a navskivan som sista del. Utg˚a fr˚an ett befintligt pumphjul av N-typ och fr¨as bort ungef¨ar en tredjedel av bak-kanten p˚a skoveln. Olika passbitar f¨or respektive diameter tillverkas separat och dessa monteras p˚a pumphjulet.

Kommentar

Generellt beror inte lagerkostnaden av olika delar p˚a storleken av det man vill lagra, enligt [9]. D¨arav kvarst˚ar samma problem som f¨orut med olika de-lar som lagerh˚alls. Prioriteten blir d¨armed medel.

Figur 2.3: Str¨omlinjer och tryckf¨ordelning i ett N-hjul, d¨ar r¨od f¨arg visar den st¨orsta tryckp˚ak¨anningen och bl˚a den l¨agsta.

F¨or- och nackdelar:

+ Bra verkningsgrad vid olika diametrar.

+ Enkelt att tillverka grundmodellen utan den sista passbiten. - Lagerh˚allning av passbitar.

2.2.2

Utnyttjande av centrifugalkraften

D˚a varvtalet ¨okar, ¨okar ¨aven centrifugalkraften. Om materialet ¨ar elastisk och dessutom tungt i ¨andarna kommer pumphjulet att utvidga sig under drift och p˚averka fl¨odet.

Kommentar

Vid l˚aga diametrar utvidgar sig materialet marginellt. Dessutom ¨ar material-valet sv˚art d˚a det dels m˚aste vara oerh¨ort h˚art f¨or att inte deformeras och dels v¨aldigt elastiskt f¨or att tillgodose grundtanken med utvidgningen. Prioritet l˚ag.

Figur 2.4: Figuren visar ett N-hjul med tre skovlar. Den relativa hastigheten ¨ar l¨agre p˚a PS ¨an p˚a SS, vilket motiverar ingrepp p˚a PS. Dock ¨okar hastig-heten p˚a fluiden utmed skoveln p˚a PS och d¨armed m˚aste ingreppet ske d¨ar hastigheten ¨ar som l¨agst, om m¨ojligt. Str¨omlinjerna visar ocks˚a en virvel vid skoveln. Bilden ¨ar ¨aven representativ f¨or ett hjul med tv˚a skovlar, d¨ar hastig-hetsf¨ordelningen upptr¨ader p˚a samma s¨att utmed skovlarna.

Figur 2.5: En pump i genomsk¨arning. I figuren visas pumphjulet och dess toleranskrav p˚a 0,3 mm i h¨ojdled. Vattnet kommer i kanalen nerifr˚an och slungas ut via pumphjulet till v¨anster i bilden.

- Marginell p˚averkan vid sm˚a diametrar. - Sv˚art materialval f¨or att tillgodose kraven.

2.2.3

Variera h¨ojden p˚a pumphjulet

Vid drift skall h¨ojden p˚a pumphjulet varieras. Detta skulle inneb¨ara att geo-metrin bibeh˚alls men h¨ojden ¨okar och d¨armed p˚averkas ¨aven fl¨odet. Verk-ningsgraden ¨ar fortsatt god. Detta diskuteras ¨aven i [ 4].

Kommentar

Toleranskraven p˚a hjulet ¨ar 0,3 mm i h¨ojdled runt skoveln f¨or att den skall passa i pumphuset. D¨arav kan denna justering ej genomf¨oras. Prioritet l˚ag. Se figur 2.5 f¨or en studie av en pump i genomsk¨arning och dess toleranskraven i h¨ojdled.

F¨or- och nackdelar:

- Toleranskraven f¨orhindrar denna typ av konstruktion.

- Sv˚ar konstruktion av pumphuset f¨or att tillgodose en h¨ojdleds¨okning p˚a pumphjulet.

Figur 2.6: En stockningsfri pump. Geometrin skiljer sig fr˚an N-hjulet.

2.2.4

Stockningsfri pump

Id´en ¨ar ursprungligen ett pumphjul som Flygt tidigare anv¨ant sig av. Denna behandlas ¨aven i litteratur, se [14]. Tanken ¨ar att de tre olika skovlarna ¨ar r¨orliga och kan d¨armed reglera fl¨odet.

Kommentar

Id´en som n¨amnts ovan bygger p˚a ett pumphjul av annan geometri som inte ¨ar relevant i denna rapport, se figur 2.6. Dock ¨ar tanken god f¨or avsedd geometri, men str¨acker sig utom examensarbetets gr¨anser. Prioritet l˚ag.

F¨or- och nackdelar: - Avvikande geometri.

2.2.5

Vingklaff

Id´en ¨ar h¨amtad fr˚an teorier kring flygplansvingar, se [ 2], och ¨ar t¨amligen teo-retisk. Tanken ¨ar att en del av skoveln placeras p˚a annat s¨att, beroende p˚a hur fl¨odet g˚ar. Detta kan vara gynnsamt, men vidare studier ¨ar n¨odv¨andigt f¨or att utv¨ardera hur skovlarna skall placeras samt hur de skall utformas. Se figur 2.7 p˚a n¨asta sida.

Kommentar

Id´en ¨ar relevant, men sv˚ar att genomf¨ora d˚a en f¨orsta approximation av den tids˚atg˚ang som kan komma att kr¨avas av en denna typ av analys k¨anns v¨aldigt omfattande, dels ber¨akningsm¨assigt och dels CAD-m¨assigt. Prioritet l˚ag.

Figur 2.7: En flygplansvinge med klaffar utf¨allda. Str¨omlinjerna f¨oljer krop-pen v¨al och att anv¨anda sig av denna tanken som grundid´e inom pumphjulen kan vara intressant.

