Pumppujen tiivistyksen validointi

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli löytää kokeellisia menetelmiä, joiden avulla voidaan validoida pumpun pesän ja kannen liitoskohdan tiivistämisen suunnittelussa käytettyjä FEM-analyysin tuloksia. FEM-analyysi eli Finite Element Method (eli Finite Element Analysis, FEA) on numeerinen ratkaisumenetelmä, jota käytetään esimerkiksi lujuuslaskennassa rakenteiden optimointiin. Työssä tutkittiin eri tapoja mitata pumpun pesän tiivistepinnan painejakaumaa ja tiivistepinnalla tapahtuvaa nesteen tunkeutumista. Työ oli rajattu Sulzer Pumps Finland Oy:n Karhulan tehtaalla valmistettaville pumpputyypeille ja niissä yleisesti käytetyille tasotiivisteille.

Yrityksellä ei ole entuudestaan käytössä menetelmää, jonka avulla voidaan mitata tiivistepinnalla tapahtuvaa nesteen tunkeutumista tai painejakaumaa. Edellä mainittuja asioita ei myöskään ole saatavilla olevan tiedon mukaan ennen pumpuista kokeellisesti mitattu.

Opinnäytetyössä on tiedonhankinnassa käytetty kirjallisuutta, standardeja, verkkojulkaisuja, toimittajahaastatteluita ja kokeellisia menetelmiä. Projektissa tutustuttiin ensin pumppujen tiivistämisratkaisuihin, tiivisteiden valintaan ja toimintaan, sekä Sulzerilla käytössä oleviin tiiveyden tarkastusmenetelmiin. Näiden pohjalta tutkittiin vaihtoehtoisia menetelmiä pumpun suunnittelun tueksi ja testattiin osaa niistä kokeellisesti.

Kokeellisessa osuudessa tutkittiin osaa löydetyistä menetelmistä. Tutkimus toteutettiin kahdessa eri vaiheessa, joista ensimmäisessä vaiheessa testattiin menetelmien soveltuvuutta pumpuissa yleisimmin käytetyille tasotiivistemateriaaleille, jonka avulla valittiin vaihtoehdoista paras menetelmä. Toisessa vaiheessa valittua menetelmää testattiin koeponnistamalla vuotava prosessipumppu.

Lopputuloksena löydettiin monta erilaista menetelmää, joiden avulla FEM-analyysin tuloksia voidaan validoida. Tämän lisäksi yritys sai toimintaohjeen pumppujen mallinnustuloksien verifiointiin, jota voidaan hyödyntää tiivistettävien pintojen suunnittelussa.

The purpose of this thesis was to find experimental methods which could verify the results of FEM analysis used in the designing of the process pump volute case sealing. Different options to measure the pressure distribution of the gasket and the penetration of the fluid on the gasket surface were examined. The work was limited to pump types that are made in commissioner and to gasket seals that had generally been used in them. In the company, a method had not been in use that could be used to measure the fluid penetration or pressure distribution on the gasket surface. The mentioned data had not been experimentally measured from pumps according to the available information. Literature, standards, electronic publications, supplier interviews, and experimental methods had been used in the acquisition of information. The project studied the sealing solutions of pumps, the choosing and operation of the gasket seals, and inspection methods of the case sealing already in use. Based on this preliminary study, alternative methods to support the designing of pumps were examined. In the experimental part, some of the methods were studied. The study was carried out in two different stages. The suitability of the methods for gasket materials used generally in pumps was tested at the first stage. The most suitable method from the first stage was tested by pressurizing a leaking process pump at the second stage. Several different methods that can verify the FEM analysis were found as a result. Furthermore, a manual for verifying the modelling results of the pumps sealing which can be utilised in the designing of the gasket surfaces was obtained.