Torque control of high pressure control valve

Abstract

Diplomityö tehtiin Metso Automation Oyj:n Flow Control liiketoimintalinjalle. Työn tavoitteena oli kehittää RotaryGlobe korkeapainesäätöventtiiliä niin, että venttiilin avaamiseen ja sulkemiseen vaadittavaa maksimimomenttia saataisiin laskettua.

Työn alussa on tehty kirjallisuusselvitys yleisimmistä prosessiteollisuuden venttiileistä sekä venttiilin momenttiin vaikuttavista tekijöistä, joista tarkemmin on tarkasteltu kitka- ja virtaustekijöiden vaikutusta. Lisäksi työssä on tarkasteltu, kuinka momentti jakautuu venttiilin eri osissa syntyvään osamomenttiin. Laboratoriomittausten avulla on tutkittu, kuinka momenttiteoria käytännössä pitää paikkansa ja teoriaa on myös pyritty näiden mittaustulosten perusteella tarkentamaan.

Venttiilin kehittämisessä lähtökohtana oli, että momentin alentaminen pystyttäisiin toteuttamaan venttiilin sisäisiä painetiloja hallitsemalla. Pääajatuksena oli, että venttiiliin lisättävällä ohivirtauskanavalla pystyttäisiin paine-eroa tulo- ja jättöpuolen välillä laskemaan, joka vaikuttaa käyttömomenttiin alentavasti. Ratkaisun tuli olla kuitenkin olla sellainen, että venttiili edelleen toteuttaisi perustoimintansa, ei saisi vuotaa ja säädön tarkkuus ei saisi merkittävästi heiketä. Erilaisia vaihtoehtoisia ratkaisuja on työssä verrattu toisiinsa sekä simulointien, että laboratoriomittausten avulla. Ensimmäisen testikierroksen jälkeen venttiiliä kehitettiin edelleen, jonka jälkeen suoritettiin toisen vaiheen prototyyppien testaus. Toiseen testivaiheeseen kehitettiin myös pneumaattisesti toimiva ohjaus, jolla kontrolloidaan ohivirtauskanavan virtausta.

Testien perusteella voitiin todeta, että ohivirtauskanavaratkaisu merkittävästi pienensi vaadittua maksimimomenttia. Lisäksi löydettiin muita ratkaisuja, joilla momenttia saatiin selvästi alennettua, mutta ei kuitenkaan niin paljon kuin ohivirtauskanavaratkaisulla. Osan näistä ratkaisuista etuna kuitenkin oli niiden yksinkertaisuus, vain pienet muutokset alkuperäiseen malliin, sekä näistä tekijöistä johtuvat alhaisemmat tuotantokustannukset.