Comparison of Different Concentrated Solar Power Collector Designs and Development of a Linear Fresnel Solar Collector Model

Concentrated solar power (CSP) is a renewable energy technology, which could contribute to overcoming global problems related to pollution emissions and increasing energy demand. CSP utilizes solar irradiation, which is a variable source of energy. In order to utilize CSP technology in energy production and reliably operate a solar field including thermal energy storage system, dynamic simulation tools are needed in order to study the dynamics of the solar field, to optimize production and develop control systems. The object of this Master’s Thesis is to compare different concentrated solar power technologies and configure a dynamic solar field model of one selected CSP field design in the dynamic simulation program Apros, owned by VTT and Fortum. The configured model is based on German Novatec Solar’s linear Fresnel reflector design. Solar collector components including dimensions and performance calculation were developed, as well as a simple solar field control system. The preliminary simulation results of two simulation cases under clear sky conditions were good; the desired and stable superheated steam conditions were maintained in both cases, while, as expected, the amount of steam produced was reduced in the case having lower irradiation conditions. As a result of the model development process, it can be concluded, that the configured model is working successfully and that Apros is a very capable and flexible tool for configuring new solar field models and control systems and simulating solar field dynamic behaviour.

Teollisuuspuhaltimille tarkoitetun suunnittelujärjestelmän kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli kehittää Dust Control Systems Oy:n nykyistä suunnittelujärjestelmää yrityksen toiminnan laadun ja suunnittelun tehokkuuden parantamiseksi. Suunnittelun suurin pullonkaula on valmistusdokumenttien tuottaminen, joten keskeinen tehtävä oli dokumenttien laadun parantaminen ja tuottamisen nopeuttaminen. Lisäksi tärkeää oli selkeyttää nykyistä nimikkeiden hallintaa ja ylläpitoa. Kehitystyö keskittyi suurelta osin suunnittelujärjestelmän ohjelmistoympäristön päivittämiseen ja sen muokkaamiseen. Teoriaosuudessa käsiteltiin nykyaikaista suunnittelua ja sen kehittämismahdollisuuksia. Lisäksi tarkasteltiin suunnittelun automatisoinnin tuomia hyötyjä sekä erilaisia tuotannon tehostamismenetelmiä. Kehitysosiossa tutkittiin yrityksen nykyistä suunnittelujärjestelmää ja ohjelmistoympäristöä, tuotteiden asettamia vaatimuksia sekä järjestelmän puutteita. Näihin liittyi suuresti yhteistyö henkilöstön sekä ohjelmistotoimittajan kanssa. Tutkimuksen perusteella ryhdyttiin kehittämään uutta järjestelmäkokonaisuutta, johon liitettiin tarvittavia ohjelmistoja ja päivityksiä. Käyttöönottoa varten ohjelmistot konfiguroitiin yrityksen tarpeita vastaaviksi. Työn tuloksena saatiin kehittyneempi ja nykyaikaisempi suunnittelujärjestelmä ja ohjelmistoympäristö. Suunnittelijoiden työtaakkaa saadaan kevennettyä toistuvien työvaiheiden pidemmälle viedyllä automatisoinnilla. Uudistettu ohjelmistoympäristö luo osaltaan ehtoja ja sääntöjä, jotta virheitä syntyy yhä vähemmän. Lisäksi suunnittelun läpimenoaikaa saadaan lyhennettyä parannetulla dokumenttien tuottamisella.

Keskitehoestimaattorin lisääminen diesel-sähköiseen hybridijärjestelmään

Nykyajan jatkuvasti kiristyvät päästörajoitukset ja ilmastonmuutoksen uhka ovat ajavia voimia kehittämään voimalaitosten tekniikkaa energiatehokkaampaan ja ympäristöystävällisempään suuntaan. Polttomoottoritekniikan parantaminen on tärkeä osa tätä kehitystä, mutta jo nykyisiä moottoreita voitaisiin ajaa energiate-hokkaammin käyttämällä akustoa ja älykästä säätöjärjestelmää apuna. Työssä tutkitaan simulaatioiden avulla voidaanko ulkomerellä toimivan huolto-aluksen energiatehokkuutta parantaa muokkaamalla sen tehon tuottoa keskitehoes-timaattorin ja akuston avulla.

Teollisuuspuhaltimien runkorakenteiden ja siipipyörien suunnittelu

Tämä diplomityö tehtiin Voikkaalla Dust Control Systems Oy:lle. Työ on osa teollisuuspuhaltimien tuotekehitystä yrityksen olemassaolevan puhallinratkaisujen, sekä suunnitteluprosessin kautta. Työn tavoitteena oli tutkia puhaltimen toiminnasta aiheutuvan värähtelyn vaikutusta puhaltimen rakenteisiin nykyisillä puhallinmalleilla, sekä tutkia eri rakenneratkaisujen käyttöä yrityksen normaalista tuotelinjasta suuremmilla puhaltimilla. Työ toteutettiin kahden toteutuneen puhallinprojektin yhteydessä, joiden rakenteellisia ominaisuuksia pyrittiin arvioimaan normaalin suunnitteluprosessin ohella puhallinkomponenttien mitoituksen suhteen. Molemmat projektit olivat yrityksen mittakaavassa huomattavan suuria sekä suunnittelultaan haastavia, joten ne sopivat diplomityön toteutukseen hyvin. Suunnittelussa käytettiin FE-mallinnukseen Femap ja COMSOL-ohjelmistoja, sekä värähtelyn simulointiin yliopistolla kehitettyä RoBeDyn – laskentaohjelmaa. Työn aikana todettiin, että tarkempi FE-mallinnus yrityksen valmiista 3D-malleista on varsin hankala toteuttaa ja vaatisi mallien suunnittelun erityisesti lujuuslaskentaa varten. Laskennassa päädyttiin käyttämään yksinkertaistettuja malleja, joiden avulla saatiin johdonmukaisia arvioita puhaltimien toiminnasta eri materiaalivahvuuksilla. Käytännössä tuloksien oikeellisuutta päästään arvioimaan kesällä 2015 puhaltimien valmistuttua.

