Variable-speed-drive-based detection methods for problems in fluid handling systems

Fluid handling systems account for a significant share of the global consumption of electrical energy. They also suffer from problems, which reduce their energy efficiency and increase life-cycle costs. Detecting or predicting these problems in time can make fluid handling systems more environmentally and economically sustainable to operate. In this Master’s Thesis, significant problems in fluid systems were studied and possibilities to develop variable-speed-drive-based detection methods for them was discussed. A literature review was conducted to find significant problems occurring in fluid handling systems containing pumps, fans and compressors. To find case examples for evaluating the feasibility of variable-speed-drive-based methods, queries were sent to industrial companies. As a result of this, the possibility to detect heat exchanger fouling with a variable-speed drive was analysed with data from three industrial cases. It was found that a mass flow rate estimate, which can be generated with a variable speed drive, can be used together with temperature measurements to monitor a heat exchanger’s thermal performance. Secondly, it was found that the fouling-related increase in the pressure drop of a heat exchanger can be monitored with a variable speed drive. Lastly, for systems where the flow device is speed controlled with by a pressure measurement, it was concluded that increasing rotational speed can be interpreted as progressing fouling in the heat exchanger.

Ilmanvaihtokoneen ohjauksen taloudellisuusvaikutukset

Tämän insinöörityön tarkoituksena oli luoda Insinööritoimisto Olof Granlund Oy:lle malliprojekti ilmanvaihtokoneen ohjauksen mahdollisesta sähköenergian säästöpotentiaalista. Insinöörityötä voidaan myöhemmin käyttää referenssinä tarjottaessa yrityksen palvelua asiakkaille energiakatselmointityössä kiinteistöihin, joissa on suuria ilmanvaihtokone-yksiköitä. Ensin työssä esitellään käytössä olevat, tutkittavat ilmanvaihtokoneet ja niiden toiminta. Sitten selvitetään ilmanvaihtolaitteiden ja niiden ohjauksen eri osien toiminta, sekä ohjausinformaatio, joka välittyy eri laitteiden välillä. Seuraavaksi työssä tutkitaan rakennusautomaation osuutta, sen hyötyä ja rakennetta kiinteistössä. Tämän jälkeen selvitetään hankkeen viranomaismääräykset. Sitten selvitetään, mistä koostuvat kustannukset ilmanvaihtokoneen ohjauksen uusimisessa. Lopuksi vielä tutkitaan, kuinka pitkä on tehtävän investoinnin takaisinmaksuaika, sekä mitkä ovat saneerauksen hiilidioksidi-päästövaikutukset. insinöörityön Lopputuloksena syntyi yrityksen sisäinen kansio. Kansion esimerkkilaskelmia ja laskentamenetelmiä on tarkoitus käyttää jatkossa referenssinä kiinteistönpito-osastolla sähkö- ja lvi-ryhmissä, niiden henkilöiden käytössä, jotka ovat tekemisissä energiakatselmointien kanssa.

Accounting system for activity standard costs formulation in ERP environment

Toiminnanohjausjärjestelmän implementointi ja sen mukanaan tuomat muutokset tuotekustannuslaskentaan asettavat haasteita yritykselle. Metallitoimialalla toimivassa yrityksessä on havaittu samat haasteet implementoitaessa SAP R/3 toiminnanohjausjärjestelmää ja sen tuotekustannuslaskentatoiminnallisuutta. SAP R/3 tuotekustannuslogiikka tarvitsee tietoa järjestelmän ulkopuolelta, minkä huomioimatta jättäminen vaikuttaa suoraan laskentatarkkuuteen. Diplomityössä kehitetään sekä standardoitu prosessi että laskentajärjestelmä, joiden avulla pystytään laskemaan tarvittavat niin toimintokustannukset eri teräspalvelukeskuksen kuormituspisteille kuin kustannustenvyörytysarvot. Lasketut arvot muodostavat tarvittavat tekijät SAP R/3 tuotekustannuslaskennan master dataan. Tavoitteena on edesauttaa läpinäkyvän kustannustiedon muodostumista. Diplomityö pohjautuu ns. vesiputousmalliin (SDLC). Ensin tunnistetaan reunaehdot ympäristöstä, jossa tuotekustannuslaskenta toteutetaan. Tämä asettaa joustamattomia komponentteja kehitettävälle laskentajärjestelmälle. Joustavat komponentit sen sijaan antavat vapautta laskentajärjestelmälle. Yhdistämällä joustamattomat ja joustavat komponentit saavutetaan järjestelmä, jolla voidaan täydentää SAP R/3 tuotekustannuslaskennan puutteellisuutta.

