Design and manufacture of a microdistillation column

Aim of this thesis was to design and manufacture a microdistillation column. The literature review part of this thesis covers stainless steels, material processing and basics about engineering design and distillation. The main focus, however, is on the experimental part. Experimental part is divided into five distinct sections: First part is where the device is introduced and separated into three parts. Secondly the device is designed part by part. It consists mostly of detail problem solving, since the first drawings had already been drawn and the critical dimensions decided. Third part is the manufacture, which was not fully completed since the final assembly was left out of this thesis. Fourth part is the test welding for the device, and its analysis. Finally some ideas for further studies are presented. The main goal of this thesis was accomplished. The device only lacks some final assembly but otherwise it is complete. One thing that became clear during the process was how difficult it is to produce small and precise steel parts with conventional manufacturing methods. Internal stresses within steel plates and thermal distortions can easily ruin small steel structures. Designing appropriate welding jigs is an important task for even simple devices. Laser material processing is a promising tool for this kind of steel processing because of the flexibility, good cutting quality and also precise and low heat input when welding. Next step in this project is the final assembly and the actual distillation tests. The tests will be carried out at Helsinki University of Technology.

Error Modeling and Accuracy Analysis of a Novel Mobile Hybrid Parallel Robot

Over the last decades, calibration techniques have been widely used to improve the accuracy of robots and machine tools since they only involve software modification instead of changing the design and manufacture of the hardware. Traditionally, there are four steps are required for a calibration, i.e. error modeling, measurement, parameter identification and compensation. The objective of this thesis is to propose a method for the kinematics analysis and error modeling of a newly developed hybrid redundant robot IWR (Intersector Welding Robot), which possesses ten degrees of freedom (DOF) where 6-DOF in parallel and additional 4-DOF in serial. In this article, the problem of kinematics modeling and error modeling of the proposed IWR robot are discussed. Based on the vector arithmetic method, the kinematics model and the sensitivity model of the end-effector subject to the structure parameters is derived and analyzed. The relations between the pose (position and orientation) accuracy and manufacturing tolerances, actuation errors, and connection errors are formulated. Computer simulation is performed to examine the validity and effectiveness of the proposed method.

Design of traction transmission and suspension systems for an omni-directional mobile robot

This project aims to design and manufacture a mobile robot with two Universal Robot UR10 mainly used indoors. In order to obtain omni-directional maneuverability, the mobile robot is constructed with Mecanum wheels. The Mecanum wheel can move in any direction with a series of rollers attached to itself. These rollers are angled at 45º about the hub’s circumference. This type of wheels can be used in both driving and steering with their any-direction property. This paper is focused on the design of traction system and suspension system, and the velocity control of Mecanum wheels in the close-loop control system. The mechanical design includes selection of bearing housing, couplers which are act as connection between shafts, motor parts, and other needed components. The 3D design software SolidWorks is utilized to assemble all the components in order to get correct tolerance. The driving shaft is designed based on assembled structure via the software as well. The design of suspension system is to compensate the assembly error of Mecanum wheels to guarantee the stability of the robot. The control system of motor drivers is realized through the Robot Operating System (ROS) on Ubuntu Linux. The purpose of inverse kinematics is to obtain the relationship among the movements of all Mecanum wheels. Via programming and interacting with the computer, the robot could move with required speed and direction.

Marks of Fire, Value and Faith. Swords with Ferrous Inlays in Finland during the Late Iron Age (ca. 700–1200 AD)

This study explores swords with ferrous inlays found in Finland and dating from the late Iron Age, ca. 700–1200 AD. These swords reflect profound changes not only in styles and fashion but also in the technology of hilts and blades. This study explores how many of these kinds of swords are known from Finland, how they were made and where, what their status was in Late Iron Age Finland, and where the Finnish finds stand in accordance with other areas of Europe. The various methods included measuring of the finds and statistics. The main method of revealing the inlaid marks was radiography due to its non-destructive nature. In cases where inlays were visible without radiography, their details were inspected via microscopy. To study the materials and manufacture of inlaid swords, a sample of them was metallographically analysed to determine the forging technologies and nature of used materials. Furthermore, the manufacture was also studied with experimental approaches. As a result, a catalogue of 151 swords with ferrous inlays was created. This number is relatively high compared with other European countries, although systematic studies have been conducted in only some countries. The inlaid motifs were classified into five distinct categories to help the classification. To summarize, almost every documented inlaid sword was unique in some respect including measurements, inlaid motifs and materials of blades and inlays. Technological variation was also present, some blades being poorer and some of higher quality in spite of the inlaid motifs. Misspelt inscriptions as well as letter-like marks were common in Finland and also in Scandinavia. Furthermore, the provenance of iron and steel used in some blades hints at Scandinavian ores. The above observations, along with the experimental results indicating the existence of multiple alternative techniques of inlaying, suggest that these swords were manufactured locally in Scandinavia, most likely in imitation of Continental European models. Inlaid swords were valued partly for their assumed functionality in combat, as evidenced by damage on some examined blades, or they were valued for their inlays, which could have had fashionable or symbolical meanings bound to local beliefs.

