ITTO20130942A1

ITTO20130942A1 - Impianto e procedimento per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive

Info

Publication number: ITTO20130942A1
Application number: IT000942A
Authority: IT
Inventors: Marco Dani
Original assignee: Cte Sistemi Srl
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-21
Also published as: JP6573448B2; EP2876654A1; ES2646624T3; RU2014146558A3; KR20150058079A; US9842690B2; JP2015103807A; RU2014146558A; CN104658736B; DK2876654T3; EP2876654B1; CN104658736A; KR102213180B1; US20150135788A1; RU2666772C2

Description

"Impianto e procedimento per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un impianto per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive avente le caratteristiche specificate nel preambolo della rivendicazione indipendente 1, nonché un procedimento per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive comprendente i passi specificati nel preambolo della rivendicazione indipendente 1.

Un tipico impianto per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive comprende fondamentalmente una stazione di svolgimento e raddrizzatura e una stazione di curvatura e avvolgimento.

La stazione di svolgimento e raddrizzatura ha la funzione di svolgere una bobina ad asse verticale formata dal conduttore curvato a raggio costante e avvolto ad elica cilindrica, dispensando conduttore raddrizzato. A tale fine, la stazione di svolgimento e raddrizzatura fa ruotare la bobina intorno al suo asse verticale e contemporaneamente raddrizza il conduttore in uscita dalla bobina per mezzo di un dispositivo di raddrizzatura a rulli. Lo svolgimento avviene solitamente con continuità e a velocità costante, anche se la velocità può essere variata dall'operatore della linea o dal sistema di controllo per diversi motivi, ad esempio ridotta durante alcune fasi critiche della successiva fase di avvolgimento.

La stazione di curvatura e avvolgimento comprende un dispositivo di curvatura predisposto per curvare il conduttore raddrizzato e una tavola rotante su cui viene deposto il conduttore curvato uscente dal dispositivo di curvatura, in maniera tale da formare l'insieme di spire di cui si compone la bobina superconduttiva che s'intende realizzare.

Fra la stazione di svolgimento e raddrizzatura e la stazione di curvatura e avvolgimento possono essere previsti ulteriori dispositivi predisposti per trattare il conduttore raddrizzato proveniente dalla stazione di svolgimento e raddrizzatura, quali ad esempio uno o più dispositivi di raddrizzatura fine posti a valle del dispositivo di raddrizzatura a rulli per raddrizzare ulteriormente, un dispositivo di lavaggio e un dispositivo di sabbiatura.

La bobina superconduttiva non è tipicamente ottenuta avvolgendo il conduttore lungo un'elica cilindrica ad asse verticale, e dunque con il conduttore curvato con un raggio di curvatura costante, bensì in una delle seguenti due modalità. Secondo una prima modalità (che è tuttavia poco applicata, non essendo vantaggiosa dal punto di vista magnetico), il conduttore è avvolto a spirale piana. Una seconda, ad oggi prevalente, modalità prevede inizialmente la curvatura del conduttore a raggio costante per un angolo elevato (ad es.

330°), seguita dalla realizzazione di una sorta di raccordo, chiamato in gergo "turn-to-turn transition" (cioè "transizione da spira a spira"), che occupa il residuo angolo fino a concorrenza di un angolo-giro (ad es. 30°) e che è realizzato in modo da terminare con il conduttore nuovamente in posizione tangenziale rispetto all'asse della bobina, ma spostato all'interno, oppure all'esterno, di un passo-spira (normalmente pari alla dimensione trasversale della spira più uno spazio per l'isolamento). Con questa seconda modalità si ottiene un avvolgimento piano perfettamente assialsimmetrico per un angolo elevato (il che è importante per il funzionamento della bobina) e si rinuncia all'andamento assialsimmetrico solo per un angolo relativamente piccolo.

La transizione da una spira a quella adiacente può essere realizzata a forma di "S" mediante una sorta di stampo azionato idraulicamente. Tale operazione deve essere effettuata manualmente e a tavola ferma e dunque comporta un aumento del tempo complessivo necessario per la realizzazione della bobina, oltre che il rischio di errori di posizione. Pertanto, anche se questa prima soluzione consente di contenere l'angolo destinato alla transizione, essa non è affatto la soluzione attualmente preferita.

