thesis

Designing and verifying of tightness test instrumentation

Abstract

Prosessiteollisuuden pyrkimys kannattavuuden parantamiseksi on kiristänyt tiiviysvaatimuksia venttiilimarkkinoilla. Aikaisemmin venttiilin tiiviysteknologian kehittämiseksi sisäistä vuotoa on mallinnettu teoreettisia vuotomalleja käyttäen, kuitenkaan huomiotta venttiilin elinkaaren aikana suoritettavaa operointia. Tämän työn tarkoituksena on valmistaa venttiilin operointia mahdollisimman todenmukaisesti simuloiva laitteisto sulkuventtiilin tiiviystekijöiden tutkimiseen. Työn teoriaosassa on selvitetty kirjallisuustutkimuksen keinoin 1) operoinnin vaikutus sulkuventtiiliin, 2) sisäiseen vuotoon vaikuttavat tiiviystekijät, ja 3) vuodonmittaamiseen käytetyt menetelmät. Työn kokeellisen osan alussa on esitetty tuotekehitysprojektin lähtökohtana toimineen staattisen tiiviystestilaitteiston rakenne ja toimivuuden johtopäätökset. Tuotekehitysprojektissa dynaamisen tiiviystestilaitteiston suunnittelutyössä käytetään järjestelmällistä koneensuunnittelun menetelmää yhdessä tietokoneavusteisen suunnittelun kanssa. Tuotekehitysprojektin lopputuloksena on kehitetty kaksi prototyyppiä dynaamiselle tiiviystestilaitteistolle. Toiselle prototyypille suoritettiin laitteiston käyttöönottotestaus, jossa eri koekappaleiden vuototuloksien luotettavuutta tarkasteltiin toistettavuustesteillä vertaamalla vuotoarvojen hajontalukuja samansuuruisia tiiviystekijöitä käyttämällä. Käyttöönottotestin perusteella valittiin ideaalisin koekappaleen kiinnitystapa ja suoritettiin käytäntöön perustuvaa tarkastelua laitteiston toimivuudesta. Käyttöönottotestien perusteella laitteiston rakenne ja toimintaperiaate on onnistunut sekä toimiva. Tämän työn vuototulokset ovat yhteneviä Hauhian vuotomallin kanssa käytettäessä venttiilin eri tiiviystekijöitä. Toistettavuustesteissä laitteistolla saatujen vuotoarvojen virhemarginaaliksi tuli ±12 %. Laitteistolla voidaan tutkia tasomaisen tiivistepinnan materiaalin, pinnankarheuden, pintapaineen, operoinnin, voiteluaineen ja kaasuväliaineen paineen sekä lämpötilan vaikutusta vuotoarvoon luotettavammin kuin teoreettisia vuotomalleja käyttämällä.The aim to improve the profitability in the process industry has increased the tightness requirements on the valve markets. Usually, in the development of the valve tightness technology the internal leakage has been modelled with theoretical leak models, without taking into account the operation during the life cycle of the valve. The goal of this work is to design and manufacture an instrumentation to investigate the tightness factors of the shut-off valves to simulate as realistically as possible the operation of the valve. In the theoretical part of this work, a literature review was utilized to explain 1) the effect of the operation to the shut-off valve, 2) the tightness factors affecting internal leakage, and 3) the methods for leak measurements. In experimental part, the design and conclusions on the functionality of the static tightness test instrumentation was described, which was a starting point for the research and development project. A systematic machine design method together with a computer-aided design was used in designing the dynamic tightness test instrumentation. As a result of this work, two prototypes of dynamic tightness test instrumentation were developed. For the second prototype a verifying test was performed, where the reliability of test specimen leak result was examined with the repeatability test by comparing leakage values dispersion by using equal tightness factors. In addition, during the verifying test the ideal fasten method of a test specimen was selected and review of functionality of the instrumentation was examined based on operation. According to verifying test results, the instrumentation construction and operation principle was successful and operational. The leak test results presented in this work are consistent with Hauhia’s leak model when different tightness factors of the valves were used. Based on the repeatability test, the error estimation for the instrumentation’s leak value was ±12 %. The instrumentation can be used to investigate an influence of a flat sealing surface material, surface roughness, stress, operation, lubricant and medium pressure, and temperature on the leakage value more reliably than with theoretical leak models

Similar works

Full text

thumbnail-image

Aaltodoc Publication Archive

Provided a free PDF
oai:aaltodoc.aalto.fi:123456789/12813Last time updated on 4/18/2017View original full text link

This paper was published in Aaltodoc Publication Archive.

Having an issue?

Is data on this page outdated, violates copyrights or anything else? Report the problem now and we will take corresponding actions after reviewing your request.