Calculation analysis of energy saving tools for fan and pump applications

This thesis analyses the calculation of FanSave and PumpSave energy saving tools calculation. With these programs energy consumption of variable speed drive control for fans and pumps can be compared to other control methods. With FanSave centrifugal and axial fans can be examined and PumpSave deals with centrifugal pumps. By means of these programs also suitable frequency converter can be chosen from the ABB collection. Programs need as initial values information about the appliances like amount of flow and efficiencies. Operation time is important factor when calculating the annual energy consumption and information about it are the length and profile. Basic theory related to fans and pumps is introduced without more precise instructions for dimensioning. FanSave and PumpSave contain various methods for flow control. These control methods are introduced in the thesis based on their operational principles and suitability. Also squirrel cage motor and frequency converter are introduced because of their close involvement to fans and pumps. Second part of the thesis contains comparison between results of FanSave’s and PumpSave’s calculation and performance curve based calculation. Also laboratory tests were made with centrifugal and axial fan and also with centrifugal pump. With the results from this thesis the calculation of these programs can be adjusted to be more accurate and also some new features can be added.

Variable speed drive in fan system monitoring

Fan systems are responsible for approximately 10% of the electricity consumption in industrial and municipal sectors, and it has been found that there is energy-saving potential in these systems. To this end, variable speed drives (VSDs) are used to enhance the efficiency of fan systems. Usually, fan system operation is optimized based on measurements of the system, but there are seldom readily installed meters in the system that can be used for the purpose. Thus, sensorless methods are needed for the optimization of fan system operation. In this thesis, methods for the fan operating point estimation with a variable speed drive are studied and discussed. These methods can be used for the energy efficient control of the fan system without additional measurements. The operation of these methods is validated by laboratory measurements and data from an industrial fan system. In addition to their energy consumption, condition monitoring of fan systems is a key issue as fans are an integral part of various production processes. Fan system condition monitoring is usually carried out with vibration measurements, which again increase the system complexity. However, variable speed drives can already be used for pumping system condition monitoring. Therefore, it would add to the usability of a variablespeed- driven fan system if the variable speed drive could be used as a condition monitoring device. In this thesis, sensorless detection methods for three lifetime-reducing phenomena are suggested: these are detection of the fan contamination build-up, the correct rotational direction, and the fan surge. The methods use the variable speed drive monitoring and control options for the detection along with simple signal processing methods, such as power spectrum density estimates. The methods have been validated by laboratory measurements. The key finding of this doctoral thesis is that a variable speed drive can be used on its own as a monitoring and control device for the fan system energy efficiency, and it can also be used in the detection of certain lifetime-reducing phenomena.

”What an awesome time to be a fan!” ‒ Kokemuksellisuuden muodostuminen Batman: Yön Ritari -elokuvan markkinointiin kehitetyssä ARG-pelissä

Tutkimukseni käsittelee kokemuksellisuuden muodostumista Batman: Yön Ritari -elokuvan markkinointiin kehitetyssä ARG-pelissä. ARG-peli eli vaihtoehtotodellisuuspeli on pervasiivinen peli, joka välittyy osallistujille reaaliaikaisesti erilaisten arkipäiväisten viestimien kautta immersiivisyyttä ja yhteisöllisyyttä korostaen. Vuorovaikutukseen perustuva ARG-peli on kokemus, joka muodostuu yhteistyössä pelintekijöiden ja osallistujien välillä. Tutkimuksen keskeisenä tavoitteena on tarkastella Why So Serious? -pelin kokemuksellisuutta luovia elementtejä sekä pelintekijöiden että pelaajien näkökulmasta. Tutkimusaineistoni koostuu verkkoaineistosta. Käsittelen tutkimuksessani kahta peliyhteisön kannalta merkittävää keskustelufoorumia, joissa osallistujat kokivat ja pelasivat peliä yhteisönä ja yksilöinä. Tutkimusmetodini pohjautuu fenomenologis-hermeneuttiseen metodiin: tarkastelen ARG-pelin kokemuksellisuutta tulkitsemalla osallistujien kirjallisia ilmaisuja ilmiöön liittyvä teoriatausta tukenani. Tutkimukseni on aineistolähtöinen ja etenee kronologisesti. Pelin kokonaiskuvan muodostamisessa olen hyödyntänyt osallistujien luomaa wikisivustoa, mikä toimi pelin aikana sekä informaatiokanavana että peliä dokumentoivana mediana. Vaikka käsittelemäni ARG-peli ei edustanut perinteistä ARG-peliä muun muassa heikon tarinallisuutensa vuoksi, se muodosti osallistujilleen hyvin voimakkaan kokemuksen. Why So Serious? -pelin kokemuksellisuus pohjautui hyvin pitkälti Batman-brändin tunnettuuteen ja populaarikulttuuriseen arvoon sekä nimekkäisiin fiktiivisiin hahmoihin, jotka yhdessä houkuttelivat osallistujia uppoutumaan pelin vaihtoehtotodellisuuteen. Keskinäisestä kilpailustaan huolimatta peliyhteisöt muodostivat jäsenilleen kollektiivisen identiteetin tunteen, minkä lisäksi muun muassa pelin dokumentointi ja spekulointi laajensivat osallistujien kokemusta. Yksilötasolla ensikertalaisuus vaikutti vahvasti pelin muodostamaan kokemukseen: kokemus oli voimakkaampi niille pelaajille, jotka osallistuivat ARG-peliin ensimmäistä kertaa. Why So Serious? -pelistä tuli ainutkertaisuudessaan osa Batman-brändin historiaa, mikä vahvisti pelin osallistujilleen tuottamaa kokemusta. 2000-luvun kuluttaja etsii elämyksiä ja myös markkinoinnin on mukauduttava – sekä uudistuttava – kuluttajien kasvavien vaatimuksien mukaan. Tutkimukseni on yksi esimerkki onnistuneesta, 2000-luvun kuluttajille suunnatusta markkinointikampanjasta.

