Aerostaattisen tiivisteen suunnittelu
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2017-06-12
Department
Major/Subject
Koneensuunnittelu
Mcode
K3001
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
82 + 8
Series
Abstract
Tämä työ käsittelee aerostaattisen tiivisteen suunnittelua, soveltamista osaksi kammiollista ilmalaakeria sekä näiden suoritusarvomittauksia. Aerostaattinen tiiviste on samanaikaisesti sekä ilmalaakeri että tiiviste. Tavoitteena oli selvittää tällaisen tiivisteen toimivuutta ja erityispiirteitä sovellettaessa sitä osaksi paineilmakäyttöistä paperikoneen telan taipumakompensointijärjestelmää. Nykyiset järjestelmät perustuvat pääasiassa hydrauliöljyn painevaikutukseen. Ilman erittäin alhaisen viskositeetin ansiosta öljyn korvaaminen paineilmalla mahdollistaa näiden järjestelmien energiatehokkuuden parantamisen. Mittauksia varten valmistettiin tasomainen ilmakammiollinen laakeri, jonka aerostaattinen tiivistereuna koneistettiin teknisestä muovista. Laakeripinnan ilmakuristukset valmistettiin laserporaamalla. Tiivisteen kuormaa säädettiin paineilmakäyttöisellä letkulla. Laakerin kammiopaine, tiivisteen syöttöpaine ja kuormaletkun paine olivat erikseen säädettävissä. Mittaukset suoritettiin sorvin runkoa hyödyntävässä testipenkissä. Tiivisteen toimivuuden arviointiin käytetyn tasomaisen koelaakerin avulla oli rajalliset mahdollisuudet selvittää telageometriaan liittyviä erityispiirteitä. Mittaustulosten perusteella oli kuitenkin mahdollista arvioida hypoteettisen paineilmalla taipumakompensoidun telan energiatehokkuutta. Laserointi osoittautui toimivaksi muovitiivisteen ilmakuristusten valmistusmenetelmäksi. Koelaakerin ilmankulutus tiivistereunan pituuteen suhteutettuna ei merkittävästi poikennut kaupallisten laakerien ilmankulutuksesta. Parantamisen varaa oli tiivisteen stabiliteetissa vastinpinnan pyöriessä vinosti asemoituna. Tiivisteen kuorman säätäminen vaati tarkkuutta, mikä osaltaan johtui tiivistepinnan pullistumisesta syöttöpaineen vaikutuksesta ja siitä seuranneesta ilmakalvon pinta-alan laskusta. Tiivistemateriaalin valintaprosessin apuna olisi suositeltavaa käyttää tiivistekonstruktion elementtimenetelmään perustuvaa mallinnusta. Koelaakerin puutteista huolimatta työn aikana vahvistui ajatus siitä, että energiatehokkaan taipumakompensointijärjestelmän suunnitteleminen ja rakentaminen olisi mahdollista.This thesis deals with both the design of an aerostatic sealing for use as a part of a thrust bearing and measuring the performance characteristics of the bearing. An aerostatic sealing is simultaneously a sealing as well as an air bearing. Aim of the study was to check the functionality of this kind of sealing and find out problems related to applications of the sealing as a part of a deflection compensated roll. Today the rolls with a deflection compensation system utilize the pressure effect of hydraulic oil. The research was based on the idea that energy efficiency can be improved by utilizing low viscosity air instead of oil. The measurements were made using a thrust bearing with a flat counter-surface. The aerostatic surface of the sealing was machined using plastic as a material. The air nozzles of the sealing were drilled by using a laser cutting machine. During the tests the load of the sealing was adjusted by controlling the air pressure of the flexible pipe. The pressure of the air chamber, the pressure of the sealing and the load of the sealing were separately adjustable. The performance measurements were made using a lathe as a test bench. Because of the planar contact geometry of the experimental bearing many of the problems related to roll geometry could not be solved. Nevertheless with the results gained it was possible to estimate the energy efficiency of the hypothetical pneumatic roll. Laser drilling proved to be a useful method for manufacturing air nozzles. According to the performance measurements the air consumption of the bearing did not indicate significant difference between commercial bearings and the test bearing in proportion to the length of the sealing. However there were some problems with the stability of the bearing when the counter-surface was angularly displaced. Adjusting the load of the sealing required accuracy. The area of the air film decreased because of the sealing bulge due to internal pressure. A comprehensive material selection process guided by finite element method should be recommended. During the research, the idea was confirmed that it would be possible to design and construct an energy-efficient deflection compensation system.Description
Supervisor
Kuosmanen, PetriThesis advisor
Calonius, OlofKeywords
aerostaattinen tiiviste, ilmalaakeri, taipumakompensoitu tela, taipumakompensointijärjestelmä