F¨or- och nackdelar: - H¨og teoretisk niv˚a. - Ny geometri.

2.2.6

Led

Tidigare har studier inom f¨oretaget utf¨orts p˚a denna id´e, vilket ocks˚a patente-rats av ett sydafrikanskt bolag, se [22]. Se figur 2.8 p˚a motst˚aende sida.

Kommentar

Id´en ¨ar bra och b˚ade f¨or- och nackdelar finns. Resonemanget i 2.1 p˚a sidan 5 skall beaktas. Problem uppst˚ar d˚a utg˚angsdiametern ¨ar till exempel den st¨orsta i serien och sedan skall reglering till en mindre diameter ske. D˚a detta in-tr¨affar, ¨okas f¨orst arean p˚a utloppskanalen f¨or att sedan minska denna igen d¨ar leden tar vid. Detta f˚ar till f¨oljd att den tryckuppbyggnad som sker utmed skoveln avtar och minskar d˚a arean p˚a kanalen minskar.

¨

Avenα-vinkeln p˚averkas vilken bidrar till att skapa en j¨amn hastighetsprofil

i utloppet av pumphjulet. Om skoveln regleras mot centrum f¨or att minska diametern, p˚averkas vinkeln i fel riktning och bidrar d¨armed till en ¨an mer snedf¨ordelad hastighetsprofil. Vidare bildas en spalt d˚a skovlarna regleras ut-anf¨or navskivan. Detta ¨ar dock inte det st¨orsta problemet. Prioritet h¨og.

Figur 2.8: Den befintliga prototypen som finns p˚a f¨oretaget ¨ar konstruerad efter denna princip. Vid en reglering mot centrum, det vill s¨aga en mindre diameter, minskas utloppsarean vilket f˚ar till f¨oljd att den tryckuppbyggnad som sker, minskar d˚a arean p˚a kanalen minskar.

F¨or- och nackdelar: + Enkel id´e.

+ Realiserbart.

- Kan bli flera ingrepp p˚a detaljen.

- ¨Okande och minskande av utloppsarea d˚a pumphjulet regleras till en mindre diameter.

2.2.7

Delad led

Id´en ¨ar ursprungligen en patenterad id´e som utarbetats f¨or pumphjul. Det har visat sig i studier, se [16], att lyftkraften f¨or en delad led ¨okar vid tes-ter av vingprofiler av denna typ och d¨armed kommer ¨aven en applikation som pumphjul ha en f¨orb¨attrad pumpkapacitet. Samma problem kvarst˚ar som dis-kuterades i 2.2.6 p˚a motst˚aende sida. Se figur 2.9 p˚a n¨asta sida.

Kommentar

Id´en ¨ar v¨ard en extra tanke och kan fungera som en variant av de olika teknis-ka l¨osningar som steknis-kall tas i beaktande innan konstruktion. Prioritet medel. F¨or- och nackdelar:

- Avl¨osning i vaken.

Figur 2.9: En illustration som visar att enbart en del av skoveln regleras.

2.2.8

Skjutbara skovlar

I resonemanget i 2.1 p˚a sidan 5 framg˚ar att om modifieringar av skoveln ¨ar n¨odv¨andig skall denna utf¨oras p˚a PS p˚a skoveln f¨or att minimera p˚averkan av verkningsgraden. Se figur 2.4 p˚a sidan 9. Tanken med id´en ¨ar att en ex-tra skovel placeras bakom den befintliga och att denna g˚ar i ett sp˚ar bakom den befintliga skoveln och t¨acker upp de diametrar som ¨ar t¨ankta att ing˚a i regleringen. Se figur 2.10 p˚a n¨asta sida.

Kommentar

Problematiken som diskuterades i 2.2.6 p˚a sidan 12 fr˚ang˚as d˚a en extra sko-vel p˚a PS anpassad efter den st¨orsta diametern skjuts fram och tillbaka. Arean ¨okar d¨armed hela tiden och ¨aven_{α-vinkeln ¨ar anpassad f¨or en st¨orre} diame-ter. En nackdel med id´en ¨ar dess d˚aliga igenst¨attningsegenskaper3. Prioritet medel.

F¨or- och nackdelar:

+ Bra verkningsgrad f¨or flera diametrar. + ¨Okande area l¨angs utloppkanalen.

- Lite utrymme p˚a HT-sidan av skoveln. - H¨og igens¨attningsfaktor.

Figur 2.10: Skjutbara skovlar. Figuren visar hur de skjutbara skovlarna ¨ar monterade.

KAPITEL

3

Koncept

3.1

Potentiella koncept

Vid en n¨armare granskning och utv¨ardering av de olika id´eerna presenterade i 2.2 p˚a sidan 7 har de mest intressanta koncepten valts att studera vidare f¨or att utreda f¨or- och nackdelar och den mest intressanta id´en presenteras i kapitel 4 p˚a sidan 21.

3.1.1

Led

Id´en ¨ar t¨ankt att vara en enklare l¨osning p˚a problemet och tillverkningseffek-tiv. Se figur 2.8 p˚a sidan 13.

F¨oruts ¨attningar

• Studien utf¨ors p˚a ett pumphjul av sort N3127MT med 220 mm i

dia-meter.

• Hjulet regleras p˚a plats innan installation i avsedd pump. • Hjulet skall regleras -32 mm.

Konstruktion

Detta ¨ar det huvudsakliga id´eerna kring konstruktionen.

• Tre borrade h˚al i navskivan f¨or att st¨alla skoveln i ¨onskat l¨age. • Ett stift monteras genom navskivan och i skoveln vilket skapar en led. • Ett stift i navskivan som f¨aster i skoveln och st¨aller skoveln i ¨onskat

l¨age.

