In-line Monitoring of Precipitation Process using Raman Spectroscopy and ATR-FTIR

Polymorfian jatkuva seuranta saostuksessa on hyödyllistä suunnittelun ja kidetuotteen ominaisuuksien sekä kiteytystä seuraavan jatkoprosessoinnin kannalta. Tässä diplomityössä on tutkittu L-glutamiinihapon kahden (- ja ß) polymorfimuodon liukoisuuden riippuvuutta pH:sta ja lämpötilasta.Tulokseksi saatiin, että kummankin polymorfin liukoisuus kasvoi sekä pH:ta ettälämpötilaa kasvatettaessa. ¿¿muodon liukoisuus oli korkeampi kuin ß-muodon liukoisuus valituilla pH-arvoilla eri lämpötiloissa. Lisäksi seurattiin puolipanostoimisen saostuksen aikana 1-litraisella laboratoriokiteyttimellä muodostuvan kiteisen polymorfiseoksen koostumusta hyödyntäen in-line Raman-spektroskopiaa. Myös liuoksen pH-muutosta seurattiin sekä liuoksen koostumusta ATR FTIR-spektroskopian (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared Spectrometer) avulla. Tutkittavina muuttujina olivat mm. sekoitusintensiteetti, sekoitintyyppi, reaktanttien (natriumglutamaatti ja rikkihappo) konsentraatiot sekä syötetyn rikkihapon syöttökohta kiteyttimessä. Työhön sisältyi 36 koetta ja osa kokeista toistettiin tulosten oikeellisuuden tarkistamiseksi. Inline-mittaustulosten verifioimiseksi kidenäytteet analysoitiin myös käyttämällä konfokaali Raman-mikroskooppia. Kidemorfologiaa tutkittiin SEM-kuvien (Scanning Eletronic Microscope) avulla. Työ osoitti, että Raman-spektroskopia on joustava ja luotettava menetelmä saostusprosessin jatkuvaan seurantaan L-glutamiinihapolla. Alhaiset lähtöainepitoisuudet tuottivat pääasiassa ¿¿muotoa, kun taas alhainen sekoitusteho edisti ß-muodon muodostumista. Syöttökohta vaikutti merkittävästi polymorfiaan. Kun rikkihapon syöttökohta oli epäideaalisesti sekoitetulla vyöhykkeellä, nousi ylikylläisyystaso korkeaksi ja päätuote oli tällöin ß-muotoa. 6-lapainen vinolapaturbiini (nousukulma 45o) ja 6-lapainen levyturbiini eivät merkittävästi poikenneet toisistaan muodostuvien polymorfien osalta.

A novel procedure for establishing clinching parameters for high strength steel sheet

The building industry has a particular interest in using clinching as a joining method for frame constructions of light-frame housing. Normally many clinch joints are required in joining of frames.In order to maximise the strength of the complete assembly, each clinch joint must be as sound as possible. Experimental testing is the main means of optimising a particular clinch joint. This includes shear strength testing and visual observation of joint cross-sections. The manufacturers of clinching equipment normally perform such experimental trials. Finite element analysis can also be used to optimise the tool geometry and the process parameter, X, which represents the thickness of the base of the joint. However, such procedures require dedicated software, a skilled operator, and test specimens in order to verify the finite element model. In addition, when using current technology several hours' computing time may be necessary. The objective of the study was to develop a simple calculation procedure for rapidly establishing an optimum value for the parameter X for a given tool combination. It should be possible to use the procedure on a daily basis, without stringent demands on the skill of the operator or the equipment. It is also desirable that the procedure would significantly decrease thenumber of shear strength tests required for verification. The experimental workinvolved tests in order to obtain an understanding of the behaviour of the sheets during clinching. The most notable observation concerned the stage of the process in which the upper sheet was initially bent, after which the deformation mechanism changed to shearing and elongation. The amount of deformation was measured relative to the original location of the upper sheet, and characterised as the C-measure. By understanding in detail the behaviour of the upper sheet, it waspossible to estimate a bending line function for the surface of the upper sheet. A procedure was developed, which makes it possible to estimate the process parameter X for each tool combination with a fixed die. The procedure is based on equating the volume of material on the punch side with the volume of the die. Detailed information concerning the behaviour of material on the punch side is required, assuming that the volume of die does not change during the process. The procedure was applied to shear strength testing of a sample material. The sample material was continuously hot-dip zinc-coated high-strength constructional steel,with a nominal thickness of 1.0 mm. The minimum Rp0.2 proof stress was 637 N/mm2. Such material has not yet been used extensively in light-frame housing, and little has been published on clinching of the material. The performance of the material is therefore of particular interest. Companies that use clinching on a daily basis stand to gain the greatest benefit from the procedure. By understanding the behaviour of sheets in different cases, it is possible to use data at an early stage for adjusting and optimising the process. In particular, the functionality of common tools can be increased since it is possible to characterise the complete range of existing tools. The study increases and broadens the amount ofbasic information concerning the clinching process. New approaches and points of view are presented and used for generating new knowledge.