Monitelakalanterin esisuunnitteluaineiston luonti tuotekehitysprojektissa

Työ liittyy uuden sukupolven monitelakalanterin tuotekehitysprojektiin. Työssä tutkittiin uuden monitelakalanterin tuoterakennetta, esisuunnitteluaineistoa ja mahdol- lisuuksia parametriseen 3D-suunnitteluun. Työssä ei suoritettu teknistä laskentaa. Uuden monitelakalanterin modulaarinen tuoterakenne ja esisuunnitteluaineisto pohjautuu markkinoilla olevaan OptiLoad-monitelakalanteriin. Tuoterakenteella ja esisuunnitteluaineistolla ohjataan monitelakalantereiden asiakastoimitusprojekteissa eri kokoluokkien kustannuksia, suunnittelua ja tuotantoa. Modulaarisella tuoterakenteella, jolla on selkeät mitoitusperusteet vaikutetaan oleellisesti asiakastoimitusten luotettavuuteen. Huomioimalla tuotekehitysprojektissa asiakaskohtaiset muutokset modulaarisessa tuoterakenteessa voidaan tehdä alustava esisuunnitteluaineisto. Parametrinen 3D-suunnittelu sekä lopullinen esisuunnitteluaineisto vaatii uuden monitelakalanterin rakenteiden tuotteistusta, standardointia ja elementtimenetelmään perustuvaa lujuuslaskentaa.

Komposiittirakenteiden soveltamismahdollisuudet pesureissa

Teräksen raaka-ainekustannusten jyrkkä nousu pakottaa prosessiteollisuuden etsimään vaihtoehtoisia rakennemateriaaleja, joiden ominaisuudet ovat vähintään terästä vastaavia. Prosessiteollisuudessa joudutaan käyttämään runsaasti kemikaaleja kestäviä laitteita, jolloin rakennemateriaaliksi sopiva on haponkestävä teräs. Laitteiden kokojen kasvusta seuraa niiden kokonaispainojen kasvu aiheuttaen haasteita niitä kantaville perustuksille. Komposiitti on yksi varteenotettava vaihtoehto haponkestävän teräksen korvaajaksi, sillä komposiitin ominaisuus/painosuhde on terästä parempi. Diplomityön tavoitteena on ollut selvittää Washers & Filters – tuoteperheeseen kuuluvien laitteiden, DD-pesurin (Drum Displacer) ja GF- suotimen (GasFree Filter), rakenteista löytyvien osien mahdollisuutta korvata komposiitilla. Työn pohjaksi on käsitelty komposiittien ominaisuuksia, tyyppejä ja valmistusmenetelmiä sekä perehdytty sellupesureiden toimintaprosessiin. Tältä pohjalta löytyi valintakriteerien avulla rakenteita, joita olisi mahdollista korvata komposiitilla.

Robottisolun servotekniikan kehittäminen

Työn kehityksen kohteena toimii CIRB 500i –robottisolu, jonka sisällä työskentelee korkeaan tuotantokapasiteettiin kehitetty näköjärjestelmällä ohjattu sähköservomanipulaattori. Kokonaisuutena ajatellen työ tekee servotekniikan osalta poikkileikkauksen CIRB 500i –robottisolun matkasta prototyypistä tuotteeksi erilaisine kehitysvaiheineen. Työn alkutaipaleella perehdytään pitkälle pelkkään teoriaan nojautuen mitä on servotekniikka, miten se toimii ja kuinka se viritetään. Tämän jälkeen edellä opitut teoriat konkretisoidaan CIRB 500i –robottisoluun ja siinä käytettävään servotekniikkaan. Robottisolun komponenttien ja laitteistojen tullessa tutuiksi mietitään ja kehitetään kuinka robottisolusta saataisiin entistä kehittyneempi ja käytännöllisempi teknillisestä näkökulmasta katsoen kuitenkaan valmistamisen kustannustehokkuutta unohtamatta. Loppupuolella analysoidaan miten edellä tehdyt kehitystoimenpiteet ovat vaikuttaneet robottisolun toimintaan ja valmistamiseen. Lopuksi sovelletaan teoriaosuuden virityskeinoja servojen virittämiseen käytännössä ja analysoidaan saavutettuja kehittämistyön tuloksia. Lisäksi tehdään katsaus CIRB 500i –robottisolun tulevaisuuden näkymiin.

Suunnittelun mahdollisuudet alumiiniveneen rungon valmistuskustannusten optimointiin mitoitusdirektiivi huomioiden

Tässä diplomityössä tutkittiin valmistuksellisia ja rakenteellisia mahdollisuuksia alumiiniveneen rungon valmistuskustannusten optimointiin vallitseva runkomitoitusdirektiivi huomioiden. Varsinaista kustannussäästötavoitetta työlle ei määritetty, mutta tavoitteena oli selvittää runkokonstruktion kustannusten painopisteiden mukaisesti kehityskohteet ja uusi kehitetty runkokonstruktio, joka täyttää mitoitusdirektiivin vaatimukset. Nykyistä ja kehitettyä runkokonstruktiota verrataan kustannusten sekä valmistettavuuden kannalta ja tehdään johtopäätökset. Kehityskohteiden löytämisessä sovellettiin valmistus- ja kokoonpanoystävällisen suunnittelun DFM(A)-periaatteita ja teoriaa, jotka esiteltiin työn teoriaosuudessa. Valmistuskustannusten määrittämisen tueksi teoriaosuudessa esiteltiin hitsauksen ja osavalmistuksen (laserleikkaus, särmäys) kustannusmallit, joita hyödynnettiin soveltuvin osin kustannuslaskennassa. Merkittävänä osana selvitystyötä oli myös SFS-EN ISO 12215-5-(6) runkomitoitusstandardin tulkitseminen ja referointi työn kannalta merkittäviin osa - alueisiin. Nykyisen runkokonstruktion kustannusanalyysin ja valmistettavuusarvion pohjalta päädyttiin rakenteellisiin ja valmistuksellisiin kehitystoimenpiteisiin, jotka täyttävät runkomitoitusdirektiivin rakenteelliset vaatimukset. Rakenteelliset toimenpiteet käsittivät mm. materiaalivahvuuksien, jäykisterakenteen ja osamäärän optimointia. Valmistukselliset toimenpiteet liittyivät mm. hitsauksen tuottavuuden tehostamiseen ja sen kustannusvaikutuksiin. Rakenteellisilla kehitystoimenpiteillä olisi mahdollista saavuttaa noin 6 % säästö ja valmistusmenetelmien kehittämisellä noin 17 % säästö valmistuskustannuksista.

Kuituvuoto reikäsihdillä massan syöttövaiheessa

Diplomityön tarkoituksena oli kehittää tutkimuslaite, jolla pystyttäisiin tutkimaan sellumassan syöttötapahtumaa reikäsihdillä ja tarkastelemaan syöttöhetkellä tapahtuvaa kuituhäviötä. Laitteen suunnittelun ja valmistuksen tavoitteena oli myös saada tutkimuslaite mahdollisim-man modifioitavaksi (syöttöaukon koko, muoto ja erityyppiset reikäsihdit ja näiden vaikutukset sellukuitujen hävikkiin). Haluttiin myös mahdollisuus syöttötapahtuman kuvaamiseen esim. suurnopeuskameroin, joka otettiinkin huomioon laiteosia valittaessa (läpinäkyvä akryyli). Tutkimuslaitteen kestävyyttä erilaisissa prosessiolosuhteissa haluttiin korostaa (voidaan operoida laajalla pH ja lämpötila-alueilla, sekä syöttöpainetta voidaan muunnella). Diplomityön kirjallisuusosassa käsitellään kuituvuodon aiheuttamia haittoja, joista tärkein on taloudellinen menetys. Näiden lisäksi kirjallisuusosassa tarkastellaan pääpirteittäin pesume-netelmiä ja käydään läpi kuitusulpun suotautumiseen vaikuttavia tekijöitä. Diplomityöhön sisältyi tutkimuslaitteen suunnittelun ja valmistuksen lisäksi myös laitteen toi-mivuuden testaus. Testit suoritettiin pohjoismaisella koivusellulla. Koivusellu otettiin happi-vaiheen jälkeisen pesurin poistosta. Massalle suoritettiin KAPPA-luvun, SR-luvun, viskositee-tin ja syrjäytys -määritykset, sekä kuituanalyysi. Laitteella suoritettiin 7 %, 10 % ja 12 % sakeuksisten massojen koeajotestit. Suodokset otettiin talteen jatkotutkimuksiin, jossa niistä mitattiin kuituvuoto. 10 % suodokselle suoritettiin myös kuituanalyysi. Tuloksista nähtiin, että 7 % sakeuksinen massa antoi lähes nelinkertaisen kuituvuotomäärän 10 % sakeuksiseen massan syöttöön nähden.

Paperikoneen toimituskonseptin muutos strategisena kilpailutekijänä

2000-luvulla paperikoneiden kustannuskilpailukykyä on parannettu jatkuvasti, mutta se ei ole ollut riittävää. Tarve muutoksiin havaitaan kilpailukyvyn puutteena vuosina 2007–2008. Eräänä hankkeena on paperikoneen suunnitteleminen ja valmistaminen kopiokonseptikoneena, jossa toimitusmoduulina on paperikone perälaatikolta rullaimelle. Moduulikonsepti on toimintatapa, jossa paperikone tuotteistetaan rakenneryhmien ja laitteiden osalta tietyn ominaisuuden mukaan koko paperikonelinjassa. Paperikone rakentuisi sovituista moduulipalikoista. Moduulikonseptitavassa paperikone suunnitellaan ja toteutetaan aina malliaineiston pohjalta kaikissa rakenneryhmissä. Työssä on tarkoitus vertailla kopiokonsepti- ja moduulikonseptimallia. Kaksi tutkimustyön pääkysymystä käsittelee ulkoista kilpailukykyä ja yrityksen sisäistä tehokkuutta valmistaa paperi- ja kartonkikoneita kopiokonsepti- tai moduulikonseptimallilla näkökulmana pitkäaikainen kilpailuetu. Tutkimustulokset selvitettiin Kamenskyn kehittämällä yrityksen strategisen arkkitehtuurin mallilla. Sisäiset ja ulkoiset toiminnot analysoitiin. Ulkoisen ja sisäisen analyysin pohjalta muodostettiin yhdistetty näkemys, synteesianalyysi, joka vastaa työn tavoitteisiin, kahteen pääkysymykseen sekä alakysymyksiin. Kopiokonsepti ei ole ratkaisu pitkäaikaiseen kilpailukykyyn, koska jokainen paperilaji ja konekoko tarvitsevat oman kopiomallinsa. Nykyiset henkilöresurssit eivät tule riittämään näihin koneisiin tarvittavien dokumenttien luomiseen ja ylläpitoon. Suunnittelun perustehtävä muuttuisi projektisuunnittelusta kopiomallien suunnitteluksi. Moduulikonseptilla saavutetaan kaikki ne edut, joita kopiokonseptilla on tavoiteltu, mukaan lukien nimikkeiden uudelleenkäyttö. Moduulikonseptilla voidaan toteuttaa kaikki nykyiset ja tulevat paperikoneet ja paperilajit. Vuosittain saatavissa oleva määrä on 1,5–2,5 kopiokonseptipaperikonetta. Moduulikonseptimallia on saatavissa sama määrä.

Hitsattavan konstruktion laadun ja rakenteen kehittäminen lyöntipaalutuskoneessa

Työn tavoitteena oli Junttan Oy:n valmistaman lyöntipaalutuskoneeseen kuuluvan tärkeän konstruktion, peruskeilin, laadun ja rakenteen kehittäminen. Työ tehtiin osana Tekesin ja usean yrityksen rahoittamaa HitNet-projektia (Hitsaavan teollisuuden hankintatoimen ja toimitusketjun tehostaminen). Peruskeiliä tutkittiin seuraamalla sen valmistusta Junttan Oy:n omassa tuotannossa sekä alihankintayrityksissä. Ongelmana peruskeilin suunnittelussa ja valmistuksessa olivat hyvin tarkat toleranssirajat sen liukupinnoille. Suurimmat ongelmat syntyivät hitsaamisen tuoman suuren lämmöntuonnin aiheuttamien muodonmuutosten ja särmäyksestä johtuvan takaisinjouston yhteydessä. Näihin ongelmiin pyrittiin kehittämään ratkaisuja peruskeilin rakennetta muuttamalla, Total Welding Management -laatutyökalua hyödyntämällä sekä hitsaustoimintaa ja särmäystä kehittämällä. Peruskeilin suunnittelussa ja valmistuksessa havaittujen ongelmien perusteella kehitettiin useita ratkaisuja, joista yksi otettiin käyttöön ja siitä valmistetaan prototyyppi Junttan Oy:n omassa tuotannossa. Uuden mallin valmistuessa päätetään tuleeko siitä korvaaja edeltäjälleen vai testataanko vielä muita kehitysideoita.