• Skoveln regleras s˚a n¨ara inloppskanalen som m¨ojligt f¨or att avsedda

diametrar skall t¨ackas. Dock skall reglering ske innan kanten uppe p˚a skoveln vrider sig.

• Inf¨astning m˚aste ske s˚a att skovelns yta inte skadas. Detta ˚astadkommes

genom att gjuta sista biten p˚a skoveln separat och g¨ora denna tjockare p˚a PS, trycksidan, av skoveln d¨ar stiftet monteras. Enligt resonemang om str¨omningen p˚a PS av skoveln i 2.1 p˚a sidan 5 ¨ar detta m¨ojligt.

• Konstruktionen utg˚ar fr˚an det st¨orsta hjulet i serien. Det faktum att en

spalt bildas mellan periferin p˚a skoveln och periferin p˚a navskivan ¨ar av mindre betydelse.

Kommentar

F¨ors¨aljningsstatistik f¨or pumphjulen visar att 48% av de hjul som s¨aljs ¨ar 220 mm i diameter och 38% ¨ar 202 mm i diameter. Tanken med denna konstruk-tion ¨ar att bibeh˚alla den goda verkningsgraden f¨or det st¨orre hjulet och ha en relativt bra verkningsgrad f¨or det mellersta hjulet. Enligt tidigare resone-mang i 2.1 p˚a sidan 5 och i 2.2.6 p˚a sidan 12 kommer verkningsgraden att f¨ors¨amras vid reglering till 188 mm i diameter, men eftersom detta enbart motsvarar 14% av f¨ors¨aljningen prioriteras detta ned n˚agot.

Den minsta diametern f¨or stiftet ¨ar 1 mm enligt ber¨akningar i A.1 p˚a si-dan 37. Dessutom anv¨ander sig konstruktionen av tv˚a stift och d¨armed mins-kar p˚afrestningarna f¨or respektive stift ytterligare. Ett stift p˚a 1 mm ˚aterfinns inte i standardutbud av artiklar utan stiftet kommer att vara runt 5 mm tjockt och konstruktionen klarar d¨armed olika p˚afrestningar och of¨orutsedda, snab-ba tryckstegringar.

D˚a skovlarna gjuts tjockare ¨okar vikten av pumphjulet, vilket f˚ar till f¨oljd att drivdelar och den axel som pumphjulet sitter p˚a m˚aste dimensioneras efter detta. Enligt [21] ¨ar s˚a sm˚a modifieringar p˚a skoveln ej av betydande m˚att och d¨armed kan dessa negligeras.

3.1.2

Led, variant II

F¨oruts ¨attningar

• Konstruktionen utf¨ors p˚a en N3127MT med diameter 202 mm. • Pumphjulet skall reglera +18 mm och -14 mm.

• Konstruktionen ¨ar t¨ankt att vara str¨omningsm¨assigt effektiv. Konstruktion

Detta ¨ar den huvudsakliga id´eerna kring konstruktionen.

• Ist¨allet f¨or stift; en r¨orlig led. Detta motverkar igens¨attning av stora

material genom att leden inte skapar samma typ av spalt som de tidigare l¨osningarna gjort. P˚a samma s¨att som tidigare f¨asts material p˚a PS av skoveln.

• Leden sitter i samma vinkel som skoveln. Navskivan svarvas ned i

sam-ma vinkel s˚a att skoveln kan g˚a p˚a navskivan. Se figur 2.1 p˚a sidan 6 f¨or att se hur skoveln vrider sig och inte ¨ar vinkelr¨at gentemot navskivan.

• En bult och en mutter f¨aster den reglerbara skoveln i ¨onskat l¨age. Kommentar

Det faktum att leden sitter i samma vinkel som skoveln inneb¨ar att skoveln inte bara regleras i sidled, utan ¨aven i h¨ojdled. Detta f˚ar till f¨oljd att tole-ranskraven, se resonemang i 2.1 p˚a sidan 5, p˚a 0,3 mm runtom skoveln inte uppfylls och ˚atg¨arder mot detta m˚aste vidtas. D˚a pumphjulet sitter i pumphu-set och en ny utformning av pumphupumphu-set inte ¨ar aktuell m˚aste n˚agot g¨oras med skoveln.

Ovansidan p˚a den r¨orliga skoveln svarvas ned i samma vinkel som navskivan och d¨armed uppfylls toleranskraven d˚a reglering till den minsta diametern sker. D˚a uppkommer emellertid ett nytt problem, vilket intr¨affar d˚a pumphju-let inte ¨ar reglerat till minsta diametern. Det bildas en spalt mellan den r¨orliga skoveln och pumphuset p˚a ovansidan som n˚ar sitt maxv¨arde d˚a reglering till den st¨orsta diametern sker. Denna spalt har storleken dubbla maximala dju-pet som navskivan svarvats ned i. F¨ordelen med denna konstruktion ¨ar att belastningen p˚a leden minskar. Nackdelen ¨ar att det blir m˚anga ingrepp vid tillverkning och l¨ackfl¨oden i den uppkomna spalten mellan PS och SS. En va-riant f¨or att kringg˚a problemet ¨ar en form av armb˚agsled som ¨aven justeras i h¨ojdled d˚a vridning sker. Det sistn¨amnda blir emellertid sv˚art att genomf¨ora.

3.1.3

Skjutbar skovel

I resonemanget i 2.1 p˚a sidan 5 framg˚ar att str¨omningen p˚a PS av skoveln ¨ar mindre viktig ¨an den p˚a SS. Detta m¨ojligg¨or en annan typ av konstruktion med skjutbara skovlar. Dessa monteras p˚a PS av den befintliga och skjuts i

ett sp˚ar f¨or att t¨acka in relevanta diametrar i konstruktionen. Se figur 2.10 p˚a sidan 15.