Direct-on-line axial flux permanent magnet synchronous generator static and dynamic performance

In distributed energy production, permanent magnet synchronous generators (PMSG) are often connected to the grid via frequency converters, such as voltage source line converters. The price of the converter may constitute a large part of the costs of a generating set. Some of the permanent magnet synchronous generators with converters and traditional separately excited synchronous generators couldbe replaced by direct-on-line (DOL) non-controlled PMSGs. Small directly networkconnected generators are likely to have large markets in the area of distributed electric energy generation. Typical prime movers could be windmills, watermills and internal combustion engines. DOL PMSGs could also be applied in island networks, such as ships and oil platforms. Also various back-up power generating systems could be carried out with DOL PMSGs. The benefits would be a lower priceof the generating set and the robustness and easy use of the system. The performance of DOL PMSGs is analyzed. The electricity distribution companies have regulations that constrain the design of the generators being connected to the grid. The general guidelines and recommendations are applied in the analysis. By analyzing the results produced by the simulation model for the permanent magnet machine, the guidelines for efficient damper winding parameters for DOL PMSGs are presented. The simulation model is used to simulate grid connections and load transients. The damper winding parameters are calculated by the finite element method (FEM) and determined from experimental measurements. Three-dimensional finite element analysis (3D FEA) is carried out. The results from the simulation model and 3D FEA are compared with practical measurements from two prototype axial flux permanent magnet generators provided with damper windings. The dimensioning of the damper winding parameters is case specific. The damper winding should be dimensioned based on the moment of inertia of the generating set. It is shown that the damper winding has optimal values to reach synchronous operation in the shortest period of time after transient operation. With optimal dimensioning, interferenceon the grid is minimized.

Applicability of Power-Line Communications to Data Transfer of On-line Condition Monitoring of Electrical Drives

The research of power-line communications has been concentrated on home automation, broadband indoor communications and broadband data transfer in a low voltage distribution network between home andtransformer station. There has not been carried out much research work that is focused on the high frequency characteristics of industrial low voltage distribution networks. The industrial low voltage distribution network may be utilised as a communication channel to data transfer required by the on-line condition monitoring of electric motors. The advantage of using power-line data transfer is that it does not require the installing of new cables. In the first part of this work, the characteristics of industrial low voltage distribution network components and the pilot distribution network are measured and modelled with respect topower-line communications frequencies up to 30 MHz. The distributed inductances, capacitances and attenuation of MCMK type low voltage power cables are measured in the frequency band 100 kHz - 30 MHz and an attenuation formula for the cables is formed based on the measurements. The input impedances of electric motors (15-250 kW) are measured using several signal couplings and measurement based input impedance model for electric motor with a slotted stator is formed. The model is designed for the frequency band 10 kHz - 30 MHz. Next, the effect of DC (direct current) voltage link inverter on power line data transfer is briefly analysed. Finally, a pilot distribution network is formed and signal attenuation in communication channels in the pilot environment is measured. The results are compared with the simulations that are carried out utilising the developed models and measured parameters for cables and motors. In the second part of this work, a narrowband power-line data transfer system is developed for the data transfer ofon-line condition monitoring of electric motors. It is developed using standardintegrated circuits. The system is tested in the pilot environment and the applicability of the system for the data transfer required by the on-line condition monitoring of electric motors is analysed.

On-Line Analytical Processing of Inventory Turnover

Operatiivisen tiedon tuottaminen loppukäyttäjille analyyttistä tarkastelua silmällä pitäen aiheuttaa ongelmia useille yrityksille. Diplomityö pyrkii ratkaisemaan ko. ongelman Teleste Oyj:ssä. Työ on jaettu kolmeen pääkappaleeseen. Kappale 2 selkiyttää On-Line Analytical Processing (OLAP)- käsitteen. Kappale 3 esittelee muutamia OLAP-tuotteiden valmistajia ja heidän arkkitehtuurejaan sekä tyypillisten sovellusalueiden lisäksi huomioon otettavia asioita OLAP käyttöönoton yhteydessä. Kappale 4, tuo esille varsinaisen ratkaisun. Teknisellä arkkitehtuurilla on merkittävä asema ratkaisun rakenteen kannalta. Tässä on sovellettu Microsoft:n tietovarasto kehysrakennetta. Kappaleen 4 edetessä, tapahtumakäsittelytieto muutetaan informaatioksi ja edelleen loppukäyttäjien tiedoksi. Loppukäyttäjät varustetaan tehokkaalla ja tosiaikaisella analysointityökalulla moniulotteisessa ympäristössä. Vaikka kiertonopeus otetaan työssä sovellusesimerkiksi, työ ei pyri löytämään optimaalista tasoa Telesten varastoille. Siitä huolimatta eräitä parannusehdotuksia mainitaan.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

