Juoksupyörän valmistaminen komposiittimateriaalista
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2011
Department
Major/Subject
Paperi- ja painatustekniikka
Mcode
Puu-21
Degree programme
Language
fi
Pages
vii + 98 s. + liitt. 3
Series
Abstract
Reinforced plastics are composites that provide high specific strength, specific stiffness and possibility to manufacture difficult geometries seamlessly. When designing composite structures it is very important to consider different manufacturing methods and materials carefully, because they determine most of the price and properties of the part. In this thesis an impeller for centrifugal compressor was designed systematically out of composite material. By taking advantage of the latest tools of designing composites and machine parts it was possible to recognize and solve problems in fields of manufacturing and mechanics of the part. Tools used for this were The Finite Element Method (FEM) with composite pre and post processing and 3D Computer Aided Designing (CAD) software. The results for this thesis are the developed laminate structure for the impeller and manufacturing technique that makes it possible to manufacture impellers efficiently. The chosen manufacturing method was vacuum assisted resin transfer molding (VARTM) and chosen materials were plain weave carbon fiber reinforcement and a high glass transition temperature epoxy resin system. Inner geometries were manufactured by using mandrel. The impeller is connected to motor shaft by steel hub that is fixed to the impeller straight by glue and by composite plate glued to the back of the impeller. The first impeller manufactured successfully withstood the stresses generated by test run of the compressor and had precise enough geometry to produce beforehand estimated vacuum levels and volumes. Testing of the impeller continues at paper mill as part of vacuum system of the paper machine.Lujitemuoveilla voidaan toteuttaa suuren ominaisjäykkyyden ja -lujuuden omaavia rakenteita yhtenä saumattomana kokonaisuutena. Haastavienkin geometrioiden toteuttaminen on mahdollista. Suunnittelussa on tärkeää kiinnittää erityistä huomiota valmistusmenetelmän ja materiaalin valitsemiseen, sillä ne määrittävät suurelta osin kappaleen hinnan ja ominaisuudet. Diplomityössä suunniteltiin systemaattisesti ja valmistettiin alipainepuhaltimen juoksupyörän prototyyppi komposiittimateriaalista. Hyödyntämällä viimeisimpiä komposiittirakenteiden suunnittelun työkaluja, kuten 3D -mallintamista ja elementtimenetelmää, voitiin määrittää kappaleen valmistustekniset ja rakenteelliset haasteet ja ratkaisut. Työn tuloksena kehitettiin ja todennettiin juoksupyörän rakenne ja valmistusmenetelmä, jolla juoksupyörä on valmistettavissa teollisesti. Valmistusmenetelmäksi valittiin alipaineinjektio ja materiaaleiksi korkean lämmönkeston epoksihartsi ja pääsuunnissa tasavaltainen hiilikuitukudos. Juoksupyörän sisäpuoliset muodot toteutettiin uhrautuvalla keernalla. Juoksupyörä kiinnittyy sähkömoottorin akselille teräsnavalla. Napa kiinnittyy juoksupyörään ja sen taustalle liimattavaan komposiittilevyyn liiman ja pulttiliitoksen avulla. Ensimmäinen valmistettu prototyyppi onnistui hyvin: Juoksupyörä kesti koeajon ja tuotti siltä vaaditut tilavuusvirrat ja alipainetasot. Juoksupyörän koekäyttöä jatketaan yhteistyöasiakkaan paperitehtaassa osana paperikoneen alipainejärjestelmää.Description
Supervisor
Paltakari, JouniThesis advisor
Kuosmanen, PetriLoippo, Kimmo
Keywords
compressor, turbopuhallin, impeller, lujitemuovi, composite materials, juoksupyörä