Scopo gara di appalto: - ENEAGRID · Web viewIntroduzione Nei Laboratori ENEA di Frascati si deve costruire un’apparato per la prova di fattibilità di una configurazione magnetica

Frascati, 13/07/2005

Relazione della gara per i disegni di dettagliodelle bobine di Multi-Pinch

1 Introduzione e motivi del contratto1.1. Introduzione1.2. Generalità1.3. Descrizione delle Bobine

2 Specifiche Tecniche2.1 Descrizione Generale2.2 Richieste Funzionali

2.2.1 Isolamenti2.2.2 Caratteristiche Magnetiche

3 Disegni3.1. Bobina PF_23.2. Bobina PF_3.13.3. Bobina PF_4.13.4. Bobina PF_4.23.5. Flange di Attraversamento

3.5.1. Flangia a Soffietto3.5.2. Flangia Isolante

4 Procedura 4.1. Responsabilità dell’ENEA4.2. Responsabilità della Ditta4.3. Procedura di Validazione

4.3.1. Tipo CAD4.3.2. Tipo Disegni4.3.3. Accettazione4.3.4. Formato Disegni

5 Attività5.1. Start-Up5.2. Progettazione

6 Motivazioni della trattativa a Ditta Unica

7 Valutazione di Congruita’ del prezzo dell’offerta Ansaldo

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Superconduttori

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1. INTRODUZIONE E MOTIVI DEL CONTRATTO1.1. IntroduzioneNei Laboratori ENEA di Frascati si deve costruire un’apparato per la prova di fattibilità di una configurazione magnetica toroidale a basso rapporto d’aspetto, formata a partire da un’arco in gas (Pinch).L’esperimento denominato Multi-Pinch ha il compito specifico di testare il funzionamento dell’arco.L’esperimento si svilupperà in 2 fasi: Fase I - tra il catodo anulare ed una anodo provvisorio centrale (Fig. 1) Fase II - tra il catodo anulare ed il definitivo anodo anulare.

Fig.1: schema esplicativo della Fase I dell’esperimento Multi-Pinch

L’arco in Multi-Pinch ha corrente I 3kA per una durata t 1-2 sec.

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Questo arco costituisce circa 1/20 della corrente dell’arco prevista nella fase finale dell’esperimento chiamato ProtoSphera che sarà in questo di I 60 kA. Tale esperimento sarà fatto modificando parti dell’apparato in esame qualora il risultato dell’esperimento Multi-Pinch sia positivo.

La struttura è composta da una camera da vuoto 2150 mm di diametro e 2550 mm di altezza, composta da due flange di AISI 304 di chiusura dello spessore di 30 mm dotate di flange di accesso alla camera da vuoto, e di 5 settori cilindrici, 2 di Inox e 3 di Alluminio. Tale camera (Fig. 2a) deve poter lavorare a 10-7 mbar.

Fig. 2: posizionamento delle bobine magnetiche in Multi-Pinch

All’interno della camera da vuoto si trovano 8 bobine magnetiche (4+4 simmetriche alto-basso) relative alla gara in oggetto: si tratta di bobine inscatolate in AISI 304 per poter lavorare sotto vuoto.

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Una sezione 2D dell’esperimento Multi-Pinch e’ mostrata in Fig. 2b.

Fig. 2b: sezione 2D dell’esperimento Multi-Pinch

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1.2. Generalità

Il contratto riguarda il progetto e la costruzione di 8 bobine.Tale contratto si sviluppa in 2 fasi distinte: Progetto Costruzione

1.2.1. Progetto1.2.1.1. Ruolo dell’ENEA:

L’ENEA si impegna a fissare: Geometria esterna delle bobine

(dimensioni delle bobine e dimensione dei conduttori esterni) Spessore e materiale del casing, delle bobine e dei conduttori Posizione Numero di spire e corrente per ogni bobina Tensione di lavoro e tensione di isolamento Grandezza ed errore di campo massimo accettabile in punti prefissati

1.2.2. CostruzioneLa costruzione è prevista in una fase successiva.La seconda fase è soggetta a decisione dell’ENEA che verrà presa dopo l’accettazione da parte dell’ENEA della progettazione fatta dalla Ditta.

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1.3. Descrizione delle Bobine

Un totale di 8 bobine (4 coppie di bobine identiche) e’ richiesto in questo contratto.Le principali caratteristiche sono illustrate nella seguente tabella (Tab. 1).

Coil N° Spire

Corrente Max per

spira[A]

RaggioMedio[mm]

Posizione(z)Bobina

[mm]

DimensioniDr•Dz

(casing incluso)[mm2]

SpessoreCasing

AISI 304[mm]

N°

PF_2 48 1875 100 500 47.6•143.4 1.5 2PF_3.1 24 1875 362 625 382.6•49 10 (or.), 2 (vert.) 2PF_4.1 18 1875 100 885 126.4•49 10 (or.), 2 (vert.) 2PF_4.2 18 1875 400 985 364.6•49 10 (or.), 2 (vert.) 2

Tab. 1

Ogni bobina è formata da conduttori in Cu come da tabella (Tab. 2), percorsi da un foro con diametro non inferiore a 5-6 mm per permettere il raffreddamento ad acqua.Il “duty cycle” massimo sara’ di un impulso ogni 10 min.La tensione di isolamento richiesta tra spira e spira e tra spira e casing (contromassa) è di 1 KV, la massima corrente per spira è di 1875 A (le 4+4 bobine verranno alimentate in serie su Multi-Pinch). La corrente salira’ da zero al suo valore massimo di 1875 A in un tempo non inferiore ai 100 msec, dopodiche’ la piatta-banda verra’ mantenuta per un tempo di 1-2 sec.

L’inscatolamento in AISI 304 è imposto dal fatto che le bobine sono all’interno della camera da vuoto (P~10-7 mbar), pertanto il materiale d’isolamento sarebbe una sorgente di gas ed inoltre potrebbe essere danneggiato dal plasma.

Bobina Dimensione Conduttore [mm2]

Sezione Materiale

PF_2 10•8 Rettangolare Cu (non OHFC)

PF_3.1 15•10 Rettangolare Cu (non OHFC)



Tab. 2

Non viene richiesta ne’ l’analisi termica ne’ quella elettromagnetica delle bobine durante il loro funzionamento.

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E’ invece richiesto che le bobine siano progettate in modo che possano fare un minimo di 10000 impulsi alla massima corrente. La Ditta deve chiarire i limiti tecnici sui quali e’ basata tale progettazione di dettaglio a che non possono essere superati durante il funzionamento delle bobine, con particolare riguardo alla temperatura massima di sicurezza alla quale è possibile operarle. Resta inteso che i limiti tecnici suddetti devono essere in linea con le richieste elettriche ed operazionali stabilite dall’ENEA in questo contratto.

Nei disegni 2D delle bobine (Figs. 3,5,7 e 9 della Sezione 3), le quote racchiuse nei rettangoli sono da considerare non modificabili da parte della Ditta.

2. Specifiche Tecniche

2.1. Descrizione GeneraliLe bobine sono adibite alla sagomatura dell’arco.

2.2. Richiese Funzionali

2.2.1. IsolamentoLe bobine vengono alimentate da un alimentatore con le seguenti caratteristiche: V = 350 Volt – I = 1.9 KA, tempo di salita della corrente ≥ 100 msec, piatta-banda ≤ 2 sec.Un isolamento per 1 KV (spira-spira, spira-casing, contromassa) assicura un fattore di sicurezza più che sufficiente.

2.2.2. Caratteristiche MagneticheGli errori di campo ammissibili per le bobine sono specificati nell’Allegato 1.

Tali valori sono da considerarsi di riferimento e non sono vincolanti per la Ditta. La ditta fornirà il progetto costruttivo definendo le migliori tolleranze sulla base della propria esperienza costruttiva.

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3 Disegni3.1. Bobina: PF_2

Fig. 3: 2D Bobina PF_2

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Fig. 4: 3D Bobina PF_2

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3.2. Bobina PF_3.1

Fig. 5: 2D Bobina PF_3.1

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3.3. Bobina PF_4.1


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3.4. Bobina PF_4.2


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3.5 Flange di AttraversamentoVengono proposte due soluzioni per le flange da vuoto per i conduttori delle bobine, la prima (Fig. 11) con soffietto e la seconda composta di due flange di materiale isolante (Fig. 12). Quest’ultima soluzione è stata adottata nell’esperimento START con ottimi risultati, e probabilmente è da preferire per la sua semplicità ed economicità.

3.5.1 Passaggio con Soffietto

Fig. 11: 2D Passaggio con soffietto

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3.5.2 Passaggio Flangia Isolante

Fig. 12: 2D Passaggio con Flangia Isolante

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4 Procedura

4.1 Responsabilità dell’ENEA

L’ENEA fissa i seguenti parametri:

4.1.1. Geometria esterna delle bobine, vale a dire dimensioni delle bobine (inclusive del casing), dimensione e percorso all’interno della camera da vuoto dei conduttori di uscita dalle bobine (“feed through”)

4.1.2. Spessore e materiale del casing, delle bobine e dei conduttori4.1.3. Posizione4.1.4. Numero di spire e corrente per ogni bobina4.1.5. Tensione di lavoro e tensione di isolamento4.1.6. Grandezza ed errore di campo massimo accettabile in punti prefissati

L’ENEA si impegna a fornire una soluzione progettuale per soddisfare i parametri fissati e per definire le flange di attraversamento della camera da vuoto.

Questa soluzione progettuale determina una possibile scelta per: Forma e dimensione dei conduttori delle bobine Isolamento tra le spire Isolamento tra spire e casing Sistema conduttore flangia da vuoto per l’attraversamento della camera da vuoto

Queste scelte possono essere cambiate dalla Ditta in fase progettuale.La Ditta ha dunque la possibilità di ottimizzare il progetto di dettaglio delle bobine modificando gli isolamenti, le sezioni dei conduttori interni alle bobine, i conduttori di uscita dalle bobine, il tipo di flangia da vuoto, ecc. Tali modifiche sono sottoposte all’analisi ed all’accettazione da parte dell’ENEA.Prima dell’avanzamento del contratto debbono essere discussi con il fornitore.

L’ENEA si impegna a fornire disegni e modelli 3D di tutte le parti e di disegni 2D delle parti principali (modelli e disegni CATIA V4-V5) ed a definire le specifiche dei materiali.

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4.2 Responsabilità della Ditta

4.2.1 La Ditta si impegna in base alle specifiche date ed ai vincoli posti, alla progettazione di dettaglio delle 4 coppie di bobine e delle flange di attraversamento della camera da vuoto

4.2.2 La Ditta si impegna a presentare all’ENEA per l’approvazione del progetto:

4.2.2.1 I disegni di dettaglio delle bobine, incluse le protezioni per la saldatura, i conduttori di uscita ed il relativo casing

4.2.2.2 I disegni di dettaglio delle flange di attaversamento della camera da vuoto dei conduttori

4.2.2.3 Elenco dei materiali4.2.2.4 Isolamenti4.2.2.5 Controlli di qualità4.2.2.6 Sequenze di costruzione4.2.2.7 P.C.Q. per l’accettazione finale4.2.2.8 Sequenza delle verifiche intermedie e finali (da compiersi in

presenza di personale ENEA) concernenti il vuoto e le performances elettriche delle bobine, inclusiva dei dettagli di tali verifiche

Dopo l’accettazione da parte dell’ENEA, se la decisione dell’ENEA è che la fase di costruzione proceda, il fornitore accetta la responsabilità dell’intero processo costruttivo ed il superamento delle prove fissate per l’accettazione.

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4.3 Procedura di Validazione

4.3.1. Tipo CADSulla base delle specifiche e dei disegni forniti dall’ENEA, la Ditta si impegna a sviluppare tutti i disegni costruttivi tramite il software SOLID EDGE (compatibile con CATIA V5 in uso all’ENEA) e nel modo seguente: per ogni coppia di bobine la Ditta dovrà fornire un disegno generale di assieme con tutti i particolari costruttivi (compresi i materiali usati per gli isolamenti, gli schermi interni alle bobine, le sequenze per la saldatura dei contenitori degli avvolgimenti, le sequenze per l’impregnazione, ecc.) validi per la costruzione.

4.3.2. Tipo DisegniTutti i disegni, in forma sia cartacea che digitale (files in formato “.stp” generati tramite SOLID EDGE) dovranno essere sottoposti all’ENEA per approvazione prima di essere validati per la costruzione. La Ditta dovrà riportare nei disegni validi per la costruzione tutte le eventuali modifiche proposte dall’ENEA, qualora ritenute realizzabili. In caso contrario dovrà proporne delle alternative.

4.3.3. AccettazioneIl progetto diverrà così definitivo e valido per la costruzione solo dopo la firma per l’accettazione da parte del responsabile preposto dall’Ente.

4.3.4. Formato DisegniTutti i disegni (sia cartacei che digitali) dovranno essere forniti in formato UNI con note, tolleranze, segni di lavorazione ed eventuali nodi ingranditi per una migliore interpretazione del lavoro. La Ditta dovrà fornire n. 6 copie per ogni disegno effettuato ed i corrispettivi su supporto digitale.

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5 Attività

L’attività si dovrà sviluppare nelle seguenti fasi :

5.1. Start-Up:5.1.1. Acquisizione dati geometrici e definizione delle specifiche5.1.2. Definizioni delle interfacce5.1.3. Definizione delle procedure d’utilizzo

5.2. Progettazione5.2.1. Referenze sulle singole soluzioni costruttive e proposte di possibili

miglioramenti5.2.2. Definizione dettagliate delle specifiche5.2.3. Disegno di dettaglio5.2.4. Finalizzazione Derliverables

5.2.4.1. Deliverables5.2.4.1.1.Disegni 3D e disegni 2D di dettaglio ottenuti da messa in

tavola di modelli 3D5.2.4.1.2.Sequenze costruttive5.2.4.1.3.Sequenze di controllo (geometriche, elettriche, vuoto,

saldature)5.2.4.1.4.Elenco dei materiali5.2.4.1.5.Documento di accettazione finale

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6 Motivazioni della trattativa a Ditta Unica

Il contratto riguarda la progettazione e nella seconda fase la costruzione di bobine raffreddate ad acqua e sotto vuoto.

L’unica ditta italiana in possesso dell’esperienza e delle tecnologie specifiche per la realizzazione delle bobine in oggetto, nel rispetto dei necessari standard di qualità, e’ l’Ansaldo Superconduttori.

7 Valutazione di Congruita’ del prezzo dell’offerta Ansaldo Supercoduttori

Il prezzo dell’Offerta Ansaldo Superconduttori (ASG/5.464/RC/as) e’ - Progettazione ( fase I ) 40.000 Euro- Costruzione (fase II ) 120.000 Euro

Si valuta che per fare Fase I siano necessarie 640 ore di cui 240 di progettista e 400 di disegnatore progettista. la ditta usera’ un Ingegnere per almeno 6 settimane (almeno 15.000 Euro) ed un Disegnatore/Progettista per almeno 4 mesi (almeno 30.000 Euro) incluse il costo delle riunioni.

Dettaglio valutazione costi fase IAttività Ore Costo

orario (Euro)

Totale(Euro)

Progettista 240 75 18000

Disegnatore progettista 400 50 20000

Riunioni 100 60 6000

TOTALE 44000

(1) secondo quanto riportato dalla circolare n. 84/AMM del 29.11.1991 e successivo aggiornamento delle tariffe

orarie al 1996, (lettera ERG/AMM) del 18.4.1996 prot. N. 6680.

Per la la Fase II il costo può essere valutato sulle considerazionei seguenti:

o Costo materiale (450 kg a 10 €/kg costo medio) 4500

o Costo attrezzature (quattro stampi + lav. Meccaniche+ avvolgitrice) 20000

o Mano d’opera (2500 h a 50 €/h) 125000

o Controlli (80h a 50 €/h) 4000

Totale 153500

Sulla base delle considerazioni precedenti si conclude che il prezzo e’ congruo.

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