On-line –jatkojalostuksen integrointi mäntysahan tuotantoprosessiin

Diplomityön tavoitteena oli selvittää erilaisia jatkojalostusmahdollisuuksia, joilla voidaan nostaa suuren mäntysahan tuotteiston arvoa. Lisäksi tuli tarkastella jalostuksen integrointia sahan tuotantoprosessiin. Työn taustalla on toisaalta puutuotemarkkinoiden muuttuminen ja toisaalta raaka-aineen laadullinen huononeminen. Molemmat seikat vaikuttavat negatiivisesti perinteisen mäntysahan kannattavuuteen .Jatkojalostuksen integroinnilla sahatavaraprosessiin saavutetaan säästöjä tuotantokustannuksissa, kun tarkastellaan koko prosessia tukista jatkojalosteeksi. Myös raaka-aineen tuottavuutta voidaan nostaa integraation avulla. Jatkojalostus voidaan integroida sahatavaraprosessiin raaka-aineen valikoinnilla sahatavaraprosessin eri osissa, on-line –jalostuksella sekä taloudellisesti. Sahatavaraprosessissa tapahtuva raaka-aineen valikointi voidaan suorittaa tukeista ja sahatavarasta. Valikointikriteerinä voi olla puun ominaisuudet, sahatavaran mitat ja laatu. Valikointiin voidaan nykyteknologiasta hyödyntää röntgentekniikkaa sekä konenäköä. On-line –jalostus tarkoittaa kiinteästi sahatavaraprosessiin liittyvää jalostusta, jolloin ns. turhia prosessivaiheita jää pois ja syntyy säästöjä. On-line –jalostuksen edellytys on raaka-aineen jonkin asteinen valikointi, esim. pituus. Taloudellisesti integroitu jalostus tarkoittaa, että jalostuslaitoksella pyritään nollatulokseen ja jalostuksen lisäarvo palautetaan sahan toimittamaan raaka-aineen hintaan. Tällainen toiminta yhtiön sisällä poistaa turhaa keskustelua raaka-aineen siirtohinnoista ja siten vapauttaa osaltaan resursseja tuottavampaan toimintaan. Erilaisten jatkojalostusmuotojen ja puun ominaisuuksien hyödyntämisen seulonnan perusteella löytyi yksi jalostusmuoto, jolla voidaan kohottaa mäntysahan tuotteiston arvoa. Työn tuloksena syntyi investointiehdotus aihiotankotuotannosta ikkunateollisuuden tarpeisiin. Raaka-aineen hyödynnettäviä ominaisuuksia ovat männyn sydänpuun luonnollinen kestävyys sekä keskimääräinen oksaväli. Valikointi tehdään välitukeista, joiden sahaamisen kannattavuus on männyn rungon osista heikoin. Aihiotankoprosessissa hyödynnetään konenäköä ja sormijatkostekniikkaa. Jatkojalostuksen integrointi sahatavaraprosessiin toteutetaan rakentamalla on-line –jalostuslaitos sekä soveltamalla röntgentekniikkaa raaka-aineen valinnassa.

Improvement of Operational Efficiency effectiveness (OEE) using Six Sigma DMAIC Methodology — Case Bottomer line AD2378

