Hierrejauhimen virtaukset ja optimaalinen suunnittelu

Abstract

Tämän diplomityön tarkoituksena on kehittää olemassa olevaa hierrejauhimen laskentamallia ja optimoida jauhatuksen tehokkuutta malliin sovellettavalla algoritmilla. Mallin osalta tavoite on kehittää luotettavuutta ja toteuttaa hallitsevat yhtälöt entistä tarkemmin. Optimoinnilla voidaan suunnitella tiettyyn prosessiin optimaaliset terägeometriat tai löytää tietylle hierrejauhimelle optimaaliset ajoparametrit. Hierrejauhimen roottorissa ja staattorissa on oleellisesti toisistaan poikkeavat virtauskentät. Painegradientista ja puuttuvasta tilavuusvoimasta aiheutuva takaisinvirtaus staattorissa laskee prosessin hyötysuhdetta ja tekee sen ennustamisesta vaikeaa. Vastakkain liikkuvat staattorin ja roottorin hampaat aiheuttavat voimakkaan vuorovaikutuksen vastakkaisessa urassa kulkevaan suspensioon. Urien välillä tapahtuu massan ja liikemäärän siirtoa, joka liittyy suspension sekoittumiseen ja takaisinvirtauksen muutokseen. Työssä tehdään katsaus hierrejauhinten toimintaan ja mallinnukseen. Esitetyn roottorin ja staattorin käsittävän laskentamallin tuloksia verrataan prosessista aiemmin tehtyihin mittauksiin. Ajoparametrien muutosten vaikutukset pystytään laskemaan tyydyttävällä tarkkuudella mittauksiin nähden. Volumetrinen hyötysuhde voidaan laskea, jolloin takaisinvirtauksen määrän vähentämiseksi voidaan määrittää vaadittavat geometrian muutokset. Terägeometrian ja virtaustilanteen vaikutukset jauhatustehoon ovat osittain tuntemattomia, mikä estää hyvin erilaisten geometrioiden luotettavan laskennan. Optimointi suoritetaan työssä kehitetyllä monitavoitteisella optimointialgoritmilla. Geometrian optimointi mahdollistaa suuremman parannuksen jauhatuksen tehokkuuteen kuin ajoparametrien säätäminen. Käyttämällä optimoituja segmenttejä, parhaiden käytössä olevien hierrejauhinten energiankulutusta voitaisiin selvästi vähentää laatutason pysyessä samana. Työn tulosten odotetaan johtavan entistä tehokkaampien segmenttien suunnitteluun ja valmistukseen. /Kir10