haku: @keyword valve / yhteensä: 13
viite: 2 / 13
| Tekijä: | Vuorio, Jaakko |
| Työn nimi: | Säätöventtiilin esiohjauksen kehitys |
| Development of a pilot stage for proportional valve | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2015 |
| Sivut: | iv + 81 Kieli: fin |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Koneensuunnittelu (K3001) |
| Valvoja: | Pietola, Matti |
| Ohjaaja: | Hakulinen, Sami |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201602161362 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 3443 | Arkisto |
| Avainsanat: | prestage positioner pneumatics valve esiohjaus asennoitin pneumatiikka venttiili |
| Tiivistelmä (fin): | Tämän työn tavoitteena oli kehittää digitaalisen asennoittimen, pneumaattisen venttiilin toimintaa. Päätavoite oli parantaa kaksiosaisen venttiilin esiohjauksen kapasiteettia ja vähentää sen ilmankulutusta. Työ rajattiin erityisesti esiohjauspiiriin. Esiohjauksessa yleisesti käytetyn suutin-läppäventtiilin toimielimen kehitys rajattiin työn ulkopuolelle. Aluksi työssä käydään läpi Metson ND9000 asennoittimen esiohjauksen toiminta ja perehdytään myös muutaman kilpailijan esiohjauspiiriin. Työssä luodaan teoreettinen katsaus ilman virtaukseen kuristuksen läpi ja selvitetään mahdollisia esiohjauspiirin kehitykseen soveltuvia tekniikoita. Kilpailijoiden ratkaisuiden ja löydettyjen tekniikoiden pohjalta luotiin 4 erilaista konseptia, joista jatkokehitykseen valittiin yksi pisteytyksen perusteella. Valitusta konseptista luotiin simulointimalli suunnittelun aputyökaluksi ja halutunlaisen toiminnan varmistamiseksi. Simulointimallin avulla toteutettiin myös konseptille esiohjauspaineen säätöön soveltuva säädin. Lopulta konseptista rakennettiin prototyyppi, jolla säädettiin suljetun tilan painetta. Prototyypille suoritettiin kokeet, joilla mitattiin sen tuottaman esiohjauspaineen nousu- ja laskuaikaa, ilmankulutusta ja syöttöpaineen suhteen vakioitua toimintaa. Myös suunnitellun säätimen toimintaa testattiin käytännössä. Laite täytti testatut suorituskykyvaatimukset kaikkien paitsi laskuajan osalta. Prototyypin venttiilit vuosivat hieman odotettua enemmän ilmaa, vuotojen voidaan kuitenkin odottaa vähenevän jos venttiilit läpätään. Suunniteltu säädin ei toiminut testeissä aivan oletetulla tavalla ja sen toimintaa voidaan pitää korkeintaan välttävänä. Prototyypin toiminta on myös labiilia, jolloin hyvä säädin on sen oikeanlaisen toiminnan kannalta välttämätöntä. Konseptin laitteelle suoritettiin myös vioittumis- ja vaikutusanalyysi. Jonka tuloksena todettiin, että konsepti ei sisällä merkittäviä vikaantumisriskejä, suutin-läppäventtiiliä lukuun ottamatta. Työn tuloksena saatiin prototyyppi, joka täytti lähes kaikki sille asetetut vaatimukset. Prototyypin esiohjauksen hallintaan tuomat parannukset ovat kuitenkin varsin pieniä verrattuna sen aiheuttamaan esiohjauspiirin hinnan ja monimutkaisuuden kasvuun. Jos pääteasteen esiohjaustilavuus kuitenkin kasvaa entisestään, korostuu prototyypin suuremman kapasiteetin tuomat hyödyt. Suunniteltua laitetta ei voida suoraan sellaisenaan hyödyntää painekompensoidun pääteasteen ohjaukseen sen vakioidun painetason takia. |
| Tiivistelmä (eng): | Aim of the thesis was to further develop the pneumatic valve of a digital positioner. Main goal was to improve the capacity of the two stage valve's pilot stage and reduce its air consumption. Outline of the thesis was especially in a pilot-stage. Development of the actuating system commonly used in pilot-stage's nozzle-flapper valve was excluded from the work. The research begins with a review of Metso's ND9000 positioner pilot-stage working principles. A few competitor pilot-stage circuits is also familiarized. Theoretical outlook on air flow through orifice and survey of applicable technologies to develop the pilot-stage, is made. According to competitor solutions and found technologies, 4 different concepts were created from which one was chosen for further development based on their rating. A simulation model was created from the concept to assist the design process and to confirm the correct operation of the system. A simulation model based control loop was designed for the concept to control prestage pressure. Eventually a prototype was built based on the concept. It was used to control the pressure of a closed space. A number of tests were ran for the prototype which measured its rising and falling prestage pressure response time, air consumption and functions under varying input pressures. Also the operation of the designed control loop was tested in practice. The device met the performance requirements except for the falling prestage pressure response time. Valves of the prototype leaked more air than expected however it can be assumed that the leaks will decrease if the valves are lapped. The designed control loop did not perform as hoped and its performance can be considered adequate at best. The prototype is a labile system therefore a good control is necessary for its correct operation. A FMEA was conducted for the concept and it was found out that the concept does not have a significant failure risks, except for the nozzle-flapper valve. As a result of the thesis a prototype was created which met almost all of the requirement conditions. The improvements made by the prototype to the control of the prestage pressure were quite minor compared to the increased cost and complexity of the prestage circuit. However if the output stage prestage volume increases it would highlight the benefits of the prototype's increased air flow capacity. The designed device cannot be utilized as it is to control pressure compensated output stage because of its regulated pressure levels. |
| ED: | 2016-02-21 |
INSSI tietueen numero: 53154
+ lisää koriin
INSSI