Grassroots Charity in China: Case Analysis of a Charity Project Organised by Jane Zhang Fan Club

As unregistered grassroots charities do not appear in official statistics in China, they tend to remain unnoticed by scholars. Also as they operate unofficially and avoid publicity, their work is usually not reported by the media. In this research I explore the grassroots charity activity of one pop music fan club from the viewpoint of trust as a sociological concept. I will also establish the general situation on charity in China. By using textual analysis on internet blogs and discussion forums I map the charity project from the discussion of the original idea to the execution and follow up phase. I study the roles the fan club members assume during the project as anonymous participants of internet conversations, as well as concrete active charity volunteers outside of the virtual world. I establish parties, other than the fan club, which are involved in the charity project. Interviews with one of the participant of the project in 2010, 2014 and 2015 bring valuable additional information and help in distributing the questionnaire survey. A quantitative questionnaire survey was distributed among the fan club members to get more detailed information on the motives and attitudes towards official and unofficial charity in China. Because of the inequality in China, the rural minority areas do not have similar educational opportunities as the mostly majority inhabited urban areas, even though the country officially has a nine year compulsory education. Grassroots charities can operate in relative freedom taking some of the government’s burden of social responsibilities if they are not criticizing the authorities. The problem with grassroots charity seems to be lack of sustainability. The lack of trust for authorities and official charities was the reason why the Jane Zhang fan club decided to conduct a charity case unofficially. As a group of people previously unknown to each other, they managed to build mutual trust to carry out the project transparently and successfully, though not sustainably. The internet has provided a new and effective platform for unofficial grassroots charities, who choose not to co-operate with official organisations. On grassroots level charities can have the transparency and trust that lack from official charities. I suggest, that interviewing the real persons behind the internet aliases and finding out what happened outside the discussion forums, would bring a more detailed and outspoken description of the project concerning of the contacts with the local authorities. Also travelling to the site and communicating with the local people in the village would establish how they have experienced the project.

Partituurista oopperaksi : laulajan työvälineet

Partituurista oopperaksi on tutkielma laulajan työprosessista ja sen hallinnan keinoista. Tämä kirjallinen opinnäytetyö perustuu muistiinpanoihin ja kokemuksiin Dorabellan roolin työstämisestä W. A. Mozartin oopperassa Cosı̀ fan tutte. Lisäksi työ perustuu kirjallisuuslähteisiin ja erityisesti aikaisemman opinnäytetyöni tuloksiin Näyttelijäntyö esittävän säveltaiteen palveluksessa (Mäkelä 2005). Laulajan työ voidaan jakaa karkeasti kolmeen osaan, jotka ovat taustatyö, näyttämötyö ja esiintyminen. Ne voidaan edelleen jakaa erilaisiin elementteihin, kuten musiikin ja roolin analyysi, ohjaaja, kapellimestari, yleisö jne. Työn tarkoituksena oli selvittää, mitä laulaja tarvitsee kokonaisvaltaisen esityksen rakentamiseksi ja millaisin välinein hän voi pureutua erilaisten elementtien hallintaan. Toisin sanoen tarkoituksena oli koota jonkinlainen työkalusarja laulajan työprosessia varten, jota voi tarpeen mukaan täydentää ja karsia. Laulajan työn oppiminen perustuu hyvän vokaalitekniikan työstämiseen. Silti laulajan työ ei ole pelkästään vokaalitekniikkaa, vaan se on monimuotoinen työprosessi, jolle laulutekniikka muodostaa työskentelyn perustan. Prosessiin kuuluvat elementit vaikuttavat tähän perustaan. Keskeinen tutkimusongelma oli analysoida keinoja eli välineitä, joiden avulla elementtejä voidaan hallita laulajan työssä. Tämä opinnäytetyö tarjoaa esimerkkejä ja vihjeitä mm. musiikin, tarinan taustan ja roolin analysoimiseksi sekä yleisön impulssien hyödyntämiseksi. Työtä voi käyttää joko laulajan työprosessin kuvauksena, esimerkkinä eräästä laulajan työhön soveltuvasta työkalusarjasta tai sieltä voi poimia yksittäisiä välineitä tarpeen mukaan. Parhaimmillaan työ voi tarjota hyödyllistä informaatiota mm. laulajille, laulunopiskelijoille ja laulunopettajille työprosessin kokonaisvaltaisuudesta.

