Diss. Karlskrona : Blekinge tekniska högskola, 2008.

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.

Stålindustrin genererar en stor mängd CO2 utsläpp under materialproduktion. På grund av detta är det viktigt att optimera användningen av materialet så att mer utsläpp än nödvändigt ej genereras. Utöver onödiga utsläpp kan en materialbesparing även leda tilllägre kostnader i produktionen för företagen. Denna studie avser att kontrollera just detta genom att utföra optimeringsförsök på en ställning från företaget Bernoulli System AB. Ställningen var ursprungligen tillverkad för en av deras större vattenfilter, men används även till övriga filterstorlekar. Hypotesen som bildats är att ställningen bör vara överdimensionerad för deras mindre filter. De poängterar att benen i ställningen anses som mest intressanta vid en analys. Om det är möjligt skulle de även gärna använda sig av kommersiella plåtprofiler i stället för den nuvarande bockade plåten. Studien tar sig an att analysera den nuvarande konstruktionen för att besvara hypotesen ställd av företaget. Utöver detta så kontrolleras även möjligheterna att använda sig av kommersiella profiler för benen. Genom denna studie är förhoppningen att resultatet ska påvisa att även mindre konstruktioner kan generera stora procentuella besparingar vid optimering. I studien används modelleringsprogrammet Creo för att simulera en förenklad modell av den nuvarande ställningen som utgångsläge. Flertalet olika kommersiella profiler analyseras för ställningen för att uppnå en optimal optimering. Vissa förenklingar och avgränsningar har utförts i samråd med företaget för att möjliggöra studien. För att säkerställa att resultaten från simuleringarna i Creo är korrekta uppförs en analytisk modell i Matlab. Genom tilläggsprogrammet CALFEM beräknas modellens reaktionskrafter, som sedan räknas om till effektivspänningar med handberäkningar. Vid jämförelse mellan de båda resultaten skapas en form av valideringsmetod för studien. Valet av kommersiell profil som studerades blev UPE-profiler då de ansågs som det mest lämpade alternativet för konstruktionen. När fortsatt optimering ej kunde utföras längre sammanställdes resultaten för att kontrollera den möjliga besparingen. Studien stödjer företagets hypotes, benen i ställningen är överdimensionerade för deras mindre filter. Det är möjligt att optimera benen i konstruktionen och ersätta den bockadeplåten mot UPE-profiler. Enligt studiens analys kan en UPE-80 profil användas samt att både mittstång och stödplåt kan tas bort från ställningen. Anledningen till detta är att dessa delar är underdimensionerade i den optimerade konstruktionen. I dessa delar genereras en effektivspänning som överstiger det maximalt tillåtna värdet satt avföretaget på 96 MPa. Vid simulering av den optimerade konstruktionen i Creo uppnås en maximal effektivspänning till 89 MPa. Studiens slutsats blir därmed att en UPE-80 profil kan användas som ben för ställningen. Total besparing efter optimering av benen uppgår till ca 52 %. / The steel industry generates a large amount of CO2 emissions during material production. Because of this, it is important to optimize the use of the material so that unnecessary emissions can be avoided. Apart from the CO2 emission and material reduction, optimization can result in less costs in production for the company. This study intends to verify this by performing an optimization of a support used by the company Bernoulli System AB. The support was originally designed for one of their larger water filters, but is used for various filter sizes. The hypothesis formed by the company is that the support is oversized for their smaller filters. They specify that the legs are particularly interesting to analyze for the optimization. If possible, they would also prefer to use commercial metal profiles instead of the bent sheet metal used today. The study undertakes to analyze their current construction to answer the hypothesis posed by the company. In addition to this, the study will check the possibilities of using commercial material for the legs. Through this study the hope is that the result will show that even smaller constructions can genereate large percentage savings through optimization. To perform the study the modeling program Creo is used to simulate a simplified model of the current support. To achieve an optimal optimization for the support various simulations are performed with different profiles for the legs. Some simplifications and boundaries for the study have been made in consultation with the company to be able to perform the study. To ensure that the model in Creo works and gives correct results from the simulation, an analytical model is built in Matlab. Through the additional program CALFEM the model’s reaction forces are obtained, which can then be used in hand calculations to check the effective stress. By comparing the results from both methods a validation method is established. The choice of commercial profiles to test for the support became UPE-profiles since they seemed the most fitting as a substitute. When further optimization wasn’t possible the results were compiled to check the possible savings after the optimization. The study confirms the company’s hypothesis, the legs are oversized for their smaller water filters. It is possible to optimize the legs in the construction and replace the bent sheet metal with UPE-profiles. According to the study’s analysis a UPE-80 profile canbe used for the legs, and both the support plate and middle bars can be removed in the construction. The reason for the removal of these parts is because they are undersized for the optimized construction. This led to the parts generating a higher effective stress than allowed of 96 MPa. With the optimized construction simulated in Creo, a maximum effective stress of 89 MPa is achieved. The study therefore concludes that a UPE-80 profile can be used as the legs for the support. The total savings of the legs by performing the optimization is approximately 52 %.