F¨oruts ¨attningar

• Konstruktionen utf¨ors p˚a en N3127MT med 220 mm i diameter. • Hjulet skall regleras mellan 188 mm och 220 mm.

• Skovlarna ¨ar reglerbara i efterhand. Konstruktion

Detta ¨ar de huvudsakliga id´eerna kring konstruktionen.

• Skovlarna p˚a ett befintligt pumphjul med 220 mm i diameter svarvas

ned f¨or att enbart t¨acka in den minsta diametern, 188 mm. Detta in-neb¨ar att den nedsvarvade varianten blir s˚a lik det befintliga 188 mm hjulet som m¨ojligt, med h¨ansyn tillα-vinkel och utloppsarea.

Navski-van bibeh˚alls med 220 mm i diameter.

• Extra skovlar monteras p˚a PS av de nedsvarvade skovlarna och skjuts

fram och tillbaka i ett vinklat sp˚ar f¨or att tillgodose de diametrar som skall t¨ackas in i reglerbarheten.

Kommentar

En stor f¨ordel med detta koncept ¨ar att skovlarna skjuts i sp˚ar f¨or att erh˚alla avsedd diameter. Detta m¨ojligg¨or ett inst¨allande av specialdiametrar vilket inte g˚ar i de tidigare koncepten. Nackdelar med konceptet ¨ar exempelvis att det kan vara sv˚art att f˚a pumphjulet balanserat1, vilket inneb¨ar att skovlarna m˚aste st¨allas i samma l¨age. Det faktum att skovlarna sitter l˚angt fr˚an centrum f¨orb¨attrar inte detta konstaterande.

Den st¨orsta nackdelen ¨ar emellertid hjulets igens¨attningsegenskaper, vilket kommer inneb¨ara stora bekymmer. N¨ar avloppsvatten med tillh¨orande in-neh˚all str¨ommar genom pumphjulet kommer saker fastna i den spalt som bildas mellan skovlarna.

1_{Toleranskraven inneb¨ar att pumphjulet enbart f˚ar variera 40 g/cm gentemot sin motsatta} symmetriska sida.

KAPITEL

4

Tillverkning

4.1

Vald konstruktion

Vid en n¨armare granskning och utv¨ardering av de olika id´eerna presenterade i 3.1 p˚a sidan 17 har ett koncept valts att analysera vidare, Led. Konceptet har bed¨omts att ha god prestanda samtidigt som det ¨ar realistiskt att utf¨ora. Konceptet finns beskrivet i 3.1.1 p˚a sidan 17 och resonemanget kring kon-struktionen forts¨atter nedan.

En studie av f¨ors¨aljningsstatistiken visar att de specialmodeller1 _av

pump-hjulet som finns att best¨alla, utg¨or dessa en v¨aldigt liten del av de totala anta-let pumphjul som s¨aljs2_{. D¨arav tas ingen h¨ansyn till specialmodellerna i den}

t¨ankta regleringen och pumphjulet skall d¨armed regleras mellan 188 mm och 220 mm.

Kommentar

F¨or att skapa en konstruktion med h˚allbar led kr¨avs modifieringar p˚a pump-hjulet. Om pumphjulets skovlar svarvas ned cirka en tredjedel, precis innan de vrider sig, erh˚aller man ett pumphjul enligt figur 4.1 p˚a f¨oljande sida. I fi-guren visas sv˚arigheten att skapa en led, eftersom skoveln kr¨oker sig avsev¨art och den t¨ankta leden skall vara helt vertikal.

1_{F ¨or den aktuella pumpen, N3127MT, finns det tre standarddiametrar, 188 mm, 202 mm och} 220 mm och specialmodellerna ¨ar de diametrar som ligger d¨aremellan med start p˚a 163 mm.

Med detta resonemang kan det konstateras att leden m˚aste vara vertikal och detta kommer att generera i att skoveln utformas med ny geometri enligt figur 4.2 eller att skoveln ¨ar kr¨okt men d¨ar leden ˚aterfinns ¨ar skoveln tjockare f¨or att ett vertikalt stift skall monteras som funktion av en led. Se figur 4.3 p˚a n¨asta sida.

Den helt vertikala leden har s¨amre sk¨arande egenskaper och ¨aven s¨amre str¨om-ningsegenskaper. Dessutom kan det beh¨ovas en ny utformning p˚a resterande del av skoveln, fr˚an inlopp till leden.

Den kr¨okta skoveln har dock ett parti som st¨or str¨omningen utmed skoveln d¨ar den vertikala leden sitter. Som tidigare n¨amnts i rapporten ¨ar det viktigt att de ingrepp som g¨ors ¨ar p˚a PS ¨an p˚a SS. Detta p˚a grund av att hastigheten p˚a fluiden ¨ar h¨ogre p˚a PS och om den str¨omningen st¨ors bildas virvlar som bidrar till f¨ors¨amrade pumphjulsegenskaper. Observera att det p˚a intet s¨att ¨ar positivt att g¨ora ingrepp p˚a PS, utan det ¨ar det minst d˚aliga. Se ¨aven figur 2.4 p˚a sidan 9 som visar hastighetsf¨ordelningen utmed skovlarna.

(a) Det gr˚aa i figuren visar det som ˚aterst ˚ar av navskivan efter nedsvarvning.