Constant and variable amplitude fatigue strength of high strength steel welds treated with ultrasonic impact treatment

Hitsattujen rakenteiden väsymiskestävyyttä pystytään parantamaan jälkikäsittelymenetelmillä, joistayksi, ultraäänikäsittely muokkaa hitsin geometriaa ja aiheuttaa puristusjäännösjännitystilan. Tässä tutkimuksessa verrataan kokeellisesti kuormaa kantamattoman hitsatun ja ui -käsitellyn rivan väsymislujuutta toisiinsa. Tutkimusohjelmaan kuuluu kahta teräslajia ja sekä vakio - että vaihtuva - amplitudista kuormitusta. Ultraäänikäsittelyllä saavutetaan väsymiskestoiän parantuminen vakio - ja vaihtuva - amplitudisella kuormituksella. Perusaineen lujuudella ei ole merkittää vaikutusta väsymislujuuteen kun liitos on hitsatussa tilassa. Tällöin väsymiskestävyyden määrää hitsin rajaviivan jännityskeskittymä. Ultraäänikäsitellyn hitsatunliitoksen väsymiskestävyys on suurempi korkeamman lujuuden omaavilla teräksillä. Tästä syystä korkealujuuksisten terästen käyttö ultraäänikäsiteltynä väsyttävästi kuormitetuissa kevytrakenteissa on perusteltua.

Kassanhallintakäytännöt Suomen kunnissa

Kassanhallintakirjallisuus on pitkälti normatiivista tai yksittäisiä kohteita ja niiden kassanhallinnanosa-alueita tarkastelevaa case-tutkimusta. Sen sijaan kassanhallintaa laajalla tutkimuskohdejoukolla strategia- ja järjestelmävalintojen näkökulmasta tarkastelevia tutkimuksia on tehty vain vähän. Tämä suomalaista kuntakenttää tarkastelevaeksploratiivinen tutkimus antaa kuvan rakenne-, strategia- ja järjestelmävalinnoista, joita kunnat ovat painottaneet kassanhallinnassaan vuosina 2000 - 2002. Tutkimuksen metodologisena viitekehyksenä käytetty kontingenssilähestymistapaan pohjautuva konfiguratiivinen systeemimalli mahdollisti suuren tutkimuskohdejoukonstrategia- ja järjestelmäkäytäntöjen erojen kvantitatiivisen analysoinnin. Ryhmittelyanalyysin avulla tutkimusdatasta muodostui neljä strategia- ja järjestelmäpainotuksiltaan toisistaan eroavaa kuntaryhmää, ja tutkimustulokset osoittivat kuntien kassanhallintakäytäntöjen olevan hyvin samankaltaisia yksityissektorin vastaaviin käytäntöihin verrattuna; myös julkissektorin kassanhallinnassa painotetaan kustannustehokkuutta. Kustannustehokkuusstrategian rinnalla vastaajakunnat painottivat sijoitus-, lainanhoito- ja riskienhallintastrategioita sekä em. strategioiden toteuttamista tukevia rakenne- ja järjestelmävalintoja. Myös pienempienkuntien havaittiin tukeutuneen samoihin strategia- ja järjestelmäpainotuksiin kuin isommat kunnat, vaikka esim. järjestelmien käytännön tietohallintaratkaisuissa saattaa esiintyä kuntakoosta johtuvia eroja. Lisäksi joustavuusstrategian painoarvo osana kuntien kassanhallintastrategioita oli suuri. Tämä on johdonmukaista, sillä kassapositioiden ennakoimattomat muutokset edellyttävät nopeaa päätöksentekoa. Kustannustehokkuusajattelulla, kassanhoitokokonaisuuden ymmärtämisellä ja uusien kassanhoitotekniikoiden sekä rahoitusinstrumenttien selektiivisellä käytöllä on mahdollista vaikuttaa kuntien rahoituksenhoidon nettokustannuksiin.

A comparative performance study of four-pole induction motors and synchronous reluctance motors in variable speed drives

Design aspects of the Transversally Laminated Anisotropic (TLA) Synchronous Reluctance Motor (SynRM) are studied and the machine performance analysis compared to the Induction Motor (IM) is done. The SynRM rotor structure is designed and manufactured for a30 kW, four-pole, three-phase squirrel cage induction motor stator. Both the IMand SynRM were supplied by a sensorless Direct Torque Controlled (DTC) variablespeed drive. Attention is also paid to the estimation of the power range where the SynRM may compete successfully with a same size induction motor. A technicalloss reduction comparison between the IM and SynRM in variable speed drives is done. The Finite Element Method (FEM) is used to analyse the number, location and width of flux barriers used in a multiple segment rotor. It is sought for a high saliency ratio and a high torque of the motor. It is given a comparison between different FEM calculations to analyse SynRM performance. The possibility to take into account the effect of iron losses with FEM is studied. Comparison between the calculated and measured values shows that the design methods are reliable. A new application of the IEEE 112 measurement method is developed and used especially for determination of stray load losses in laboratory measurements. The study shows that, with some special measures, the efficiency of the TLA SynRM is equivalent to that of a high efficiency IM. The power factor of the SynRM at rated load is smaller than that of the IM. However, at lower partial load this difference decreases and this, probably, brings that the SynRM gets a better power factor in comparison with the IM. The big rotor inductance ratio of the SynRM allows a good estimating of the rotor position. This appears to be very advantageous for the designing of the rotor position sensor-less motor drive. In using the FEM designed multi-layer transversally laminated rotor with damper windings it is possible to design a directly network driven motor without degrading the motorefficiency or power factor compared to the performance of the IM.

Modelling additional costs caused by a new product feature

Työn tavoitteena oli mallintaa uuden tuoteominaisuuden aiheuttamat lisäkustannukset ja suunnitella päätöksenteon työkalu Timberjack Oy:n kuormatraktorivalmistuksen johtoryhmälle. Tarkoituksena oli luoda karkean tason malli, joka sopisi eri tyyppisten tuoteominaisuuksien kustannuksien selvittämiseen. Uuden tuoteominaisuuden vaikutusta yrityksen eri toimintoihin selvitettiin haastatteluin. Haastattelukierroksen tukena käytettiin kysymyslomaketta. Haastattelujen tavoitteena oli selvittää prosessit, toiminnot ja resurssit, jotka ovat välttämättömiä uuden tuoteominaisuuden tuotantoon saattamisessa ja tuotannossa. Malli suunniteltiin haastattelujen ja tietojärjestelmästä hankitun tiedon pohjalta. Mallin rungon muodostivat ne prosessit ja toiminnot, joihin uudella tuoteominaisuudella on vaikutusta. Huomioon otettiin sellaiset resurssit, joita uusi tuoteominaisuus kuluttaa joko välittömästi, tai välillisesti. Tarkasteluun sisällytettiin ainoastaan lisäkustannukset. Uuden tuoteominaisuuden toteuttamisesta riippumattomat, joka tapauksessa toteutuvat yleiskustannukset jätettiin huomioimatta. Malli on yleistys uuden tuoteominaisuuden aiheuttamista lisäkustannuksista, koska tarkoituksena on, että se sopii eri tyyppisten tuoteominaisuuksien aiheuttamien kustannusten selvittämiseen. Lisäksi malli soveltuu muiden pienehköjen tuotemuutosten kustannusten kartoittamiseen.

Kustannusmallien kehitys BCTMP- ja DIP-prosessien simulointimalleihin

Massa- ja paperiteollisuuden päästöt ovat vähentyneet huomattavasti viime vuosikymmenten aikana. Tiukentuvat viranomaismääräykset ja ympäristörajoitukset tulevat vaatimaan päästöjen määrien vähentämistä edelleen. Päästöttömät massanvalmistusprosessit olisivat ratkaisu näiden määräysten täyttämiseksi.Tämän työn tavoitteena on kehittää kustannusmallit Balas-ohjelmalla simuloitaville virtuaalisille BCTMP- sekä DIP-massanvalmistusprosesseille. Tarkoituksena on, että kustannusmallien avulla voidaan selvittää valmistusprosessien kustannusrakenteet ja erilaisten päästöttömyysratkaisujen vaikutus kustannusrakenteeseen. Lisäksi mallien avulla selvitetään päästöttömyysinvestointien kannattavuudet sekä mahdollisten päästöistä aiheutuvien kustannusten nousun vaikutus tehtyjen päästöttömyysinvestointien kannattavuuteen.Työn tuloksena syntyi Excel-taulukkolaskentaohjelmalla laadittu kustannuslaskentamalli, jonka avulla saadaan laskettua prosessien muuttuvat, kiinteät sekä pääomakustannukset toimintokohtaisesti. Teoriapohjana prosessien toimintojen määrittämisessä käytettiin toimintolaskentaa. Investointien kannattavuutta mallissa tarkastellaan nykyarvon, sisäisen korkokannan sekä takaisinmaksuajan menetelmällä. Kustannusten laskennassa käytettävät hintatiedot perustuvat laitetoimittajien tarjouksiin, massa-, paperi- ja kemikaalivalmistajien haastatteluihin sekä kirjallisuustutkimukseen.

Consignment Stock Concept for Corporation’s Inbound Logistics

Kaupintavaraston käyttäminen yrityksen hankintalogistiikassa vapauttaa varastoihin sitoutuneita pääomia, parantaa palveluastetta ja syventää asiakkaan ja toimittajan välistä yhteistyötä. Tulevaisuudessa menetelmää tullaan käyttämään laajenevassa määrin keinona logistisen kilpailukyvyn ja kustannustehokkuuden parantamisessa.Tämän työn tavoitteena oli selvittää yrityksen hankintalogistiikkaan soveltuvan kaupintavarastontoiminnan vaatimukset ja kehittää konsernin eri toimialoille yhtenäinen konsepti. Selvitys aloitettiin tutkimalla kirjallisuutta ja yrityksen asiakkaalla käytössä olevaa kaupintavarastoratkaisua, jonka jälkeen käytännön ongelmia kartoitettiin pilottiprojektin avulla.Tuloksena saatiin konsepti, jossa on käsitelty kaupintavaraston käyttöönottoa varten tarvittavat erityispiirteet kansainvälisessä kaupankäynnissä. Toimittajien ja toimitusketjujen erilaisista rakenteista johtuen yksityiskohdat on mietittävä jokaisen toimittajan kanssa erikseen.

Kaukolämpöjärjestelmän suunnittelu Liljendalin kunnassa

Tämän työn tavoitteena on löytää suositeltavat mitoitusarvot Liljendalin kunnan kaukolämpöjärjestelmään. Kirjallisuuden perusteella tarkastellaan kaukolämpö-järjestelmän suunnittelua ja mitoitusta sekä lämmön hinnoittelua ja niistä annettuja määräyksiä, suosituksia ja ohjeita. Työssä käsitellään mahdollisuuksia ja keinoja kaukolämmityksen siirtolämpötilojen pienentämiseen. Lisäksi vertaillaan nykyarvomenetelmällä laskemalla kaukolämpöjärjestelmän siirtokustannuksia eri mitoituslämpötiloilla, putkikoolla ja eristyspaksuuksilla. Lämmön myyntihinnalle on tehty tariffiehdotus. Lopuksi on esitetty lämpökeskuksen hankintaa koskevia tietoja. Laskennan tuloksena havaittiin, että siirtolämpötilojen, putkikoon ja eristyspaksuuden oikealla valinnalla voidaan säästää lämmönsiirron kustannuksissa. Laskelmien perusteella suositellaan Liljendalin kunnan kaukolämpöjärjestelmän mitoituslämpötiloiksi 100/50°C ja eristyspaksuudeksi III-luokan eriste. Putkikoon oikealla valinnalla voidaan säästää merkittävästi varsinkin, kun kyseessä on lyhyt siirtoetäisyys. Putkikoon valinnassa on kuitenkin huomioitava mahdolliset tulevaisuuden laajennukset verkossa ja kulutuksen kasvu.

