JultikaUniversity of Oulu repository

Tässä työssä tutkitaan paperin päällystyskoneen konekiertoputkistojen värähtelyä. Värähtely aiheuttaa tuotantokatkoksia aiheuttavia putki- ja kannakerikkoja erityisesti konekiertopumppujen ja painesihtien välisessä putkistossa. Värähtely ilmenee erityisesti pintapastaa applikoivien päällystysasemien 3 ja 4 konekiertoputkiston värähtelynä. Työn tavoitteena on tutkia, mikä toimii putkistovärähtelyn herätteenä ja löytää keinoja putkistovärähtelyn hallintaan. Putkistovärähtelyyn voidaan vaikuttaa muuttamalla tai lisäämällä putkiston kannakointia, muuttamalla putkiston dimensioita tai vaikuttamalla herätteeseen. Työ jakautuu teoria- ja tutkimusosuuteen. Teoriaosuudessa esitellään konekierto-järjestelmän toiminta, epäkeskoruuvipumppujen toimintaa, värähtelymekaniikkaa, virtausmekaniikkaa, putkistoon liittyvää värähtelyä sekä elementtimenetelmiä. Tutkimusosuudessa esitellään tehdyt tutkimukset, sekä arvioidaan tutkimusten tulokset. Tutkimuksessa käytettiin värähtely- ja painemittausta sekä elementtimenetelmiä. Tutkimusten aikana putkiston kannakointiin tehtiin muutoksia ja tutkittiin kannakointimuutosten vaikutusta värähtelyyn. Putkistovärähtelyn heräte tulee konekiertopumppujen tuottamasta pulseeraavasta paineesta. Pulseeraus ei muodostu ongelmaksi, kun pastan viskositeetti on tarpeeksi alhainen. Pintapastan viskositeetti erityisesti kiiltävällä pintapastalla on huomattavasti korkeampi kuin esipastalla tai matalla pintapastalla ja aiheuttaa voimakasta pulseerausta virtaukseen. Konekiertoputkiston värähtelytasot laskivat sallitulle tasolle mattaa pintapastaa pumpattaessa. Kiiltävällä pintapastalla värähtelytasot jäivät matta pintapastaa korkeammiksi, mutta laskivat kannakemuutoksien avulla huomattavasti. Värähtely väheni erityisesti putkistorikoille herkällä kokoajaputken alueella. Painemittaukset myös osoittavat varsin helpon tavan määrittää epäkeskoruuvipumpun kunnon. Pumppujen rikkoontuessa rikkinäisen pumpun erottaminen ehjistä on ollut vaikeaa. Pumpun kuluminen aiheuttaa vuotovirtausta ja pumpun tuoton pienenemistä. Painemittauksilla voidaan määrittää helposti eniten vuotovirtausta aiheuttava pumppu.

In this thesis piping vibration of paper coating colour supply system is studied. The piping vibration causes production outages due the failures in pipes and piping supports. Failures take place in pipework between pumps and pressure screen especially in surface coating stations 3 and 4. The aim of this thesis is to examine excitation of piping vibration and the ways to reduce it. Piping vibration can be influenced by changing or adding piping supports, changing the dimensions of the pipes or by influencing the excitation. This thesis is divided into theoretical and experimental part. The theories of paper coating colour supply system, eccentric screw pumps, vibration mechanics, fluid mechanics, piping vibration and finite element systems are presented in the theoretical part. The experimental part presents and evaluates the experimental studies. In these studies measurements of pressure and vibration as well as FEM were used. During the experimental studies piping supports were changed and the effect to the piping vibration were monitored. The excitation of the supply system piping vibration is caused by pulsative pressure from eccentric screw pumps. Pulsation causes problems only when viscosity of coating paste is high enough. The worst piping vibration takes place when glossy coating paste is applied to paper. Glossy paste has significantly higher viscosity than matte paste. Vibration levels of coating supply line were reduced to allowed level when matte coating paste was applied to paper. Pumping glossy paste causes still higher vibration levels but due to the piping support changes, vibration levels were reduced significantly close the most frequent piping failures area the collector pipe. Pressure measurements proved to be useful when determining the condition of an eccentric screw pump. When an eccentric screw pump is worn out it starts to increase the amount of slip flow and decrease the volume flow. It has been difficult to find out which pump has worn out and causes volume flow drop in the system. Slip flow is visible in the pressure pressure measurement.