Figur 4.1: Ovan visas ett N-hjul med nedsvarvade skovlar. Slutsatser man kan dra av figuren ¨ar dels att skoveln ¨ar tunn och d¨armed ¨ar det sv˚art att skapa en h˚allbar led och dels att skoveln ¨ar rej¨alt kr¨okt och ¨aven det f¨orsv˚arar en led.

4.1.1

Bearbetning

Nedan presenteras en t¨ankt bearbetningsg˚ang f¨or konceptet. Vid tillverkning av den behandlade konstruktionen uppskattas de ingrepp som g¨ors p˚a hjulet baserat p˚a olika produktionsteknikers, [ 11, 8], erfarenheter. Id´en ¨ar t¨ankt att vara en enklare l¨osning p˚a problemet och tillverkningseffektiv.

Figur 4.2: Ovan visas en vertikal led. P˚a undersidan syns de h˚al d¨ar dels leden sitter och dels det h˚al d¨ar stiftet skall sitta som st¨aller skoveln i ¨onskat l¨age.

Figur 4.3: Ovan visas en kr¨okt skovel med en vertikal led. Notera den st¨orning som skapas d¨ar leden sitter.

F¨oruts ¨attningar

• Studien utf¨ors p˚a ett pumphjul av sort N3127MT med 220 mm i

dia-meter.

• Hjulet regleras p˚a plats innan installation sker i avsedd pump. • Hjulet skall regleras -32 mm, mellan 220 mm och 188 mm.

• Hjulet st¨alls enkelt in p˚a plats av personal d˚a de s¨aljs som

reservdels-hjul.

Konstruktion

Detta ¨ar det huvudsakliga id´eerna kring konstruktionen.

• Skoveln kan st¨allas i tre l¨agen, 188, 202 eller 220 mm i diameter, se

figur 4.4 p˚a n¨asta sida.

• Tre borrade h˚al i navskivan f¨or att st¨alla skoveln i ¨onskat l¨age. • Ett stift monteras genom navskivan och i skoveln och skapar en led.

Figur 4.4: Ritningen visar ett N-hjul med tre skovlar och hur dessa kan st¨allas i tre olika l¨agen f¨or att m¨ota avsedd diameter.

• Ett stift i navskivan och f¨aster i skoveln vilket st¨aller skoveln i ¨onskat

l¨age.

• D˚a skovlarna f¨asts i samma l¨age p˚a b˚ada sidor ¨ar pumphjulet balanserat. • Skoveln regleras s˚a n¨ara inloppskanalen som m¨ojligt s˚a att avsedda

dia-metrar t¨acks in. Dock skall reglering ske innan kanten uppe p˚a skoveln b¨orjar vrida sig. Se ¨aven figur 2.4 p˚a sidan 9 och resonemanget i 4.1 p˚a sidan 21.

• Inf¨astning m˚aste ske s˚a att skovelns yta ej skadas. Detta ˚astadkommes

genom att gjuta sista biten p˚a skoveln separat och g¨ora denna tjockare p˚a PS d¨ar stiftet monteras. Enligt resonemang om str¨omningen p˚a PS av skoveln i 2.1 p˚a sidan 5 ¨ar detta fullt m¨ojligt.

• Konstruktionen utg˚ar fr˚an det st¨orsta hjulet i serien. Det faktum att en

spalt bildas mellan periferin p˚a skoveln och periferin p˚a navskivan vid reglering ¨ar av mindre betydelse.

KAPITEL

5

Ekonomisk kalkyl

5.1

Kostnadsber¨akningar

Ingreppen p˚a pumphjulet som beskrevs i 4.1.1 p˚a sidan 23 har uppskattats med hj¨alp av [11, 8] och de kostnader ber¨aknade nedan, med hj¨alp av [ 20, 9, 12], skall tolkas som en fingervisning snarare ¨an ett exakt belopp.

Observera att uppgifterna ¨ar normerade f¨or att f¨orhindra att k¨ansliga uppgifter sprids.

5.1.1

Tids˚atg˚ang

I nuvarande tillverkningsprocess gjuts pumphjulet i ett gjuteri f¨or att sedan skickas till verkstad f¨or att bearbetas i form av fr¨asning och svarvning. Med det koncept presenterat i rapporten gjuts skoveln och det kapade N-hjulet se-parat. Detta inneb¨ar att viss bearbetning f¨or det nya pumphjulet mellan skovel och resterande pumphjul m˚aste ske. Detta kan exempelvis vara den spalt som bildas mellan skovel och det kapade N-hjulet, det spelrum som skoveln m˚aste ha p˚a navskivan eller s˚a att skoveln klarar toleranskraven i h¨ojdled.

Alla dessa ingrepp ¨ar sv˚ara att uppskatta, men kommer att rendera i en ¨okad produktionstid. Ett sn¨allt antagande ¨ar total bearbetningstid ¨ar 0,32 minuter. Den nuvarande bearbetningstiden ¨ar 0,26 minuter och det resulterar i en

skill-nad p˚a 0,06 minuter1.

5.1.2

Kostnader

Gjuterikostnader

Initialt kommer modellutrustningen kosta 6 450 SEK och denna skrivs van-ligtvis av p˚a flera ˚ar. I rapporten tas ingen h¨ansyn till avskrivningen utan den-na kostden-nad behandlas som en eng˚angskostden-nad. D¨arut¨over kommer ¨aven den nya modellen som gjuts inneb¨ara en h¨ogre kostnad. Denna kostnad ¨ar sv˚ar att uppskatta med befintlig modell och en mer noggrann CAD-ritning m˚aste g¨oras, men en rimlig uppskattning ¨ar att denna kommer inneb¨ara en h¨ogre kostnad f¨or gjutningen. Dessutom m˚aste en mer detaljerad produktionsplan uppr¨attas d¨ar en analys visar om det ¨ar b¨attre att gjuta vissa detaljer p˚a pump-hjulet ¨an att bearbeta dessa i maskin i efterhand.