Yhdysvaltojen Ilmavoimien hävittäjätaktiikka 1980-luvulla

Tutkimus käsittelee Yhdysvaltojen Ilmavoimien 1980-luvun hävittäjätaktiikkaa ja sen tarkoi-tuksena on kuvailla Yhdysvaltojen lentokaluston kehityksen myötä muuttunutta taktiikkaa. Tutkimuksessa tarkastellaan sekä Vietnamin että Persianlahden sodan aikaisia hävittäjätak-tiikoita, jolloin saadaan kuva taktiikan kehittymisestä. F-15 Eagle ja F-16 Fighting Falcon ovat 1970-luvulla käyttöönotettuja ilmaherruushävittäjiä, jotka korvasivat aikaisemman F-4 Phantom -kaluston. F-117A Nighthawk puolestaan on häiveteknologiaa hyödyntävä lähitulitukikone ja kevyt pommittaja, jonka käyttöönottaminen vuonna 1982 osaltaan vaikutti hävittäjätaktiikan kehittymiseen. Uusien hävittäjien ja ryn-näkkökoneiden lisäksi Yhdysvallat otti 1970-luvun lopulla käyttöönsä AWACS-koneet (Air-borne Warning and Control Systems), jotka toimivat ilmavalvonta- ja taistelunjohtokoneina. AWACS mahdollistaa ilmaoperaatioille välttämättömien elementtien kuten taistelunjohtami-sen ja viestinnän ulottuvuuden moninkertaistamisen. Se on näin ollen erinomainen apuväline ilmaherruuden saavuttamiseen ja säilyttämiseen. Tutkimus on kvalitatiivinen teoreettinen tutkimus, jonka aineisto koostuu pääasiassa alan artikkeleista ja kirjallisuudesta. Näin ollen työssä pääasiallisesti käytetty tutkimusmenetelmä on asiakirja- ja kirjallisuustutkimus. Päällimmäisenä tiedonhankintamenetelmänä puolestaan on käytetty aiheen historiallisen luonteen vuoksi lähdekritiikkiä, jonka keinoin tutkimuksen rakentaminen on ollut mahdollista luotettaviksi todettujen lähteiden pohjalta.

Yrityskohtainen ilmansuojelulaitteiden vaatimustenmukaisuuden arviointi SFS-EN 1090-1 periaatteiden mukaisesti

Rakennustuotteena käytettävien teräskokoonpanojen lisääntyneet CE- merkintävaatimukset ovat aiheuttaneet runsaasti hämmennystä alan toimijoiden keskuudessa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää teräskokoonpanojen SFS-EN 1090-1 standardin soveltamisala suhteessa konedirektiiviin sekä kartoittaa mahdollisen muutoksen aiheuttamat toimenpiteet ilmansuojelulaitetoimituksissa. Työssä tutustuttiin asetusten teoreettiseen viitekehykseen, standardeihin sekä alan kirjallisuuteen. Teoriaa sovellettiin tulevaisuudentutkimuksen Delfoi- menetelmään, jossa asiantuntijahaastatteluiden perusteella arvioitiin asetuksen soveltamisalaa ja vaatimuksia. Tutkimuksen avaintuloksia ovat standardin SFS-EN 1090-1 vaatimuksenmukaisuuteen vaikuttavien tekijöiden tunnistaminen ja niiden perusteella laaditut ehdotukset yritystoiminnan kehittämiseksi.

Underwater Remote Welding Technology for Offshore Structures

The construction of offshore structures, equipment and devices requires a high level of mechanical reliability in terms of strength, toughness and ductility. One major site for mechanical failure, the weld joint region, needs particularly careful examination, and weld joint quality has become a major focus of research in recent times. Underwater welding carried out offshore faces specific challenges affecting the mechanical reliability of constructions completed underwater. The focus of this thesis is on improvement of weld quality of underwater welding using control theory. This research work identifies ways of optimizing the welding process parameters of flux cored arc welding (FCAW) during underwater welding so as to achieve desired weld bead geometry when welding in a water environment. The weld bead geometry has no known linear relationship with the welding process parameters, which makes it difficult to determine a satisfactory weld quality. However, good weld bead geometry is achievable by controlling the welding process parameters. The doctoral dissertation comprises two sections. The first part introduces the topic of the research, discusses the mechanisms of underwater welding and examines the effect of the water environment on the weld quality of wet welding. The second part comprises four research papers examining different aspects of underwater wet welding and its control and optimization. Issues considered include the effects of welding process parameters on weld bead geometry, optimization of FCAW process parameters, and design of a control system for the purpose of achieving a desired bead geometry that can ensure a high level of mechanical reliability in welded joints of offshore structures. Artificial neural network systems and a fuzzy logic controller, which are incorporated in the control system design, and a hybrid of fuzzy and PID controllers are the major control dynamics used. This study contributes to knowledge of possible solutions for achieving similar high weld quality in underwater wet welding as found with welding in air. The study shows that carefully selected steels with very low carbon equivalent and proper control of the welding process parameters are essential in achieving good weld quality. The study provides a platform for further research in underwater welding. It promotes increased awareness of the need to improve the quality of underwater welding for offshore industries and thus minimize the risk of structural defects resulting from poor weld quality.