Kiertyvän tiivisteen kehittäminen prosessi-instrumentin akseliparin välille

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Date

2003

Major/Subject

Koneensuunnitteluoppi

Mcode

Kon-41

Degree programme

Language

fi

Pages

87

Series

Abstract

The aim of this Master's Thesis was to develop a torsionally flexible seal to Metso Automation's new consistency transmitter to better fulfill the demands of pulp and paper processes. In competitor's products, O-ring seals and rubber elements are widely used for this application. The use of rubber comprises several problems. In processes, the seal is exposed to process chemicals, which can lead to hardening and aging of the rubber. Also, rubber as a material involves unwanted hysteresis. Product specifications were set based on market needs and by analyzing competitor's products. The primal requirements for the new seal design were 1-degree turn angle to both directions, torsional spring rate of 2.8 Nm/° and PN 25 pressure class. The starting point for the new seal design was the space between the consistency transmitters sensing element and the hollow shaft, in which the new seal was to be developed. The Thesis begins with a literature study of consistency control concentrating on pulp flow in pipes and the major measuring principles. Pipe flow is studied because it sets the requirements for the new seal. The purpose of this literature study is aimed at creating basic knowledge of consistency control and its demands for the seal, which would be necessary in the development work. A review of competitor products and patents was also made prior to the design work. As a result of the development work, several seals were made using hydro forming as manufacturing method. In hydro forming hydrostatic pressure is applied to a hollow initial work piece, a tube held in a split die, deforming the walls to the defined shape of the mold. After the forming process, end plates were welded to the seal allowing it to be connected to the consistency transmitter. Hydro formed seals were tested in Metso Automations laboratory to determine the quality and physical properties of the prototype seals. The measurements contained the determination of torsional spring rate, tightness and pressure tolerance. The end result of this work was a new torsional bellows, which fulfills the requirements and specifications given for this work. With the new bellows, designed torsional flexibility was achieved and like all metal materials, the degree of flexibility is straightly proportional to torque.

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kiertyvä tiiviste Metso Automationin uuden sakeuslähettimen akseliparin välille, joka vastaa paperi- ja selluteollisuuden sovellutuksien vaateita. Kilpailijatuotteissa ongelman ratkaisuun käytetään yleisesti kumiholkkia ja o-rengas tiivistettä. O-rengas ratkaisuun liittyy monia ongelmia. Kumi altistuu prosessissa erilaisille kemikaaleille, jotka aiheuttavat materiaalin kovettumista ja ikääntymistä. Lisäksi kumi materiaalina sisältää myös hystereesiä. Kehitettävää tiivistettä varten asetettiin tuotetavoitteet, joita silmällä pitäen kehitysprojekti vietiin läpi. Perustana oli sakeuslähettimen tuntoelimen ja putkiakselin väliin jäävä tila, johon oli kehitettävä vaatimukset täyttävä joustava tiiviste. Vaatimuksina uudelle tiivisteelle olivat 1 asteen kiertymä molempiin suuntiin, 2.8Nm/° vääntöjousivakio ja standardin PN 25-mukainen paineluokka. Työn alussa on selvitetty kirjallisuustutkimuksena kohtalaisen laajasti massan sakeuden mittaukseen liittyviä tekijöitä ja tärkeimpiä mittausperiaatteita. Erityisesti on selvitetty massan verkostovirtausta ja kuituverkoston ominaisuuksia. Tiivisteelle asetetut vaatimukset tulevat pääosin tältä alueelta. Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena oli luoda tiivisteen kehitystyössä tarvittavat perustiedot sakeuslähettimien sovellutuksista ja niiden asettamista vaatimuksista. Perustiedon keraamiseen liittyi myös kilpailijoiden ratkaisujen ja alan patenttien tutkiminen. Kehitystyön tuloksena syntyi putkimainen nestepainemuovauksella levystä valmistettu palje. Nestemuovauksessa palje muovataan sisäisen ylipaineen avulla. Muovauksen jälkeen palkeen päätyihin hitsattiin päätyrenkaat, joiden avulla tiiviste kiinnitetään sakeuslähettimeen. Hydraulisesti muovatuille prototyypeille tehtiin laboratoriotestit Metso Automation Oy:n laboratoriossa tiivisteen ominaisuuksien selvittämiseksi. Testien avulla määritettiin palkeen vääntöjousivakio, tiiviys sekä paineensietokyky. Työn lopputuloksena saatiin palje, joka täyttää tiivisteelle asetetut vaatimukset. Palkeella saavutettiin mitoitusta vastaava kiertymä, joka metallien tapaan on suoraan verrannollinen vaikuttavaan vääntömomenttiin.

Description

Supervisor

Ekman, Kalevi

Thesis advisor

Helasuo, Jarmo

Keywords

Other note

Citation