Impingement jet cooling of end windings in a high-speed electric machine

The rotational speed of high-speed electric machines is over 15 000 rpm. These machines are compact in size when compared to the power rate. As a consequence, the heat fluxes are at a high level and the adequacy of cooling becomes an important design criterion. In the high-speed machines, the air gap between the stator and rotor is a narrow flow channel. The cooling air is produced with a fan and the flow is then directed to the air gap. The flow in the gap does not provide sufficient cooling for the stator end windings, and therefore additional cooling is required. This study investigates the heat transfer and flow fields around the coil end windings when cooling jets are used. As a result, an innovative and new assembly is introduced for the cooling jets, with the benefits of a reduced amount of hot spots, a lower pressure drop, and hence a lower power need for the cooling fan. The gained information can also be applied to improve the cooling of electric machines through geometry modifications. The objective of the research is to determine the locations of the hot spots and to find out induced pressure losses with different jet alternatives. Several possibilities to arrange the extra cooling are considered. In the suggested approach cooling is provided by using a row of air jets. The air jets have three main tasks: to cool the coils effectively by direct impingement jets, to increase and cool down the flow that enters the coil end space through the air gap, and to ensure the correct distribution of the flow by forming an air curtain with additional jets. One important aim of this study is the arrangement of cooling jets in such manner that hot spots can be avoided to wide extent. This enables higher power density in high-speed motors. This cooling system can also be applied to the ordinary electric machines when efficient cooling is needed. The numerical calculations have been performed using a commercial Computational Fluid Dynamics software. Two geometries have been generated: cylindrical for the studied machine and Cartesian for the experimental model. The main parameters include the positions, arrangements and number of jets, the jet diameters, and the jet velocities. The investigated cases have been tested with two widely used turbulence models and using a computational grid of over 500 000 cells. The experimental tests have been made by using a simplified model for the end winding space with cooling jets. In the experiments, an emphasis has been given to flow visualisation. The computational analysis shows good agreement with the experimental results. Modelling of the cooling jet arrangement enables also a better understanding of the complex system of heat transfer at end winding space.

The p22phox C242T gene polymorphism is associated with a reduced risk of angiographically verified coronary artery disease in a high-risk Finnish Caucasian population. The Finnish Cardiovascular Study.

American Heart Journal Vol. 152, Issue 3, pp 538-542, 2006

Energiatehokkaiden tuotteiden myynti voimalaitoksiin

Tämän diplomityö käsittelee energiasäästömahdollisuuksia taajuusmuuttajien ja korkean hyötysuhteen moottoreiden avulla Suomen voimalaitoksissa. Energiatehokkuuden parantaminen voimalaitosten tuotantoprosessissa tarjoaa suuria myyntimahdollisuuksia ja on siten mielenkiintoinen tutkimuksen kohde. Työn tavoitteena on analysoida voimalaitostoimialaa Suomessa ja selvittäävoimalaitosten energiansäästöpotentiaalia suurimpien sähköä kuluttavien laitteiden osalta. Työn perusteella saadaan muodostettua kuva taajuusmuuttaja ja korkean hyötysuhteen moottorien markkinoista voimalaitoksiin. Työnalkuosassa keskitytään voimalaitostoimialan ja energiamarkkinoiden analyysiin. Analyysissä käydään läpi yleisimpien voimalaitosten toimintaperiaatteet ja energiatehokkaiden tuotteiden markkinakehitys sekä teollisuuden investointeihin liittyviä tekijöitä. Työn loppuosa käsittelee voimalaitosten suurimpien pumppujen ja puhaltimien energiansäästömahdollisuutta taajuusmuuttajien avulla. Työn tuloksena on muodostettu analyysi eri voimalaitostyyppien laittokannasta ja arvio energiasäästöstä sekä myyntipotentiaalista, jos laitteet muutetaan taajuusmuuttajakäytöiksi.