Overall Equipment Effectiveness (OEE) is the key metric of operational excellence. OEE monitors the actual performance of equipment relative to its performance capabilities under optimal manufacturing conditions. It looks at the entire manufacturing environment measuring, in addition to the equipment availability, the production efficiency while the equipment is available to run products, as well as the efficiency loss that results from scrap, rework, and yield losses. The analysis of the OEE provides improvement opportunities for the operation. One of the tools used for OEE improvement is Six Sigma DMAIC methodology which is a set of practices originally developed to improve processes by eliminating defects. It asserts the continuous efforts to reduce variation in process outputs as key to business success, as well as the possibility of measurement, analysis, improvement and control of manufacturing and business processes. In the case of the Bottomer line AD2378 in Papsac Maghreb Casablanca plant, the OEE figures reached 48.65 %, which is below the accepted OEE group performance. This required immediate actions to achieve OEE improvement. This Master thesis focuses on the application of Six Sigma DMAIC methodology in the OEE improvement on the Bottomer Line AD2378 in Papsac Maghreb Casablanca plant. First, the Six Sigma DMAIC and OEE usage in operation measurement will be discussed. Afterwards, the different DMAIC phases will allow the identification of improvement focus, the identification of OEE low performance causes and the design of improvement solutions. These will be implemented to allow further tracking of improvement impact on the plant operations.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Assembly Methods of Permanent Magnets for Synchronous Generators

This thesis examines and explains the procedure used to redesign the attachment of permanent magnets to the surface of the rotor of a synchronous generator. The methodology followed to go from the actual assembly to converge to the final purposed innovation was based on the systematic approach design. This meant that first a series of steps had to be predefined as a frame of reference later to be used to compare and select proposals, and finally to obtain the innovation that was sought. Firstly, a series of patents was used as the background for the upcoming ideas. To this end, several different patented assemblies had been found and categorized according the main element onto which this thesis if focused, meaning the attachment element or method. After establishing the technological frame of reference, a brainstorm was performed to obtain as many ideas as possible. Then these ideas were classified, regardless of their degree of complexity or usability, since at this time the quantity of the ideas was the important issue. Subsequently, they were compared and evaluated from different points of view. The comparison and evaluation in this case was based on the use of a requirement list, which established the main needs that the design had to fulfill. Then the selection could be done by grading each idea in accordance with these requirements. In this way, one was able to obtain the idea or ideas that best fulfilled these requirements. Once all of the ideas were compared and evaluated, the best or most suitable idea or ideas were separated. Finally, the selected idea or ideas was/were analyzed in extension and a number of improvements were made. Consequently, a final idea was refined and made more suitable at its performance, manufacture, and life cycle assessment. Therefore, in the end, the design process gave a solution to the problem pointed out at the beginning.

Kumppanuustoiminnan kehittäminen projektien alihankintavalmistuksessa

Heinolan Sahakoneet Oy on tunnettu maailmanlaajuisesti osaavana ja luotettavana sahalaitosratkaisutoimittajana. Yrityksen tuotelinjaan kuuluvat myos hakkurit, kiinteat sivutuotehakkurit, seka mobiiiihakkurit jotka ovat kasvattaneet menekkiaan bioenergian kayton yleistyessa. Toimitettavat sahalaitosprojektit ovat vaativia ja asiakaslahtbisia toimitusprojekteja, joten mybs alihankintavalmistuksen yhteistyokumppaneilta vaaditaan vahvaa sitoutumista projektien onnistumiseksi. Usein eri yritysten valinen alihankintatoiminta missa tahansa tuoteymparistossa on suurienkin jarjestelmatoimittajien kanssa perustunut pelkastaan tilaus toimituslasku periaatteeseen, jossa molemmat osapuolet toimivat lahes itsenaisesti, jakamatta tietoa valttamatonta enempaa toisilleen. Joissakin tapauksissa paahankkijan ja alihankkijan valinen toimitussuhde on kehittynyt osapuolten erikseen tavoittelematta todellisen kumppanuustoiminnan elementteja sisaltavaksi yhteistyoksi. Tasta ei valttamatta ole pitka matka todelliseen kumppanuustoimintaan, joka parhaimmillaan mahdollistaa turvallisen tuotantokapasiteetin kasvattamisen ilman suuria ongelmia toimitusketjussa. Diplomityossa kasitellaan Heinolan Sahakoneet Oy:n toimitusprojektien toimitusketjua sahalaitosratkaisujen alihankintapositioiden ostamisen, kumppanuus toiminnan kehittamisen, seka sen yllapitamisen nakokulmasta. Tyo tarkastelee mita varmistustoimenpiteita tulee tehda kumppanin kanssa toimitusketjun eri vaiheissa, jotta mahdolliset ongelmat eivat kasaantuisi toimitusajankohdan viime hetkille. Usein toimitusketjussa ilmenneet vaikeudet saattavat vaikuttaa erittain vahapatoisilta, eivatka useimmiten edes tule esille mm. huonosta tiedonkulusta johtuen, mutta voivat vaikuttaa merkittavasti lopputulokseen. Kumppanuustoimintaa, seka erityisesti tiedonkulkua kehittamalla varmistetaan tuloksellisemmat ja vahemman ongelmia sisaitavat toimitusprojektit