Secondo una soluzione alternativa, attualmente preferita, la transizione da spira a spira è ottenuta imponendo al dispositivo di curvatura, al termine del tratto a raggio di curvatura costante, un raggio di curvatura più accentuato seguito da un tratto diritto, in modo da passare all'interno - o viceversa all'esterno - della spira precedentemente formata. Questa seconda soluzione richiede un angolo di transizione maggiore, ma è più accurata e veloce e non richiede fermate dell'impianto.

Per consentire all'impianto di eseguire la transizione da spira a spira adottando questa seconda soluzione, è noto di mantenere stazionario il dispositivo di curvatura, insieme con la stazione di svolgimento e raddrizzatura e con gli eventuali ulteriori dispositivi a monte del dispositivo di curvatura, e di rendere la tavola rotante traslabile nel piano orizzontale (in particolare sia nella direzione di avanzamento del conduttore raddrizzato, di qui in avanti indicata come direzione longitudinale o direzione x, sia nella direzione perpendicolare alla direzione x, di qui in avanti indicata come direzione trasversale o direzione y), in modo da consentire alla tavola rotante di variare la propria posizione nel piano orizzontale (dunque sia nella direzione x sia nella direzione y) quando varia il raggio di curvatura all'inizio della fase di transizione, e sino al termine di tale fase. Al termine della fase di transizione, la tavola rotante sarà nella medesima posizione iniziale lungo la direzione x, mentre lungo la direzione y si sarà spostata di una distanza pari al passo di una spira. Finita la fase di transizione e sino alla fase di transizione successiva, la tavola rotante si muove esclusivamente di moto rotatorio.

Nel caso in cui si debbano realizzare bobine superconduttrici di notevoli dimensioni, con diametri dell'ordine di 20 metri o più, può risultare molto difficoltoso, se non addirittura impossibile, impartire alla tavola rotante movimenti di traslazione nel piano. Un impianto che debba realizzare bobine di tali dimensioni e che debba eseguire la fase di transizione da spira a spira secondo la seconda soluzione sopra descritta risulta pertanto molto complicato e costoso.

