This report is a bachelor thesis at Karlstad University in collaboration with Invencon AB and Ranotor AB. The goal was to analyze a rotating valve leading water vapor through an inlet and five outlets. The quantifiable results that were addressed in this project are the mass flow through the outlets and the forces affecting the valve and its shaft (primarily radial forces). The tools used for this project are PTC Creo and ANSA for modelling and mesh as well as ANSYS-CFX and Matlab for computational help. The results show that the specified rotational speed of 4600 rpm doesn’t work for this model. The rotational speed was chosen because of an interest in this specific operating condition. A 3 mm radial gap between the rotating valve and the valve housing proved to cause a leakage in the form of pressure loss inside the valve. The boundary conditions that were laid out for this project are not valid for this operating condition. Since the difference in pressure is large (100 down to 1 bar) the flow is choked. A large difference in pressure also makes it important to adjust the total area of the outlets, since the pressure drop affects the density of the vapor. The forces on the rotating valve that were calculated (using ANSYS-CFX) create a foundation for choosing bearings for the valve. If the construction is modified, and/or the rotating valve will operate at a different rotational speed these forces will be subject to change. / Denna rapport är ett examensarbete på Karlstads Universitet i samband med Invencon AB och Ranotor AB. Målet var att analysera en roterande ventil som leder trycksatt vattenånga via ett inlopp och ut genom fem olika utlopp. De kvantifierbara resultaten som söktes var massflödet ut ur utloppen och krafterna som påverkar ventilen och axeln (främst radiellt). Verktyg som har använts för att analysera ventilen är PTC Creo och ANSA för modellering och mesh, samt ANSYS-CFX och Matlab för beräkningshjälp. Resultaten tyder på att det valda varvtalet, 4600 rpm, inte fungerar så bra. Varvtalet valdes pågrund av att man var intresserad av driftsfallet. Ett 3 mm radiellt avstånd mellan ventil ochventilhus visade sig även ge läckage i form av tryckfall inuti ventilen. Randvillkoren som är specificerade är inte giltiga vid detta driftsfall. Eftersom tryckförhållandet är så högt (100 till 1 bar) så är flödet chokat. Stor tryckskillnad gör det viktigt att anpassa arean på utloppen, då tryckfall påverkar densiteten. Krafterna på den roterande ventilen som beräknades (i ANSYS-CFX) är ett underlag vid val av lager för ventilen. Om konstruktionen modifieras, och/eller ventilen kommer att användas vid ett annat varvtal så kommer dessa krafter att ändras.

Denna rapport är gjord på ett examensarbete som var utfört på uppdrag av det svenska företaget Ranotor AB. Syftet var att utveckla en konceptuell lösning för en rotationsventil som skall fungera i en miljö med hög temperatur och högt tryck. Ventilen skall arbeta under höga rotationshastigheter, vilket kräver korta öppettider.Tekniska hjälpmedel såsom SolidWorks, ANSYS och MATLAB användes för att modellera och analysera de konceptuella lösningarna. Slutlösningen valdes från ett flertal olika koncept, varpå detta vidareutvecklades och optimerades. Betydande material och gastätningslösningar identifierades och utvärderades för att hitta den bästa lösningen. Optimering av individuella komponenter och hela anordningen gjordes med avseende på spänning, termisk- och dynamisk analys. De givna specifikationerna uppfylldes och resultaten var tillfredsställande. Resultaten ger en teoretisk bas för vidareutveckling och applicering av en rotationsventil in en miljö med hög temperatur och högt tryck. / This Master thesis is a project commissioned by the Swedish company Ranotor AB. The objective of this thesis is to develop a conceptual solution for a rotary valve mechanism that has to work efficiently in a high-temperature and high-pressure environment. The valve is to operate at high rotational speeds which calls for very short opening time.Modern engineering tools namely Solidworks, Ansys and Matlab, were employed for modelling and analysis of the conceptual solution.The best design solution was selected from three developed concepts, and the selected concept was further developed and optimized. Major material candidates and gas-tight sealing solution were identified and evaluated and the optimal material and seal design was chosen. Optimization of the individual components as well as the whole assembly was performed based on stress, thermal and dynamic analysis. The given design specifications and functions were fulfilled and the results were satisfactory. The obtained results provide a theoretical foundation for the development and application of a rotary valve in high-temperature and high-pressure environment.