Development of design process of rotary kiln
Pirttiniemi, Juuso (2021)
Diplomityö
Pirttiniemi, Juuso
2021
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021100549415
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021100549415
Tiivistelmä
In this master’s thesis, parametric 3D-model is developed that works as design tool for design of lime kiln shell section. New shell section is needed when service procedure is performed where damaged shell section from the old kiln is replaced with new one. In addition, this works studies the effect of axis misalignment on support loads, which means fault condition in which the central axis of the kiln is indirect with respect to the different supports.
The work introduces the lime kiln structure and its function as part of a white liquor plant and chemical recovery. Additionally, different forms of lime kiln damage are presented that occur during operation and could be a reason for maintenance.
The design tool is developed by utilizing top-down skeleton modelling, and its aim is to enable design of different shell section configurations effectively and automatically. The model includes main components of the shell that are shell plates, riding ring, filler bars and wear pieces. The model is controlled by user interface, that forms correct design into 3D-model based on user inputs. Based on test usage, the model can be utilized for designing of the lime kiln shell section, and it increases the efficiency of the process compared to 2D-design. Along with the flexible creation and modification of the design, 3D-model offers more illustrative presentation of the product.
The effect of axis misalignment on support loads is tested with three-support and five-support kilns for including the different behavior depending on kiln size. Based on the results, the effect of misalignment on support forces is higher with the five-support kiln. For a misalignment value of 5 mm, the increase on support forces is 10 percent, which can be considered critical for the durability of support roller bearings. Tässä diplomityössä kehitetään parametrinen 3D-malli, joka toimii suunnittelutyökaluna meesauunin vaippalohkon suunnittelua varten. Uusi lohko tarvitaan kun vanhalle meesauunille tehdään huoltotoimenpide, jossa vaurioitunut osa uunin vaipasta vaihdetaan uuteen. Lisäksi työssä tutkitaan linjavirheen vaikutusta uunin tukikuormituksiin, mikä tarkoittaa vikatilaa, jossa uunin keskiakseli ei ole tukien suhteen suorassa.
Työssä perehdytään meesauunin rakenteeseen ja sen tehtävään osana valkolipeälaitosta ja kemikaalikiertoa. Lisäksi käydään läpi uunin eri vauriomuotoja, joita käytön aikana ilmenee ja on syynä huoltotoimenpiteille.
Suunnittelutyökalu kehitettiin soveltaen top-down skeleton mallinnusta, ja sen tavoitteena on mahdollistaa erilaisten vaippalohkojen suunnittelu tehokkaasti ja automatisoidusti. Malli sisältää vaipan komponentit, jotka ovat vaippalevyt, kannatusrengas, aluslaput ja kulutuspalat. Mallia ohjataan käyttöliittymällä, joka käyttäjän alkuvalintojen perusteella mudostaan oikean rakenneyhdistelmän 3D-malliin. Testikäytön tulosten perusteella, malli soveltuu meesauunin vaippalohkon suunnitteluun, ja tehostaa suunnitteluprosessia 2D-suunnitteluun nähden. Rakenteen mallin tehokkaan luomisen ja muokkaamisen lisäksi, 3D-malli mahdollistaa havainnollistavamman tuotteen esitysmuodon.
Linjavirheen vaikutusta tukikuormiin testattiin kolmetukisella ja viisitukisella uunilla, jotta erikokoisten uunien käyttäytyminen saatiin huomioon. Tulosten perusteella, linjavirheen vaikutus tukikuormiin on suhteessa voimakkaampaa viisitukisella uunilla. 5 mm suuruisella linjavirheellä havaittiin 10 prosentin kasvu tukikuormassa, mitä voidaan pitää kriittisenä kannatusrullien laakerien kestävyyden kannalta.
The work introduces the lime kiln structure and its function as part of a white liquor plant and chemical recovery. Additionally, different forms of lime kiln damage are presented that occur during operation and could be a reason for maintenance.
The design tool is developed by utilizing top-down skeleton modelling, and its aim is to enable design of different shell section configurations effectively and automatically. The model includes main components of the shell that are shell plates, riding ring, filler bars and wear pieces. The model is controlled by user interface, that forms correct design into 3D-model based on user inputs. Based on test usage, the model can be utilized for designing of the lime kiln shell section, and it increases the efficiency of the process compared to 2D-design. Along with the flexible creation and modification of the design, 3D-model offers more illustrative presentation of the product.
The effect of axis misalignment on support loads is tested with three-support and five-support kilns for including the different behavior depending on kiln size. Based on the results, the effect of misalignment on support forces is higher with the five-support kiln. For a misalignment value of 5 mm, the increase on support forces is 10 percent, which can be considered critical for the durability of support roller bearings.
Työssä perehdytään meesauunin rakenteeseen ja sen tehtävään osana valkolipeälaitosta ja kemikaalikiertoa. Lisäksi käydään läpi uunin eri vauriomuotoja, joita käytön aikana ilmenee ja on syynä huoltotoimenpiteille.
Suunnittelutyökalu kehitettiin soveltaen top-down skeleton mallinnusta, ja sen tavoitteena on mahdollistaa erilaisten vaippalohkojen suunnittelu tehokkaasti ja automatisoidusti. Malli sisältää vaipan komponentit, jotka ovat vaippalevyt, kannatusrengas, aluslaput ja kulutuspalat. Mallia ohjataan käyttöliittymällä, joka käyttäjän alkuvalintojen perusteella mudostaan oikean rakenneyhdistelmän 3D-malliin. Testikäytön tulosten perusteella, malli soveltuu meesauunin vaippalohkon suunnitteluun, ja tehostaa suunnitteluprosessia 2D-suunnitteluun nähden. Rakenteen mallin tehokkaan luomisen ja muokkaamisen lisäksi, 3D-malli mahdollistaa havainnollistavamman tuotteen esitysmuodon.
Linjavirheen vaikutusta tukikuormiin testattiin kolmetukisella ja viisitukisella uunilla, jotta erikokoisten uunien käyttäytyminen saatiin huomioon. Tulosten perusteella, linjavirheen vaikutus tukikuormiin on suhteessa voimakkaampaa viisitukisella uunilla. 5 mm suuruisella linjavirheellä havaittiin 10 prosentin kasvu tukikuormassa, mitä voidaan pitää kriittisenä kannatusrullien laakerien kestävyyden kannalta.