Scopo della presente invenzione è proporre un impianto e un procedimento per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive, che siano atti a realizzare la fase di transizione da spira a spira secondo la seconda soluzione sopra discussa e che siano più semplici rispetto alla tecnica nota.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie rispettivamente a un impianto e a un procedimento per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive aventi le caratteristiche definite nelle annesse rivendicazioni indipendenti 1 e *. ;Ulteriori caratteristiche vantaggiose dell'invenzione sono indicate nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrale e integrante della descrizione qui di seguito fornita. ;In sintesi, l'invenzione si fonda sull'idea di dotare la tavola rotante del solo movimento di rotazione intorno al proprio asse, di dotare l'intera parte dell'impianto a monte della tavola rotante (cioè la stazione di svolgimento e raddrizzatura, il dispositivo di curvatura e gli eventuali ulteriori dispositivi previsti fra la stazione di svolgimento e raddrizzatura e il dispositivo di curvatura) di un movimento di traslazione lungo la direzione trasversale e di dotare il solo dispositivo di curvatura di un movimento di traslazione longitudinale, di modo che la fase di transizione da spira a spira viene eseguita combinano opportunamente i movimenti di rotazione della tavola, di traslazione della parte di impianto a monte della tavola in direzione trasversale e di traslazione del dispositivo di curvatura in direzione longitudinale. ;Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno più chiaramente dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui: ;la figura 1 è una vista schematica in pianta di un impianto per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; ;la figura 2 è una vista prospettica del dispositivo di curvatura dell'impianto di figura 1; e le figure dalla 3a alla 3g sono viste schematiche che illustrano in sequenza il modo in cui viene eseguita la fase di transizione da spira a spira in un impianto secondo l'invenzione e con un procedimento secondo l'invenzione. ;Con riferimento inizialmente alla figura 1, un impianto per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori C per la realizzazione di bobine superconduttive B comprende fondamentalmente: ;- una stazione di svolgimento e raddrizzatura 10 atta a svolgere una bobina ad asse verticale formata dal conduttore C curvato a raggio costante e avvolto ad elica cilindrica, dispensando conduttore raddrizzato, ;- una stazione di curvatura e avvolgimento 12, comprendente a sua volta un dispositivo di curvatura 14 predisposto per curvare il conduttore C raddrizzato e una tavola rotante 16 su cui viene deposto il conduttore C curvato uscente dal dispositivo di curvatura 14, in maniera tale da formare l'insieme di spire di cui si compone la bobina superconduttiva B che s'intende realizzare, e ;- una pluralità di dispositivi intermedi, disposti fra la stazione di svolgimento e raddrizzatura 10 e la stazione di curvatura e avvolgimento 12, per trattare il conduttore C a monte della stazione di curvatura e avvolgimento 12, fra cui ad esempio uno o più dispositivi di raddrizzatura fine 18 predisposti per raddrizzare ulteriormente il conduttore C in uscita dalla stazione di svolgimento e raddrizzatura 10, un dispositivo di lavaggio 20 e un dispositivo di sabbiatura 22. ;La tavola rotante 16 è in grado di ruotare intorno al proprio asse z (asse verticale), oltre che di traslare lungo tale asse. La tavola rotante 16 non è invece mobile nel piano orizzontale, nel senso che la posizione dell'asse z della tavola rotante 16 è fissa. Il dispositivo di curvatura 14 è traslabile lungo una direzione x (di qui in avanti indicata come direzione longitudinale) coincidente con la direzione dell'asse longitudinale del conduttore C raddrizzato che viene alimentato dalla stazione di svolgimento e raddrizzatura 10 al dispositivo di curvatura 14. Tutta la parte dell'impianto a monte della tavola rotante 16, e cioè il dispositivo di curvatura 14, la stazione di svolgimento e raddrizzatura 10 e i dispositivi 18, 20 e 22 interposti fra il dispositivo di curvatura 14 e la stazione di svolgimento e raddrizzatura 10, sono traslabili lungo una direzione orizzontale y (di qui in avanti indicata come direzione trasversale) perpendicolare alla direzione longitudinale x. ;La figura 2 mostra un tipico esempio di dispositivo di curvatura 14 utilizzabile in un impianto per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori per la realizzazione di bobine superconduttive, e precisamente un dispositivo di curvatura cosiddetto a tre rulli, che comprende cioè tre rulli 24, 26 e 28, comunemente indicati come primo rullo, come rullo intermedio e rispettivamente come rullo di curvatura, disposti in maniera tale per cui il conduttore che avanza attraverso il dispositivo di curvatura 14 passa fra il primo rullo 24 e il rullo di curvatura 28 da un lato e il rullo intermedio 26 dal lato opposto. Nella forma di realizzazione mostrata nella figura 2, il dispositivo di curvatura 14 comprende ulteriori rulli 30 e 32, rispettivamente disposti a monte e a valle dei tre rulli sopra menzionati, ma questi ulteriori rulli potrebbero anche essere omessi. Inoltre, l'intero dispositivo di curvatura potrebbe anche avere una configurazione diversa da quella qui mostrata. ;Si descriverà ora, con riferimento alle figure dalla 3a alla 3g, come viene eseguita, in un impianto secondo la presente invenzione, l'operazione di transizione da spira a spira, e precisamente l'operazione di transizione da una spira più esterna Sea una