Sellumassan varastosäiliön rakenneanalyysi

Tämä työ käsittelee valkaistun ja valkaisemattoman sellumassan varastosäiliön tärinää ja värähtelyä. Värähtelyn seurauksena säiliön seinämän jäykisterenkaan hitsausliitokseen on syntynyt särö. Työn tavoitteena on selvittää, mikä johtaa särön syntyyn ja miten kestäväm-piä varastosäiliöitä voidaan rakentaa materiaali-, valmistus- tai rakennemuutoksien avulla. Työ alkoi tutkimalla rakennemateriaalina olevan duplex-teräksen mikrorakenteen ominai-suuksia, sekä sen hitsattavuutta ja seostamista kirjallisuustutkimuksena. Kirjallisuustutki-musta jatkettiin selvittämällä mahdollisia vaurion syntymekanismeja seinämän särölle. Työssä analysoitiin myös tehtaalla mitattuja värähtelyarvoja. Lopuksi laskettiin FE-analyysillä tyhjän varastosäiliön ominaismuodot ja -taajuudet moodianalyysillä, sekä selvi-tettiin harmonisella analyysillä pinnankorkeuden vaihtelun vaikutus siirtymävasteeseen ja kriittisiin värähtelytaajuuksiin. Varastosäiliöön kohdistuvaa värähtelyä ei ole mahdollista poistaa kokonaan, mutta väräh-telyn aiheuttamia seurauksia kyetään rajaamaan useilla keinoilla. Toimenpiteinä voivat olla ainakin seinämän materiaalin paksuuden lisääminen, jäykisteripojen lisääminen ja kriittisten sellun pinnankorkeuksien välttäminen. Kriittiseksi pinnankorkeudeksi havaittiin 40–45 %:n täyttöaste ja turvalliseksi korkeudeksi 35–38 %:n täyttöaste. Varastosäiliölle kriittisen ominaistaajuuden katsotaan syntyvän taajuuksilla 3,3–3,8 Hz ja 5,8–6,4 Hz. Sellumassa putoaa varastosäiliöön noin 2 Hz taajuudella.

In this master’s thesis a structural vibration of a bleached and unbleached pulp storage tank has been studied. Due to a critical vibration the storage tank’s shell has been cracked from the weld of a stiffening ring. The goal of this thesis is to solve what causes the crack and how better storage tanks could be built through material, manufacturing or structural changes. This thesis begun by studying the properties, weldability and alloying elements of the du-plex-steel as a literature study. Literature study was continued by studying different causes for failure in a storage tank’s shell. Measured data from a pulp mill was also studied. Final-ly a finite element method analysis was conducted to study the eigenmodes and -frequencies of an empty storage tank through modal analysis. The harmonic response was also studied by varying the level of the stored pulp to solve the frequency responses and finding the critical vibrations. In this thesis it was found out that there is no way to avoid vibration entirely, but there is more than one way to prevent damages caused by critical vibration. Some of these methods are adding a thicker plate to top part of the shell, adding vertical stiffening bars to top of the shell between stiffening rings and avoiding critical tower levels of the stored pulp. Crit-ical tower levels were calculated to be at 40–45 % and safe tower levels were calculated to be at 35–38 %. Critical eigenfrequencies were solved to be at 3,3–3,8 Hz and 5,8–6,4 Hz. Stored pulp is fed into the storage tank approximately at frequency of 2 Hz.