Bearbetning

Kostnaden f¨or den fleroperationsmaskin som anv¨ands f¨or ingreppen ¨ar 31 SEK/tim och d˚a ¨ar overheadkostnader2_{inte inr¨aknat. De extra minuterna i}

maskinen kommer att kosta 1 SEK. Den besparing som g¨ors d˚a varianterna ej svarvas ¨ar 0,3 SEK.

En arbetares kostnad inklusive arbetsgivaravgifter ¨ar 12 260 SEK/˚ar och den-ne skall spendera 0,06 min p˚a den nya bearbetningen. Uppskattningsvis ar-betar personen 45 veckor om ˚aret, 5 dagar i veckan och 7 timmar om dagen vilket leder till att de 0,06 extra minuterna kostar 0,3 SEK.

Den nuvarande kostnaden f¨or pumphjulet ¨ar 15 SEK/pumphjul.

Lagerkostnad

F¨oretaget har tv˚a lager, ett i Lind˚as, Sverige och ett i Metz, Frankrike. Tan-ken ¨ar att dessa skall tillhandah˚alla pumphjul till respektive s¨aljbolag. F¨or tillf¨allet lagerh˚aller Lind˚as 4 pumphjul och Metz 0,7 pumphjul av studerad sort. En inventarie i de olika s¨aljbolagen samt samtal med [ 6] har visat att det finns uppskattningsvis 0,1 pumphjul i lager p˚a varje s¨aljbolag. F¨or n¨arvarande finns det 30 olika s¨aljbolag, vilket resulterar i att det finns 4 pumphjul i lager p˚a s¨aljbolagen.

1_{Eftersom skillnaden mellan de tv˚a bearbetningarna ¨ar s˚apass liten, p˚averkas inte} produk-tionen n¨amnv¨art. Om exempelvis skillnaden varit 60 min, blir produkproduk-tionen lidande och kanske sjunker till 7 pumpar/timme ist¨allet f ¨or 8 pumpar/timme vilket inneb¨ar att andra parametrar m˚aste r¨aknas om som till exempel elf ¨orbrukning, personalstyrka eller maskinkostnad och inkludera des-sa nya siffror i den totala kostnaden.

2_{Overheadkostnader ¨ar exempelvis kostnad f ¨or personalmatsal, lokalhyra, el och dylikt, och} denna f ¨or¨andras inte.

Lagerv¨ardet av dessa ber¨aknas med hj¨alp av f¨orbrukningen under ledtiden adderat med s¨akerhetslagret multiplicerat med standardkostnad och 10% la-gerr¨anta, vilket motsvarar 420 SEK/˚ar f¨or 8,4 pumphjul.

Specialhjul

En annan ekonomisk aspekt att beakta vid best¨allning av specialmodeller ¨ar att dessa produceras i sm˚a m¨angder, oftast 0,03 eller 0,06 till antalet, vilket renderar i en h¨ogre produktionskostnad. Denna kostnad ¨ar emellertid l˚ag, d˚a det som skiljer specialhjul fr˚an ordinarie hjul ¨ar en l¨angre svarvtid. Vid nor-mal tillverkning produceras fler pumphjul och d¨armed h˚alls kostnaden per pumphjul nere. Kunden betalar emellertid mer f¨or en pump med specialhjul vilket inneb¨ar att samma vinstmarginal bibeh˚alls ¨aven om det ¨ar ett special-hjul, enligt [13, 6].

En annan synvinkel v¨ard att beakta ¨ar kundens m¨ojlighet att best¨alla vilket hjul denne vill ha. Om kunden ¨ar beredd att betala den extra kostnad som ett specialhjul inneb¨ar medf¨or det att kunden blir n¨ojd och f˚ar f¨ortroende f¨or f¨oretaget, vilket kan rubbas om de denna m¨ojlighet f¨orsvinner. Konceptet pre-senterat i rapporten inneb¨ar att denna m¨ojlighet g˚ar f¨orlorad.

Om kunden vet sin driftpunkt och vill ha det pumphjul som b¨ast svarar mot denna driftpunkt inneb¨ar det en minskad energif¨orbrukning f¨or pumpen och kunden sparar d¨armed pengar. Alternativet f¨or kunden, om inte specialhjulen funnits, ¨ar att v¨alja en st¨orre pump och d¨armed ¨overdimensionera pumpen vil-ket renderar i en h¨ogre effektf¨orbrukning och d¨armed h¨ogre energikostnader.

Artikelnummer

I [1] fastsl˚as att det finns stora besparingar att g¨ora genom att minska arti-kelfloran. F¨or n¨arvarande uppg˚ar dessa i den studerade pumphjulsserien till 2 stycken, varav 0,1 stycken ¨ar standardutf¨orande. Resterande modeller ¨ar spe-cialhjul och tillverkas endast vid specialbest¨allning fr˚an kund. I [ 1] framg˚ar det tydligt att ¨aven s˚a kallade icke aktiva artiklar3_{kostar pengar men det ¨ar}

sv˚art att uppskatta denna kostnad. Ett f¨ors¨ok till detta har dock gjorts och en-ligt [1], vilket ocks˚a bekr¨aftas av [5], uppg˚ar kostnaden till 194 SEK/artikel/˚ar f¨or en aktiv artikel och f¨or en icke aktiv artikel 5 SEK/artikel/˚ar. Dock b¨or l¨asaren beakta att det r˚ader os¨akerhet om specialhjulen och huruvida dessa kan betraktas som icke aktiva artiklar. Pumphjulen i samma serie ˚aterfinns p˚a samma ritning och d¨armed underh˚alls specialhjulen ¨aven n¨ar standardhju-len underh˚alls. Kostnaden ¨ar emellertid s˚apass l˚ag att denna besparing inte

3_{En icke aktiv artikel ligger i systemen och underh˚alls inte, men kan bli aktiv vid behov. En} aktiv artikel underh˚alls och uppdateras och kostar d¨armed pengar i form av bland annat admi-nistrativ kostnad.

p˚averkar utg˚angen av resultatet, men behandlas likv¨al i rapporten.