più interna Sidella bobina B. ;La figura 3a illustra la situazione alla fine della porzione prevalente di spira a raggio costante. Per tutta la fase di realizzazione di questa porzione di spira, il dispositivo di curvatura 14 non subisce movimenti lungo la direzione x, la linea a monte della tavola rotante 16 (incluso quindi il dispositivo di curvatura 14) non ha movimenti lungo direzione y e la tavola rotante 16 viene fata ruotare a velocità costante intorno all'asse z, con il conduttore C che avanza lungo la direzione x dalla stazione di svolgimento e raddrizzatura 10 al dispositivo di curvatura 14 anch'esso a velocità costante. ;Durante l'operazione di transizione da spira a spira, vengono comandati - nel modo qui di seguito spiegato - oltre al movimento rotatorio della tavola rotante 16 intorno al proprio asse z, anche il movimento traslatorio della linea a monte della tavola rotante 16 lungo la direzione y e il movimento traslatorio del dispositivo di curvatura 14 lungo la direzione x. ;Per quanto concerne il movimento traslatorio del dispositivo di curvatura 14 lungo la direzione x, la legge di movimento che viene imposta è la seguente: ;∆x(α) = R · sinα, ;dove α è la posizione angolare della tavola rotante 16 (cioè della bobina B), misurata a partire dall'istante di inizio della transizione, ed R è la distanza fra l'asse di rotazione z della tavola rotante 16 (cioè della bobina B) e il centro di curvatura della parte curva della transizione, ovvero la differenza fra il raggio della spira appena formata (per un arco pari a 2π – α) e il raggio della successiva transizione (parte curva). ;Non appena conclusa la porzione di spira a raggio costante, il dispositivo di curvatura inizia ad avanzare in direzione x (vedere figure 3b e 3c) secondo la legge del moto sopra indicata in modo da soddisfare le condizioni di tangenza dell'asse longitudinale del conduttore C con l'arco di transizione descritto nel punto corrente. Durante la fase di realizzazione della parte curva della transizione, la posizione del rullo di curvatura 28 del dispositivo di curvatura 14 è adattata a formare il raggio della parte curva della transizione. Inoltre, durante la fase di realizzazione della parte curva della transizione, la linea a monte della tavola rotante 16 viene fatta traslare progressivamente lungo la direzione y, in modo da avvicinarsi alla posizione radiale – rispetto alla tavola rotante 16 – corrispondente alla spira più interna. ;La figura 3d illustra il punto di conclusione della parte curva della transizione. Il tale condizione, il dispositivo di curvatura 16 ha raggiunto il suo avanzamento massimo lungo la direzione x, mentre la linea a monte della tavola rotante 16 ha raggiunto la posizione lungo la direzione y corrispondente alla spira più interna, essendosi spostata lungo tale direzione di un passo-spira. Nella condizione illustrata nella figura 3d, sia la rotazione della tavola rotante 16 sia l'avanzamento del conduttore C vengono arrestati per consentire al dispositivo di curvatura 14 di riportarsi nella corretta posizione lungo la direzione x per potere iniziare la curvatura della parte prevalente di spira a raggio costante, che avrà un raggio pari a quello della spira precedente meno un passo-spira (vedere figura 3f). ;Per consentire questa traslazione del dispositivo di curvatura 14 lungo la direzione x in verso opposto a quello del movimento precedente, occorre preventivamente adattare la posizione dei rulli del dispositivo di curvatura 14, in particolare del rullo di curvatura 28, al tratto raddrizzato di conduttore C. Questa fase è illustrata nella figura 3e. ;La figura 3g illustra un primo tratto a raggio costante della spira più interna già realizzato. Il rullo curvatore 28 ha assunto - fin dalla fine della fase mostrata nella figura 3e – la posizione adatta alla formatura della spira più interna. Per tutto il tratto prevalente a raggio costante della spira più interna valgono le stesse considerazioni esposte in relazione alla figura 3a. ;Per quanto riguarda il movimento nella direzione y dei rulli del dispositivo di curvatura 14, cioè il movimento che produce e regola la curvatura del conduttore C, esso normalmente è dato in funzione dell'avanzamento del conduttore C attraverso il dispositivo di curvatura stesso, e più precisamente in funzione dell'avanzamento del conduttore in uscita dal dispositivo di curvatura. In questo caso, si tratterà di un avanzamento relativo, cioè dell'avanzamento del conduttore C in uscita dal dispositivo di curvatura 14 rispetto al dispositivo di curvatura stesso. Detto ∆t l'arco di transizione corrente e r il raggio della transizione, si ha: ;∆t = α·r. ;E' da notare che le formule sopra riportate si riferiscono esclusivamente a parametri "dopo curvatura", come α e ∆t, mentre si è precisato che l'avanzamento del conduttore rispetto al dispositivo di curvatura è da intendersi "in uscita dal dispositivo di curvatura". La ragione di ciò è che in questo modo le formule non sono approssimate a causa della variazione di lunghezza del conduttore all'interno del dispositivo di curvatura. ;In termini pratici, si sa che, particolarmente nella transizione che vede variazioni di raggio, non è facile la misura dell'avanzamento dopo curvatura del conduttore rispetto al dispositivo di curvatura, per cui nella pratica è verosimile che – limitatamente alla transizione - ci si riferisca all'avanzamento prima della curvatura, che è facile da misurare con un adeguato sistema ad encoder, accettando il piccolo errore connesso con la variazione di lunghezza in un tratto relativamente breve. ;Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni. *

