Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Design of a fluid rotaryjoint prototype
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Machine Design (Dept.).
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Konstruktion av roterskarvsprototyp för vätskor (Swedish)
Abstract [en]

This thesis, which has been carried out at the department of research and development at

Cobham Antenna Systems, comprises the development of a fluid rotary joint (FRJ) prototype

and shall provide a thorough insight in relevant design aspects. Based on input parameters and

objectives derived from an actual Cobham project, the possibility of manufacturing a fluid rotary

joint in-house has been investigated.

A rotary joint is sub-system built up by modules linking signal transmission between the

stationary and rotating parts of a microwave communication system, typically a rotating radar

antenna. High power may generate a need of liquid cooling,

i.e. a need of a fluid rotary joint

module enabling connection of the up- and downstream of a recirculating cooling system,

independent of antenna rotation and with minimal leakage. The typical FRJ features a bearing

supported rotor mounted with a number of rotary seals inside a casing, referred to as stator, with

channels guiding fluid from one to the other. Key objectives of the design are the flow channel

configuration and flow performance relative geometrical size and structural integrity.

As a result of the comprehensive pre-study three FRJ concepts were created and evaluated based

on a customer requirement specification. The most advantageous design, in terms of e.g.

manufacturability and flow performance potential, a multi-channel rotor design with mechanical

face seals, was selected for further development.

The CAD models were created in Solid Edge ST5, evaluated using FEM-analysis in ANSYS

Workbench 14.5 and CFD analysis in ANSYS Fluent.

The resulting prototype design features wide internal channels, a generous centre bore clearance

equivalent to a diameter of 58 mm, robust mechanical face seals and a sturdy stainless steel

stator and rotor design with a total weight below 29.2 kg. With a total pressure loss per channel

of less than 0.0065 MPa at the specified mass flow rate of 1.5 kg/s the module are capable of

mass flow rates up to 2.5 kg/s until reaching the specified maximum pressure loss of 0.02 MPa.

Keywords: Rotary union, Rotary coupling, Flow loss, FRJ, RJ

Abstract [sv]

Detta examensarbete, utfört under avdelningen för forskning och utveckling hos Cobham

Antenna Systems, består av utvecklingen av en roterskarvsprototyp avsedd för vätskor och ska

tillhandahålla en utförlig inblick kring faktorer relevanta för dess konfiguration. Utifrån ingående

konstruktionskriterier och målsättningar, hämtade ur ett befintligt projekt hos Cobham, har

möjligheterna för att utveckla och tillverka en fluidskarv inom företaget utretts.

En roterskarv är ett delsystem uppbyggt av moduler som länkar signalsändningar mellan de

stationära och roterande delarna i ett mikrovågskommunikationssystem, typiskt en roterande

radarantenn. Med höga effekter kan behovet av vätskekylning uppstå, det vill säga ett behov av

en roterskarvsmodul med kanaler som sammanbinder ett slutet kylsystems upp- och nedflöden

oberoende antennrotation och med minimalt läckage. Generellt består en sådan fluidskarv av en

lagrad rotor monterad i ett hus, kallad stator, vars interna kanaler sammanbinds genom

rotationstätningar. Kanalernas utformning och flödeskapacitet relativt fysisk storlek och

strukturell integritet anses vara avgörande.

Som resultat av den omfattande förstudien baserat på kundkrav skapades tre fluidskarvskoncept

som sedan utvärderades. Konceptet som ansågs mest lämpat för vidareutveckling, utifrån bland

annat tillverkningsmöjlighet och flödeskapacitet, består av en flerkanalig rotor primärt tätad av

tåliga mekaniska plantätningar.

CAD-modeller skapades i Solid Edge ST5, utvärderades med hjälp av FEM-analys i ANSYS

Workbench 14.5 och CFD-analys i ANSYS Fluent.

Vidareutvecklingen resulterade i en prototyp med vida kanaler, en rymlig centrumöppning

motsvarande en diamater på 58 mm, robusta mekaniska plantätningar och en stadig design

tillverkad i rostfritt stål med en totalvikt under 29.2 kg. Med en tryckförlust på 0.0065 MPa per kanal vid det specificerade massflödet 1.5 kg/s klarar fluidskarven massflöden upp till 2.5 kg/s tills det att den angivna maximala tryckförlusten på 0.02 MPa uppnås.

Nyckelord: Vätskeroterskarv, Vätskeroterstycke, Svivel, Roterstycke, Tryckförlust

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 92 p.
Series
MMK 2014:23 MKN 113
Keyword [en]
Rotary union, Rotary coupling, Flow loss, FRJ, RJ
Keyword [sv]
Vätskeroterskarv, Vätskeroterstycke, Svivel, Roterstycke, Tryckförlust
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-157155OAI: oai:DiVA.org:kth-157155DiVA: diva2:769425
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-12-08 Created: 2014-12-08

Open Access in DiVA

Design of a fluid rotary joint prototype(5633 kB)695 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5633 kBChecksum SHA-512
347dff07687eedf5e1b37b8779960ce720003a7d5ae05d90986c3353eea4ff77320141d47a899282c21d1eb1d2c843f6a69c736b9562161cf5ba9b0cbb0c4c22
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Machine Design (Dept.)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 695 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 211 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf