Modello dinamico e validazione sperimentale di un intensificatore di pressione per impianti waterjet : analisi nelle condizioni nominali e di fault

The process of Abrasive Waterjet Cutting (AWJ) is based on a jet of water at high pressure and is realized using specific intensifiers. Because many components are critical and very expensive, it is convenient for the user to minimize the periods involved in fault and malfunction repairings, making some internal monitoring systems. The first step for the making of a complete monitoring system is to design a virtual model for the intensifier very reliable, in order to predict its full operation. In this thesis we developed a model of a hydraulic intensifier with parallel pumpings using Modelica language, able to simulate the signal of pressure. Compared to other models developed in this way, we modelled some internal phenomenas of the intensifier, never taken into account before and, as demonstrated in this study, they showed to be crucial for a correct simulation of the intensifier. In this work a validation of the model is developed comparing simulated signals and experimental test signals, both in normal operating conditions and in fault conditions, in order to show the capability of the model to simulate these fault conditions. The results obtained demonstrate that the model is able to represent with a good approximation the functioning of the WJ machine for both these operation conditions. Thanks to the scalability of the model it has also been possible to make important considerations about the influence of some internal dynamics of the machine on the pressure water signal.

Il processo del taglio Waterjet abrasivo si fonda su un getto d'acqua ad elevata pressione e viene realizzato grazie all'utilizzo di appositi intensificatori. Essendo questi componenti critici e di costo elevato, è conveniente per l’utilizzatore cercare di ridurre al minimo i tempi legati alla riparazione di guasti e di malfunzionamenti, attraverso la realizzazione di sistemi interni di monitoraggio. Il primo passo per la realizzazione di un sistema di monitoraggio completo è quello di progettare un modello virtuale molto affidabile dell'intensificatore in modo da prevedere il suo funzionamento completo Nell’ambito del presente lavoro di tesi è stato sviluppato un modello di un intensificatore oleodinamico a pompanti paralleli in linguaggio Modelica in grado di simulare il segnale di pressione dell'acqua. Rispetto ad altri modelli sviluppati in questa direzione, sono stati modellati fenomeni interni all'intensificatore prima d'ora non tenuti in considerazione, che come dimostrato in questo lavoro sono risultati essere determinanti per una corretta simulazione dell'intensificatore. Viene effettuata una validazione confrontando i segnali simulati con i segnali derivanti da prove sperimentali, sia nelle condizioni di normale funzionamento che nelle condizioni di fault, nell'ottica dimostrare la robustezza del modello nel simulare tali condizioni di guasto. I risultati ottenuti dimostrano che il modello riesce a rappresentare con buona approssimazione il funzionamento della macchina in entrambe le condizioni operative. Grazia alla scalabilità del modello è inoltre stato possibile fare importanti considerazioni sull'influenza di alcune dinamiche interne alla macchina sul segnale di pressione dell'acqua.