De aktiviteter som ingick i denna kostnad var, ber¨akning av standardkost-nad, platsen artikeln tar i datorn, att produktnummer g¨ors d¨ar artikeln ing˚ar och kontroll av alla artiklar.

I [1] p˚avisas att merparten (mer ¨an 60%) av alla artikelnummer som ˚aterfinns i f¨oretagets sortiment ¨ar icke aktiva artiklar, vilket motiverar en minskning av artikelfloran och d¨ar ett reglerbart pumphjul ¨ar ett steg i r¨att riktning ur denna synvinkel.

Ritningar

Med det nya pumphjulet kommer ytterligare ritningar tillkomma. F¨or tillf¨allet ˚aterfinns hela pumphjulsserien i tv˚a ritningar, en bearbetningsritning och en gjutritning. Den l¨osning som diskuterats i den h¨ar rapporten kommer att be-h¨ova fem ritningar, tv˚a gjutritningar (en f¨or skoveln och en f¨or ¨ovriga hjulet), tv˚a konstruktionsritningar och till sist ¨aven en sammanst¨allningsritning som visar hur delarna sitter ihop. Detta inneb¨ar en ¨okad kostnad och resonemang-et om artikelnummer spelar in ¨aven h¨ar. Generellt ¨ar denna kostnad l˚ag och p˚averkar inte totalkostnaden p˚a ett avg¨orande s¨att.

5.1.3

Sammanst¨allning

• en eng˚angskostnad f¨or gjuteriet f¨or modellutrustning som uppg˚ar till 6

450 SEK

• kostnaden f¨or den nya bearbetningen i maskin ¨ar, med ovanst˚aende

uppgifter, 1 SEK.

• de 0,06 extra minuterna f¨or montering kostar 0,26 SEK. • materialet som tillkommer (bland annat stift) kostar 0,1 SEK. • den minskade svarvtiden leder till en besparing p˚a 0,3 SEK.

• antag att man i och med det reglerbara pumphjulet kan minska

la-gerh˚allningen med2/3, resulterar detta i en minskad kapitalbindning med 306 SEK/˚ar.

• de vinster man kan g¨ora p˚a en minskande artikelflora uppg˚ar till 645

SEK/˚ar.

Totalt sett ¨okar kostnaden f¨or pumphjulet med 1 SEK till 16 SEK, vilket mot-svarar en kostnads¨okning med 7%. En minskning av lagerv¨ardet med 306 SEK/˚ar vilket motsvarar en minskad kapitalbindning med 67%. D¨arut¨over g¨ors ¨aven en besparing d˚a artikelnummerfloran minskar med 645 SEK/˚ar vil-ket motsvarar 80%.

5.1.4

Kostnader p ˚a ˚arsbasis

˚

Ar 2004 s˚aldes det 65 pumpar i denna serie. Om lika m˚anga pumpar s¨aljs var-je ˚ar, resulterar detta i att tillverkningskostnaden totalt sett stiger med 2 129 SEK/˚ar. Detta inneb¨ar att de besparingar som m˚aste g¨oras uppg˚ar till samma siffra.

Analysen visar att 968 SEK/˚ar g˚ar att spara. Dock ¨okar den totala kostna-den med 1 161 SEK/˚ar. Dessutom tillkommer eng˚angskostnakostna-den f¨or modell-utrustning vid gjuteriet med 6 451 SEK.

Totalt sett blir kostnaden f¨or det nya pumphjulet 39 354 SEK/˚ar gentemot den f¨orra kostnaden som ¨ar 30 774 SEK/˚ar, vilket motsvarar en ¨okning med 28%.

KAPITEL

6

Slutsatser

Det reglerbara pumphjulet kommer att inneb¨ara f¨ors¨amrade egenskaper, s˚asom sk¨arande egenskaper och verkningsgrad. Det koncept som presenteras i rap-porten med en led och tillh¨orande utfyllnad vid skoveln ¨ar n¨odv¨andigt f¨or att klara de p˚afrestningar som pumphjulet uts¨atts f¨or.

Den ekonomiska analysen p˚avisar att det inte finns n˚agra stora besparingar att g¨ora i lagerh˚allning eller artikelreduktion. Det uppbundna kapital som re-dovisas ¨ar av det mindre slaget och det ¨ar sv˚art att frig¨ora dessa pengar i och med den ¨okade produktionskostnad som konstruktionen inneb¨ar.

Tillverkningskostnaden f¨or pumphjulet ¨okar med 28% och eftersom pump-hjulet s¨aljs i stora volymer kommer denna ¨okade tillverkningskostnad in-neb¨ara stora kostnader. De ingrepp p˚a pumphjulet som presenterades i 4.1.1 p˚a sidan 22 ¨ar enkla vilket g¨or det sv˚art att minska dessa nya kostnader.

