Spänning- och flödessimulering av en högtrycksångventil

Autor: Nörve, Joakim
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Ventiler utgör en avgörande roll i det industriella samhället och används flitigt inom områden som säkerhet, filtrering och reglering av flöden. Säkerställandet av hållbarhet och drift av ventilen är därför ytters viktigt. Ventilen som undersöks har fyra packningsringar gjord av grafit. Grafitringarna leder till ett enklare underhåll, där tidsbesparingen vid isärplockningen av ventilen är 5 timmar jämfört med utan. Andra fördelar med grafitringarna är den starka motstånden mot höga temperaturer, rost och kemikalier. Nackdelen är dess svaga motstånd mot drag- och skjuvspänning. Syfte med studien är att få en ökad förståelse av värmebildningen över ventilen samt den medförande spänning som förekommer. En ökad förståelse av hur spänning bildas i ventilen kan leda till åtgärder som leder till minskad sprickbildning. Målen med studien är att med numeriska metoder och modeller bestämma spänningen vid tre driftfall, min, normal samt max. Spänningen vid grafitpackningen undersöks samt den maximala och minimala spänningen för hela ventilen. Ett kompletterande mål till studien är att undersöka värmeövergångstalen för simuleringar sedan jämföra dessa med empiriska ekvationer. Resultatet visade att den maximala spänningen över grafitområdet ligger på cirka 600 MPa, medan borttagningen av grafitringarna leder till en minskning på 9%. Den maximala spänningen för hela ventilen är lokaliserad på kopplingen mellan inloppet och skalet. Spänningen vid kopplingen är 6000 MPa, vilket är ett orimligt högt värde, då liknande studier visar värden på 200-600 MPa. Borttagning av grafitringarna leder inte till någon skillnad i maximalspänningen för hela ventilen. Från en spänningsaspekt kan ingen fördel med grafitringarna ses. Värmeöverföringstal från COMSOL-simuleringar, vilket använder sig av Navier-Stokes ekvationer, är markant högre vid höga tryck än värmeöverföringstal från empiriska ekvationer. Detta kan tyda på att empiriska ekvationer inte är tillämpbara för de höga tryck och temperaturer som studien undersöker.
Valves play an important role in the industrial society and are widely used in areas such as safety, filtration, and flow regulation. Ensuring the sustainability and operation of the valve is therefore of incredible importance. The studied valve contains four graphite packing rings. The use of graphite rings ensures easier maintenance, resulting in a time saving of 5 hours during disassembly compared to the removal of the graphite rings. Other advantages of graphite rings include their strong resistance to high temperatures, rust, and chemicals. However, their drawback lies in their weak resistance to tensile and shear stress. The purpose of the study is to gain a better understanding of the heat transport across the valve and the accompanying stress that occurs. Increased knowledge of stress formation in the valve can lead to ways to reduce crack formation in the future. The objectives of the study are to use numerical methods and models to determine the stress at three operating conditions, min, normal and max. The stress at the graphite gasket is investigated as well as the maximum and minimum stress for the entire valve. A complementary goal of the study is to investigate the heat transfer coefficients for simulations and compare these with empirical equations. The results show that the maximum stress over the graphite area is approximately 600 MPa, while the removal of graphite rings leads to a 9% reduction. The maximum stress for the entire valve is located at the connection between the inlet and the shell. The stress at the connection is 6000 MPa, which is unreasonably high compared to similar studies that report values of 200-600 MPa. The removal of graphite rings does not affect the maximum stress for the entire valve. From a stress perspective, no advantage of the graphite rings can be found. Heat transfer coefficients from COMSOL simulations, which use Navier-Stokes equations, are significantly higher at high pressures compared to those from empirical equations. This suggests that empirical equations are not applicable for the high pressures and temperatures investigated in the study.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: