Teollisuusvaihteen kokoonpanoprosessin laadun parantaminen

Paperikoneen telalle integroitujen mekaanisten käyttölaitteiden valmistuksen siirtoprojektin yhteydessä on raportoitu huomattavan paljon valmistuksen aikaisia poikkeamia. Poikkeamien juurisyyn hahmottamiseksi tehtiin kvantitatiivinen analyysi raportoiduista poikkeamista ja kvalitatiivinen analyysi kokoonpanon nykytilasta. Kokoonpanotyöstä suuri osa on tällä hetkellä arvoa jalostamatonta työtä. Tutkimuksessa havaittiin valmistusprosessissa kaikkia kokoonpanon poikkeamien perustyyppejä ja näitä poikkeamia olivat aiheuttaneet kaikki mahdolliset aiheuttajat. Etenkin hankittavien osien laatua tulisi käsitellä poikkeamien aiheuttamien kokonaiskustannusten kautta. Kokoonpanon tarvitsema tieto on olemassa täsmällisessä muodossa, mutta sen luoksepäästävyys on huono. Prosessin kuvauksella, hiljaisen tiedon kirjaamisella ja täsmällisen tiedon julkistamisella voidaan parantaa tuotannon laatua tuotetuntemuksen parantuessa. Käyttökohteen tunteminen parantaa vaatimusten ymmärtämistä. Tutkimuksessa havaittujen poikkeamien analysoinnin perusteella erityistä huomiota tulisi kiinnittää tarkastusvaiheiden olemassa oloon, sijoitukseen ja niiden laatuun. Suuri osa poikkeamista oli edennyt kokoonpanoon jonkin tarkastusvaiheen läpi. Tarkastusvaiheiden laatutason tulee parantua, jotta moninkertaisesta tarkastuksesta voidaan luopua.

BimTwin - Two component continuous process hygiene concept

The aim of this study was to examine suitability of BimTwin cleaning concept in card board machine to control microbiological activity and describe microbiological balance of the machine. In a review of literature is examined microbe and spore caused problems in paper industry. Biggest problems are deposits, which decrease runnability and cause quality errors. In this chapter is also introduced most common oxidizing biocides used in paper industry and described ATP assay as a microbiological monitoring method. In an experimental part are included BimTwin mill trial results, chemical condition monitoring methods and microbiological balance in a card board machine. In a second part are examined possibilities to effect hygiene of card board by chemical treatment of the surface size and coating. Result showed that BimTwin concept is suitable for card board machine as a cleaning concept, when chemical dosing is fitted right. For proper dosing and secure tolerable hygiene level, chemical and microbiological monitoring is significant. Determining of the microbiological balance would have need more sampling. According to acquired results, broke turned out to be the biggest microbe source. Sizing and coating experiments showed that it is possible to improve hygiene of card board by chemically treated surface size and coating color.

Liqum-järjestelmän optimointi eräällä paperikoneella

Tämän työn tarkoituksena oli jalkauttaa Liqum Oy:n kehittämä Chemistry Navi-gator (Chena) kunnossapidon ja tuotannon päivittäiseksi työkaluksi prosessin märän pään kemian seurantaan. Chena – analysaattorin mittausteknologia perustuu hapetus – pelkistysreaktioiden mittaamiseen. Analysaattori mittaa paperimassassa olevien ionien ja ionikombinaatioiden konsentraatioita ja aktiivisuuksia kuudella anturilla, joiden toiminta perustuu sähkökemiallisiin muutoksiin mitattavassa näytteessä. Diplomityön tarkoituksena oli erityisesti Chena – järjestelmän toimintakuntoon saattaminen sekä tutkia minkälaisia muutoksia märkäosan kemian tilassa analysaattorilla voidaan havaita. Työn kirjallisuusosassa esitellään yleisesti paperikoneen märkäosan kemiallisia ilmiöitä ja kemian tilan muuttujia. Lisäksi esitellään yleisimpiä prosessiin annosteltavia paperin laatuun sekä prosessin toimivuuteen vaikuttavia kemikaaleja. Kokeellisessa osassa optimoitiin järjestelmässä olevien ajoparametrien raja-arvoja vastaamaan nykypäivän ajo-olosuhteita sekä tutkittiin miten Chenan signaalit reagoivat eri massasuhteilla ja kemikaaliannoksilla. Kokeellisen osassa suoritettujen askelvastekokeiden tulosten perusteella havait-tiin, että peroksidi ja ditioniitti antoivat voimakkaimmat vasteet Chenan signaaleihin varsinkin suuremmilla pitoisuuksilla. Myös retentio- ja vaahdonestoaineen osalta oli havaittavissa selviä vasteita Chenan signaaleissa. Massasuhteiden osalta merkittävimmät vasteet Chenan signaaleihin PK4:n puolella aiheuttivat täysin hylytön massaseos sekä puolet kokonaistilavuudesta päällystämätöntä hylkyä sisältänyt massaseos. PK7:n puolella voimakkaimmat vasteet aiheutuivat alhaisen hylkypitoisuuden massoista. Chena avulla saadaan uutta

Surface chemistry of fibres and vessel elements in chemical and recycled pulps

Den viktigaste råvaran i papperstillverkning är pappersmassa. Massan innehåller (ved)fibrer men också finmaterial och andra typers (ved)celler, så som kärlceller. Hur dessa komponenter beter sig under arkformationen i pappersmaskinen eller hur de bidrar till egenskaperna hos det färdiga pappret avgörs till stor del av massakomponenternas ytkemiska sammansättning, fysiska struktur och mängden joniserbara grupper på ytan. I denna avhandling studerades ytegenskaperna hos fraktionerade kemiska massor och returfibermassor med avancerade analystekniker. Rester av avfärgningskemikalier identifierades på både returfibrer och på kärlceller. Dessa kan påverka arkformationen och arkstyrkan på returfiberpapper. Kärlcellernas cellväggsstruktur visade sig skilja sig från fibrernas. Resultaten kan främja utvecklingen av returfiberprosessen och användningen av kärlcellsrika lövvedsmassor.

Täyteainepitoisuuden ja retentioainesysteemin optimointi

Työssä tutkittiin tarrapaperikoneen pohjapaperin täyteainepitoisuuden nostamisen vaikutusta koneen ajettavuuteen ja paperin ominaisuuksiin. Työn tavoitteena oli löytää ne prosessitekniset keinot, joilla voitaisiin saavuttaa raskaiden pintapapereiden tavoitetuhkatasot. Lisäksi pyrittiin optimoimaan retentioaineiden annokset ja ajotavat korkeilla tuhkatasoilla. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin pinta- ja kolloidikemian perusteita sekä täyteainepitoisuuden vaikutusta paperin ominaisuuksiin ja prosessoitavuuteen. Lisäk-si syvennyttiin märänpään kemiaan selvittämällä mm. kalsiumkarbonaatin vesiliuoskemiaa ja erilaisten retentioaineiden ominaisuuksia ja niiden reaktiomekanismeja. Työn kokeellinen osa koostui kahdesta koeajosta. Ensimmäisessä koeajossa selvitettiin täyteainesaostumien muodostumismekanismeja ja paperikoneen ajettavuutta täyteainepitoisuutta nostettaessa yli raskaiden pintapapereiden tavoitetasojen. Saadut tulokset osoittivat, että märänpään kemiantila pysyi koeajon aikana muuttumattomana eikä mitään saostumien muodostumista havaittu. Täyteainepitoisuudessa päästiin 3 % yli lajikohtaisen tuhkatavoitteen ilman ajettavuusongelmia. Toisessa koeajossa keskityttiin erityisesti märänpään retentioaineiden määrien optimointiin ja paperin laatuominaisuuksiin. Koeajossa täyteainepitoisuutta nostettiin yli tavoitetasojen. Saadut tulokset osoittivat, että täyteainepitoisuuden nostolla ei ollut vaikutusta paperin laatuun tai paperikoneen ajettavuuteen. Massatärkkelyksen avulla pystyttiin korvaamaan kationisen polymeerin retentiovaste ja kompensoimaan täyteainepitoisuuden noston myötä tullut paperin lujuuksien lasku. Koeajoissa ja prosessin seurannassa tuli ilmi myös useita eri tekijöitä, joilla oli vaikutusta retentioon, retentioaineiden tehoon ja prosessin stabiilisuuteen. Tehdyistä yksittäisistä havainnoista on hyötyä pyrittäessä ymmärtämään märänpään prosessin tilaa ja sen vaikutusta paperikoneen ajettavuuteen. Työ saavutti sille asetetut tavoitteet ja sen ansiosta paperikoneen märänpään raaka-aineiden ja kemikaalien syöttösuhteita pystyttiin muuttamaan tavalla, joka vähensi paperinvalmistuksen kustannuksia ilman että paperin laatuominaisuudet huononivat.

Multibody Simulation Model of the Roller Test Rig

Multibody simulation model of the roller test rig is presented in this work. The roller test rig consists of a paper machine’s tube roll supported with a hard bearing type balancing machine. The simulation model includes non-idealities that are measured from the physical structure. These non-idealities are the shell thickness variation of the roll and roundness errors of the shafts of the roll. These kinds of non-idealities are harmful since they can cause subharmonic resonances of the rotor system. In this case, the natural vibration mode of the rotor is excited when the rotation speed is a fraction of the natural frequency of the system. With the simulation model, the half critical resonance is studied in detail and a sensitivity analysis is performed by simulating several analyses with slightly different input parameters. The model is verified by comparing the simulation results with those obtained by measuring the real structure. Comparison shows that good accuracy is achieved, since equivalent responses are achieved within the error limit of the input parameters.

Improvement of wet and dry web properties in papermaking by controlling water and fiber quality

Pappersindustrin står inför många utmaningar och bör uppfylla krav som ställs av t.ex. marknadstrender och slutanvändare. Snabbare och effektivare processer ställer även större krav på pappersbanans mekaniska egenskaper. Avbrott i produktionen sker inte enbart pga. låg styrka utan orsaken kan även vara en för låg spänning i pappersbanan. De flesta problemen sker vid våtpressen och/eller i början av torkpartiet då papprets torrhalt är 30-70 %. Spänningen hålls inte konstant efter töjning, utan sjunker pga. papprets relaxering, som till största delen sker då pappret flyttas från pressen till torkpartiet. Ur forskningssynvinkel öppnar en smidigt fungerande verksamhet med potentiella energibesparingar upp möjligheterna för förbättring av befintliga processer. I detta arbete undersöktes hur olika faktorer inverkar på fibernätverkets avvattning, initiala våtstyrka och relaxering samt också på slutproduktens mekaniska egenskaper och ytegenskaper. I första delen ändrades processvattnets egenskaper, såsom pH, konduktivitet och ytspänning. Ytspänningen varierades genom tillsatts av ett nonjoniskt ytaktivt ämne, s.k. surfaktant. Fiberegenskaperna modifierades också. Fibern maldes antingen genom en mild eller genom en hård process. Effekten av finmaterial undersöktes genom att tillsätta finmaterial till den ursprungliga massan eller genom att avlägsna finmaterialet från den malda massan. I den sista delen användes en hemicellulosa, som finns i stora mängder i gran, som tillsatsmedel. Förutom naturliga galaktoglukomannaner (GGM), tillverkades också en katjoniserad, en karboximetylerad samt en iminerad, amfifil GGM. Dessa användes i pappersmassa eller sprayades på ytan av ett nybildat ark. Resultaten, som erhölls i denna avhandling, bildar en värdefull kunskapsbas, som kan användas för kontroll och reglering av pappersmaskinens körbarhet och papperskvalitet.

Permuurahaishapon valmistaminen mikroreaktorissa

Kandidaatintyön teoriaosassa perehdytään mikroreaktoreihin sekä niiden etuihin ja haasteisiin. Lisäksi esitellään lyhyesti, kuinka sekoitus näissä reaktoreissa voidaan järjestää erilaisten sekoituselementtien avulla sekä uusien ainetta lisäävien valmistusmenetelmien tarjoamat mahdollisuudet reaktorien valmistukselle. Mikroreaktorien edut liittyvät pääasiassa prosessin helpompaan hallittavuuteen, mikä johtaa mm. turvallisuuden lisääntymiseen ja energiasäästöihin. Lisäksi esitellään kokeellisessa osassa lähtöaineina käytettävät vetyperoksidi ja muurahaishappo, sekä tuotteena syntyvä permuurahaishappo ja sen käyttökohteita. Permuurahaishappoa käytetään mm. desinfiointiaineiden yhtenä komponenttina. Sitä voidaan käyttää myös paperikoneen vesikierron bakteerien tappamiseen. Epästabiiliutensa vuoksi permuurahaishappo voi räjähtää jopa huoneenlämmössä, mikä aiheuttaa merkittävän riskin sen varastoinnille ja kuljetukselle. Tästä syystä työssä tutkittu menetelmä permuurahaishapon valmistamiseksi mikroreaktorissa tarjoaa hyvän vaihtoehdon permuurahaishapon tuottamiseksi suoraan tarpeeseen. Kokeellisessa osassa permuurahaishappoa valmistettiin muurahaishaposta ja vetyperoksidista käyttäen rikkihappoa katalyyttinä reaktion nopeuttamiseksi. Lämpötilan ja viipymäajan vaikutusta tutkittiin permuurahaishapon muodostumiseen. Molempien nosto vaikutti edullisesti permuurahaishapon saantoon, mutta lämpötilan nosto lisää samalla räjähdysriskiä. Mikroreaktorissa lämpötilan nosto on kuitenkin suhteessa turvallisempaa makroreaktoriin verrattuna.

Vibrations in Rotating Machinery Arising from Minor Imperfections in Component Geometries

Vibrations in machines can cause noise, decrease the performance, or even damage the machine. Vibrations appear if there is a source of vibration that excites the system. In the worst case scenario, the excitation frequency coincides with the natural frequency of the machine causing resonance. Rotating machines are a machine type, where the excitation arises from the machine itself. The excitation originates from the mass imbalance in the rotating shaft, which always exists in machines that are manufactured using conventional methods. The excitation has a frequency that is dependent on the rotational speed of the machine. The rotating machines in industrial use are usually designed to rotate at a constant rotational speed, the case where the resonances can be easily avoided. However, the machines that have a varying operational speed are more problematic due to a wider range of frequencies that have to be avoided. Vibrations, which frequencies equal to rotational speed frequency of the machine are widely studied and considered in the typical machine design process. This study concentrates on vibrations, which arise from the excitations having frequencies that are multiples of the rotational speed frequency. These vibrations take place when there are two or more excitation components in a revolution of a rotating shaft. The dissertation introduces four studies where three kinds of machines are experiencing vibrations caused by different excitations. The first studied case is a directly driven permanent magnet generator used in a wind power plant. The electromagnetic properties of the generator cause harmonic excitations in the system. The dynamic responses of the generator are studied using the multibody dynamics formulation. In another study, the finite element method is used to study the vibrations of a magnetic gear due to excitations, which frequencies equal to the rotational speed frequency. The objective is to study the effects of manufacturing and assembling inaccuracies. Particularly, the eccentricity of the rotating part with respect to non-rotating part is studied since the eccentric operation causes a force component in the direction of the shortest air gap. The third machine type is a tube roll of a paper machine, which is studied while the tube roll is supported using two different structures. These cases are studied using different formulations. In the first case, the tube roll is supported by spherical roller bearings, which have some wavinesses on the rolling surfaces. Wavinesses cause excitations to the tube roll, which starts to resonate at the frequency that is a half of the first natural frequency. The frequency is in the range where the machine normally operates. The tube roll is modeled using the finite element method and the bearings are modeled as nonlinear forces between the tube roll and the pedestals. In the second case studied, the tube roll is supported by freely rotating discs, which wavinesses are also measured. The above described phenomenon is captured as well in this case, but the simulation methodology is based on the flexible multibody dynamics formulation. The simulation models that are used in both of the last two cases studied are verified by measuring the actual devices and comparing the simulated and measured results. The results show good agreement.

Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston so-veltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti rootto-rin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitu-losten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dyna-miikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin ele-menttimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysja-kaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan ana-lysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saa-tiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Development of modular roll service concepts

The goal of this study was to find and develop new or improved service concepts for rolls in a paper machine and secondary targets were to find out what the KPIs and values of the concepts are. Two methodologies were utilized in researching this problem; firstly sales personnel were interviewed about customer values and KPIs and a questionnaire about service modules were sent out to four BSI (basic sales item) responsible persons. Throughout the research process differences in geographic regions were identified and several customer KPIs and values were discovered. The interviews showed that the main concern for customers is the cost of operations. The goal is to produce the same or in some cases more tons with smaller operating costs. The questionnaire standardized the data about service modules and made it possible to link these values, KPIs and concerns of customers to Valmet’s service offering. Eventually these service modules were used to create a service concepts that offer flexibility, cost savings, safety and peace of mind for the customers. With this new conceptual approach Valmet can more flexibly answer to customer quotations and modify the offering to better generate customer value and customer satisfaction. In addition a new BSI was defined and proposed for pilot projects.