Solid and liquid biofuels markets in Finland - a study on international biofuels trade

This study considered the current situation of solid and liquid biofuels markets and international biofuels trade in Finland and identified the challenges ofthe emerging international biofuels markets for Finland. The fact that industryconsumes more than half of the total primary energy, widely applied combined heat and power production (CHP) and a high share of biofuels in the total energy consumption are specific to the Finnish energy system. One third of the electricity is generated in CHP plants. As much as 27% of the total energy consumption ismet by using wood and peat, which makes Finland the leading country in the use of biofuels. Finland has made a commitment to maintain greenhouse gas emissions at the 1990 level at the highest during the period 2008-2012. The Finnish energypolicy aims to achieve the target, and a variety of measures are taken to promote the use of renewable energy sources and especially wood fuels. In this study, the wooden raw material streams of the forest industry were included the international biofuels trade in addition to biomass streams that are traded for energy production. In 2004, as much as 45% of the raw wood importedinto Finland ended up in energy production. The total international trading of biofuels was evaluated at 72 PJ, of which the majority, 58 PJ, was raw wood. About 22% of wood based energy in Finland originated from imported raw wood. Tall oil and wood pellets composed the largest export streams of biofuels. The annual turnover of international biofuels trade was estimated at about ¤ 90 million fordirect trade and at about ¤ 190 million for indirect trade. The forest industryas the biggest user of wood, and the producer and user of wood fuels has a central position in biomass and biofuels markets in Finland. Lately, the international aspects of Finnish biofuels markets have been emphasised as the import of rawwood and the export of wood pellets have increased. Expanding the use of biofuels in the road transportation sector would increase the international streams ofbiofuels in Finland. In coming years, the international trading of biomass for energy purposes can be expected to continue growing.

Methods of Jet to Wire Speed Ratio Determination and Its Effect in Paper and Board Manufacture

Suihku/viira-nopeussuhde on perälaatikon huulisuihkun ja viiran välinen nopeusero. Se vaikuttaa suuresti paperin ja kartongin loppuominaisuuksiin, kuten formaatioon sekä kuituorientaatioon ja näin ollen paperin lujuusominaisuuksiin. Tämän johdosta on erityisen tärkeää tietää todellinen suihku/viira-nopeussuhde paperin- ja kartonginvalmistuksessa. Perinteinen suihku/viira-nopeussuhteen määritysmenetelmä perustuu perälaatikon kokonaispaineeseen. Tällä menetelmällä kuitenkin todellinen huulisuihkun nopeus saattaa usein jäädä tietämättä johtuen mahdollisesta virheellisestä painemittarin kalibroinnista sekä laskuyhtälön epätarkkuuksista. Tämän johdosta on kehitetty useita reaaliaikaisia huulisuihkun mittausmenetelmiä. Perälaatikon parametrien optimaaliset asetukset ovat mahdollista määrittää ja ylläpitää huulisuihkun nopeuden “on-line” määrityksellä. Perälaatikon parametrejä ovat mm. huulisuihku, huuliaukon korkeusprofiili, reunavirtaukset ja syöttövirtauksen tasaisuus. Huulisuihkun nopeuden on-line mittauksella paljastuu myös muita perälaatikon ongelmakohtia, kuten mekaaniset viat, joita on perinteisesti tutkittu aikaa vievillä paperin ja kartongin lopputuoteanalyyseillä.

Odor emission control and reduce in betaine manufacture

This thesis was made in Naantali plant of Finnfeeds Finland Oy. In this thesis the main study was in reducing, controlling, measuring and processing odour effluents in various methods. Also are considered legislation, marketing issues and environmental requirements of reducing of odour effluents. The literature review introduces odours complications, legislations and various methods of odour removal. There is also a review of volatile organic compounds detection and measuring methods. The experimental section consists TD-GC-MS-measurements and expansive measurements with electronic nose. Electronic nose is a new solution for recognition and measuring industrial odours. In this thesis the electronic nose was adapted into reliable recognition and measuring method. Measurements with electronic nose was made in betaine factory and main targets were odour removal process and other odours from factory. As a result of experimental work with TD-GC-MS-measurements becomes odour compound of 2-and 3- methylbutanal and dimethyldisulfide, which odour is sweet and fug. Extensive study with electronic nose found many developmental subjects. Odour balance measurements of factory and after calculation made adjustment of odour removal process, over all odour effluent to environment will reduce 25 %.