Kuivasulattimen akselin optimointi

Abstract

Tutkintotyössä optimoitiin teurasjätteitä käsittelevän sulattimen akselia, joka toimii sekoittajana. Kuivasulatin on teurasjätteiden käsittelylaitoksen ydinosana toimiva laite, jonka avulla steriloidaan, haihdutetaan ja erotetaan rasvaa. Varmatoimisen sulattimen kehittäminen paremmaksi on vaativaa työtä. Jokainen muutos on aina pienimuotoinen riski, sillä toimintavarmuus lähes jatkuvasti käsittelylaitoksella käytössä olevissa sulattajissa on säilyttävä. Sulattajien rikkoutuessa teurasjätteiden säilytyksestä tulee todella suuri ongelma käsittelylaitoksella. Sulattajan sisällä on 200 ºC:n lämpötila, mutta akselin päät ovat huoneenlämpötilassa.

Tuotekehityksen lähtökohtana oli akselin käyttövarmuuden parantaminen materiaalien ja osien muodon sekä viimeistelyn avulla. Projektissa paneuduttiin sulattajan akseliin kohdistuvien voimien laskentaan. Kitkakulumisesta aiheutuvien alkusäröjen vaikutukset jätettiin tämän tutkimuksen ulkopuolelle. Akseli mallinnettiin Pro/ENGINEERohjelmalla ja lujuuslaskenta suoritettiin Ansyksella. Lisäksi laskemalla arvioitiin väsymisrajamitoitus.

Akseli osoittautui materiaalivalinnoiltaan suurimmalta osin kustannustehokkaaksi ja kestäväksi. Akselinpää on selkeästi ylimitoitettu. Kriittisin kohde löytyi kolaputkesta, jonka seinämävahvuuden kasvatuksella on saavutettu riittävä kestävyys. Tässä työssä ei tarkemmin tutkittu käyttöikälaskelmaan perustuvaa materiaalivalinnan ja seinämävahvuuden järkevyyttä, mutta sekin saattaisi kannattaa optimoida.

For this thesis I optimized the shaft of a dry rendering cooker. The dry rendering cooker is used in food processing industry to sterilize, hydrolyse, evaporate and render fat of the animal by-products. It treats everything that is left after animals are butchered. Developing a reliable cooker to be even better is not easy, because every change is a smallscale risk. Operational reliability must be maintained in continuously working rendering plant. The storage of animal by-products will become a massive problem, if cookers break down. The temperature inside the cooker is 200 ºC, but the ends of the shafts operate in room temperature.

The starting point of the product development was to improve the reliability of the shaft by the means of material choices and the shapes and finishing of the parts. In this study I examined the forces that focus on the shaft of the cooker. The shaft was modelled with Pro\ENGINEER -software and the strength calculations were performed with Ansys. The fatigue strength was calculated manually.

The material choices in the shaft mainly proved to be cost-effective and durable. The end of the shaft was clearly over-sized. The most critical part was found in the scraper tube. An adequate strength in the scraper tube was achieved by increasing the wall thickness. In the future optimization of the operating lifetime could be reasonable, which I did not do in this study.