¨

Aven om tillverkningskostnaden stiger med 5% kommer detta vara en ogyn-samm aff¨ar med tanke p˚a det antal pumphjul som s¨aljs. Den vinst som gene-reras vid minskat artikelutbud och minskad lagerh˚allning ¨ar f¨or l˚ag. L¨asaren b¨or vara medveten att en stor intitialkostnad ¨ar inkluderad i denna ¨okning, men ¨aven om denna inte existerade blir konceptet inte l¨onsamt.

Den nya konstruktionen kommer dessutom inneb¨ara f¨ors¨amrade egenska-per f¨or pumphjulet vilket behandlas i 4.1 p˚a sidan 21 och som ytterligare f¨orst¨arker bilden av att inte realisera planerna.

Om specialhjulen rationaliseras bort vid detta koncept kan det inneb¨ara att kundens f¨ortroende f¨or f¨oretaget rubbas. Eftersom f¨oretaget ger kunden m¨ojlig-heten att best¨alla vilket pumphjul denne vill ha, inneb¨ar det ett stort f¨ortroende fr˚an kunden till f¨oretaget. Om denna m¨ojlighet f¨orsvinner kan f¨oretaget p˚averkas negativt.

De belopp som kan sparas med ett reglerbart pumphjul ¨ar v¨aldigt sm˚a, och motiverar inte en f¨ors¨amring av pumphjulets egenskaper.

KAPITEL

7

Utblick

Vid vidare studier i ¨amnet reglerbara skovlar kan f¨oljande parametrar vara till hj¨alp.

• Den st¨orsta orsaken till att det reglerbara pumphjulet inte kan realiseras

¨ar det faktum att f¨or f˚a pumphjul lagerh˚alls.

Den studerade pumphjulsserien, N3127MT, inneh˚aller enbart 3 stan-dardhjul. I st¨orre pumpar i samma kategori (mellanstor avloppspump) ˚aterfinns fler standarddiametrar vilket inneb¨ar st¨orre lagerh˚allning och mer artikelnummerbesparingar. En studie p˚a en annan pump kan gene-rera mer kaptial att spara.

• En ny geometri p˚a pumphjulet som underl¨attar den reglerbara skoveln

och som bibeh˚aller eller f¨orb¨attrar verkningsgraden f¨or pumphjulet.

• Den ¨okade produktionskostnaden sl˚ar v¨aldigt h˚art i den ekonomiska

Referenser

[1] J. Ahrgren. Modell f¨or ber¨akning av sortimentsrelaterade kostnader. Examensarbete, Institutionen f¨or industriell ekonomi och organisation, Kungliga Tekniska H¨ogskolan, Stockholm, Sverige, 2004.

[2] J. D. Anderson. Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill, New York, USA, third edition, 2001.

[3] R. Balk. Muntlig referens, ITT Flygt AB.

[4] A. Bergman. Deformerbart pumphjul. Examensarbete, Institutionen f¨or h˚allfasthetsl¨ara, Kungliga Tekniska H¨ogskolan, Stockholm, Sverige, 2004.

[5] A. B¨alter. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [6] J. Bratth¨all. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [7] T. B¨orjesson. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [8] P. Christensen. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [9] L. Fagerstr¨om. Muntlig referens, ITT Flygt AB.

[10] M. Falk. Reglering av fl¨ode i centrifugalpumpar genom geometri¨andring under drift. Examensarbete, Insitutionen f¨or maskinkonstruktion, Kung-liga Tekniska H¨ogskolan, Stockholm, Sverige, 2000.

[11] M. Gustafsson. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [12] M. Gustavsson. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [13] C. Hansen. Muntlig referens, ITT Flygt AB.

[14] J. H¨olcke. Hydrauliska str ¨omningsmaskiner. KTH, Maskinkonstruk-tion, Stockholm, Sverige, 1992.

[15] A. K¨ah¨ari. Typs ¨attning av text och matematiska formler med hj ¨alp av LA_{TEX. Instutitionen f¨or teknisk databehandling, Uppsala universitet,}

2000. Version 3.0.

[16] D. MacFarlane. Improvements in or relating to Rotary Fans, Pumps

and the like. Davidson & Company Limited, Belfast, Nordirland, 1961.

Patentans¨okan.

[17] H. Nilsson. Muntlig referens, ITT Flygt AB.

[18] M. Goossens och F. Mittelbach. The LA_{TEX Companion. Addison-Wesley,}

Boston, USA, second edition, 2004.

[19] M. M¨agi och G. Gerbert. Maskinelement del A. Kompendiet, G¨oteborg, Sverige, 1998.

[20] J. S¨oderstr¨om-Olofsson. Muntlig referens, ITT Flygt AB. [21] B. St˚ahl. Muntlig referens, ITT Flygt AB.

[22] E. Taylor. Improvements in Radial Flow Fans and the like. Macard Screws Ltd, Johannesburg, Sydafrika, 1959. Patentans¨okan.

BILAGA

A

Ber ¨akningar

A.1

Ber¨akning av kraften som verkar p˚a stiftet

Detta ¨ar enbart en uppskattning av den kraft som verkar p˚a stiftet i leden.

F =

AP dA

(A.1)

d¨arA ¨ar arean p˚a den r¨orliga skoveln som vattnet verkar p˚a och uppskattas

till 54 cm2och d¨arP ¨ar det d¨amda trycket och uppskattas till 14 mvp1_efter

studie i pumpkurvor.

Detta resulterar i att kraften uppskattningsvis blir 740 N.

F = Aσs (A.2)

d¨ar_σs¨ar str¨ackgr¨ansen f¨or gr˚aj¨arn och uppskattas till 200 000 MPa, och_{A ¨ar} arean p˚a stiftet. Diametern p˚a stiftet kan nu ber¨aknas enligt

d =



F

πσs (A.3)

och_{d blir cirka 1 mm.}