Transfer pricing tool development process based on valve package production costs

Tämän diplomityön päätavoitteena oli parantaa kehitetyn kustannusperusteisen siirtohinnoittelutyökalun ominaisuuksia osastokohtaisen kustannusarviointiprosessin käyttöön. Työ on vaikeutunut lähimenneisyyden heikosta hintakyselyiden vastauskyvystä. Työn pääongelmana oli kerätä luotettavaa tuotannonohjausjärjestelmän kustannusaineistoa osittain vanhentuneista vakioventtiilien koneistus- ja materiaalitiedosta. Tutkimuksessa käytetyt tärkeimmät tutkimusmenetelmät voidaan jakaa siirtohinnoittelu- ja kustannusarvioprosessien kirjallisuustutkimukseen, kenttäanalyysiin ja nykyisen Microsoft Excel –siirtohinnoittelutyökalun kehittämiseen eri osastojen rajapinnassa. Siirtohinnoittelumenetelmät ovat yleisesti jaettu kustannus-, markkina- ja neuvotteluperusteisiin malleihin, jotka harvoin sellaisenaan kohtaavat siirtohinnoittelulle asetetut tavoitteet. Tämä ratkaisutapa voi johtaa tilanteisiin, jossa kaksi erillistä menetelmää sulautuvat yhteen. Lisäksi varsinaiseen siirtohinnoittelujärjestelmään yleensä vaikuttavat useat sisäiset ja ulkoiset tekijät. Lopullinen siirtohinnoittelumenetelmä tulisi ehdottomasti tukea myös yrityksen visiota ja muita liiketoiminnalle asetettuja strategioita. Työn tuloksena saatiin laajennettu Microsoft Excel –sovellus, joka vaatii sekä vuosittaista että kuukausittaista erikoisventtiilimateriaalien hinta- ja toimitusaikatietojen päivittämistä. Tämä ratkaisutapa ehdottomasti parantaa kustannusarviointiprosessia, koska myös alihankkijatietoja joudutaan tutkimaan systemaattisesti. Tämän jälkeen koko siirtohinnoitteluprosessia voidaan kehittää muuntamalla kokoonpano- ja testaustyövaiheiden kustannusrakennetta toimintoperustaisen kustannuslaskentamallin mukaiseksi.

Comparison of electricity generation costs

The economical competitiveness of various power plant alternatives is compared. The comparison comprises merely electricity producing power plants. Combined heat and power (CHP) producing power will cover part of the future power deficit in Finland, but also condensing power plants for base load production will be needed. The following types of power plants are studied: nuclear power plant, combined cycle gas turbine plant, coal-fired condensing power plant, peat-fired condensing power plant, wood-fired condensing power plant and wind power plant. The calculations are carried out by using the annuity method with a real interest rate of 5 % per annum and with a fixed price level as of January 2008. With the annual peak load utilization time of 8000 hours (corresponding to a load factor of 91,3 %) the production costs would be for nuclear electricity 35,0 €/MWh, for gas based electricity 59,2 €/MWh and for coal based electricity 64,4 €/MWh, when using a price of 23 €/tonCO2 for the carbon dioxide emission trading. Without emission trading the production cost of gas electricity is 51,2 €/MWh and that of coal electricity 45,7 €/MWh and nuclear remains the same (35,0 €/MWh) In order to study the impact of changes in the input data, a sensitivity analysis has been carried out. It reveals that the advantage of the nuclear power is quite clear. E.g. the nuclear electricity is rather insensitive to the changes of nuclear fuel price, whereas for natural gas alternative the rising trend of gas price causes the greatest risk. Furthermore, increase of emission trading price improves the competitiveness of the nuclear alternative. The competitiveness and payback of the nuclear power investment is studied also as such by using various electricity market prices for determining the revenues generated by the investment. The profitability of the investment is excellent, if the market price of electricity is 50 €/MWh or more.

Developing of the Variable Speed Drive -control in simulated parallel pumping systems

This thesis presents briefly the basic operation and use of centrifugal pumps and parallel pumping applications. The characteristics of parallel pumping applications are compared to circuitry, in order to search analogy between these technical fields. The purpose of studying circuitry is to find out if common software tools for solving circuit performance could be used to observe parallel pumping applications. The empirical part of the thesis introduces a simulation environment for parallel pumping systems, which is based on circuit components of Matlab Simulink —software. The created simulation environment ensures the observation of variable speed controlled parallel pumping systems in case of different controlling methods. The introduced simulation environment was evaluated by building a simulation model for actual parallel pumping system at Lappeenranta University of Technology. The simulated performance of the parallel pumps was compared to measured values of the actual system. The gathered information shows, that if the initial data of the system and pump perfonnance is adequate, the circuitry based simulation environment can be exploited to observe parallel pumping systems. The introduced simulation environment can represent the actual operation of parallel pumps in reasonably accuracy. There by the circuitry based simulation can be used as a researching tool to develop new controlling ways for parallel pumps.