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Impianto per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori (C) per la realizzazione di bobine superconduttive (B), comprendente: una prima stazione di svolgimento e raddrizzatura (10) atta a svolgere una bobina di conduttore (C) e dispensare conduttore raddrizzato, e una seconda stazione di curvatura e avvolgimento (12), comprendente un dispositivo di curvatura (14) predisposto per curvare il conduttore (C) raddrizzato proveniente dalla prima stazione (10) e una tavola rotante (16) su cui viene deposto il conduttore (C) curvato uscente dal dispositivo di curvatura (14), in maniera tale da formare un insieme di spire per realizzare la bobina superconduttiva (B), caratterizzato dal fatto che la tavola rotante (16) è girevole intorno a un asse verticale fisso (z), dal fatto che il solo dispositivo di curvatura (14) è traslabile lungo una direzione longitudinale (x) coincidente con la direzione dell'asse longitudinale del conduttore (C) raddrizzato che viene alimentato dalla stazione di svolgimento e raddrizzatura (10) al dispositivo di curvatura (14), e dal fatto che il dispositivo di curvatura (14), insieme con la stazione di svolgimento e raddrizzatura (10), è inoltre traslabile lungo una direzione trasversale (y), perpendicolare alla direzione longitudinale (x).
2. Impianto secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre, fra la stazione di svolgimento e raddrizzatura (10) e la stazione di curvatura e avvolgimento (12), una pluralità di dispositivi intermedi (18, 20, 22) predisposti per trattare il conduttore (C) raddrizzato a monte della stazione di curvatura e avvolgimento (12), detti dispositivi intermedi (18, 20, 22) essendo traslabili nella sola direzione trasversale (y), in modo solidale con la stazione di svolgimento e raddrizzatura (10) e con il dispositivo di curvatura (14).
3. Impianto secondo la rivendicazione 2, in cui detti dispositivi intermedi (18, 20, 22) comprendono uno o più dispositivi di raddrizzatura fine (18) predisposti per raddrizzare ulteriormente il conduttore (C) raddrizzato proveniente dalla stazione di svolgimento e raddrizzatura (10) e/o un dispositivo di lavaggio (20) e/o un dispositivo di sabbiatura (22).
4. Procedimento per la curvatura e l'avvolgimento di conduttori (C) per la realizzazione di bobine superconduttive (B), comprendente i passi di: a) svolgere una bobina di conduttore (C), dispensando conduttore raddrizzato, una stazione di svolgimento e raddrizzatura (10), b) curvare il conduttore (C) così raddrizzato mediante un dispositivo di curvatura (14), e c) deporre il conduttore (C) così curvato su una tavola rotante (16) in maniera tale da formare un insieme di spire per realizzare la bobina superconduttiva (B), laddove detti passi b) e c) sono eseguiti in modo da formare ogni volta una spira avente una parte principale a raggio costante e una parte di transizione che connette la parte principale di tale spira con la parte principale della spira successiva, detta parte di transizione essendo realizzata in modo da terminare con il conduttore (C) in posizione tangenziale rispetto all'asse (z) della bobina (B) in fase di realizzazione, ma spostato all'interno, oppure all'esterno, di una data distanza, e comprendendo un primo tratto curvo adiacente alla parte principale della prima spira e un secondo tratto sostanzialmente rettilineo adiacente alla parte principale della spira successiva, e laddove la parte di transizione è ottenuta facendo dapprima ruotare la tavola rotante (16), e con essa la bobina (B), e contemporaneamente traslare il dispositivo di curvatura (14) lungo una direzione longitudinale (x) coincidente con l'asse longitudinale del conduttore (C) raddrizzato) e il dispositivo di curvatura (14), insieme con la stazione di svolgimento e raddrizzatura (10), lungo una direzione trasversale (y) perpendicolare alla direzione longitudinale (x), in modo da realizzare il suddetto primo tratto, e quindi, con la tavola rotante (16) ferma, facendo traslare il dispositivo di curvatura (14) lungo la direzione (x) in verso opposto a quello precedente, in modo da realizzare il suddetto secondo tratto.