Spray coating technique asa surface treatment for woodcontaining paper grades

The objective of this work was to introduce the emerging non-contacting spray coating process and compare it to the existing coating techniques. Particular emphasis was given to the details of the spraying process of paper coating colour and the base paper requirements set by the new coating method. Spraying technology itself is nothing new, but the atomisation process of paper coating colour is quite unknown to the paper industry. The differences between the rheology of painting and coating colours make it very difficult to utilise the existing information from spray painting research. Based on the trials, some basic conclusion can be made:The results of this study suggest that the Brookfield viscosity of spray coating colour should be as low as possible, presently a 50 mPas level is regarded as an optimum. For the paper quality and coater runnability, the solids level should be as high as possible. However, the graininess of coated paper surface and the nozzle wear limits the maximum solids level to 60 % at the moment. Most likelydue to the low solids and low viscosity of the coating colour the low shear Brookfield viscosity correlates very well with the paper and spray fan qualities. High shear viscosity is also important, but yet less significant than the low shear viscosity. Droplet size should be minimized and besides keeping the brrokfield viscosity low that can be helped by using a surfactant or dispersing agent in the coating colour formula. Increasing the spraying pressure in the nozzle can also reduce the droplet size. The small droplet size also improves the coating coverage, since there is hardly any levelling taking place after the impact with the base paper. Because of the lack of shear forces after the application, the pigment particles do not orientate along the paper surface. Therefore the study indicates that based on the present know-how, no quality improvements can be obtained by the use of platy type of pigments. The other disadvantage of them is the rapid deterioration of the nozzle lifetime. Further research in both coating colour rheology and nozzle design may change this in the future, but so far only round shape pigments, like typically calcium carbonate is, can be used with spray coating. The low water retention characteristics of spray coating, enhanced by the low solids and low viscosity, challenge the base paper absorption properties.Filler level has to be low not to increase the number of small pores, which have a great influence on the absorption properties of the base paper. Hydrophobic sizing reduces this absorption and prevents binder migration efficiently. High surface roughness and especially poor formation of the base paper deteriorate thespray coated paper properties. However, pre-calendering of the base paper does not contribute anything to the finished paper quality, at least at the coating colour solids level below 60 %. When targeting a standard offset LWC grade, spraycoating produces similar quality to film coating, but yet blade coating being on a slightly better level. However, because of the savings in both investment and production costs, spray coating may have an excellent future ahead. The porousnature of the spray coated surface offers an optimum substrate for the coldset printing industry to utilise the potential of high quality papers in their business.

Puhallinpyörien kaarijuoton taloudellisuusanalyysi

Työssä selvitettiin Fläkt Woods Groupin toimeksiannosta, onko kannattavaa vaihtaa ilmastointipuhaltimissa käytettävien puhallinpyörien valmistusmenetelmä MIG-hitsauksesta kaarijuottoon. Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa suoritetuissa tutkimuksissa oli saavutettu noin 3-5 -kertainen liitosnopeus MIG-hitsaukseen verrattuna. Koska kaarijuotto voidaan tehdä tavallisella MIG-hitsauslaitteistolla, ei menetelmän käyttöönotto aiheuta merkittäviä lisäinvestointeja. Suurin kustannuserä onkin kaarijuotossa käytettävä alumiinipronssilanka, jonka hinta asetti kyseenalaiseksi menetelmän vaihtamisen. Käytännössä kaarijuotolla saavutettiin noin 2-kertainen liitosnopeus. Pääasialliset syyt, jotka aiheuttivat liitosnopeuden jäämisen pieneksi, liittyivät kaarijuoton suureen parametriherkkyyteen ja puhallinpyörän vaikeaan geometriaan. Tehdyt kokeet osoittivat, että puhallinpyöräkoon kasvaessa kaarijuotto onnistuu paremmin. Käyttämällä kaarijuottoa vain suurimpiin puhallinpyöriin päästäisiin myös hitsausta vastaaviin kannattavuuslukuihin, vaikka kapasiteettilisäys jäisi melko vaatimattomaksi. Tällöin myös teknisten ongelmien määrä jäisi mahdollisimman vähäiseksi. Osittainenkin kaarijuoton käyttöönotto olisi hyödyllistä, sillä näin saataisiin käyttökokemuksia ja tietämystä kaarijuoton käyttäytymisestä. Nämä tiedot ovat tärkeitä, mikäli kaarijuotto osoittautuu kannattavaksi esimerkiksi hitsauspituuden kasvaessa tai jos alumiinipronssilangan hinta laskee.

Komposiittivaipan moderni optimisuunnittelu ja toteutus

Tavoitteena tällä tutkimuksella on soveltaa modernin optimisuunnittelun keinoja komposiittimuovisen nestesäiliön lieriömäisen vaipparakenteen suunnittelemiseksi optimaalisen tyydyttäviksi valmistustekniikan ja kustannusten kannalta. Kuormituksia on kahdenlaisia. Säiliön sisällä on neste, joka tuottaa hydrostaattisen painekuorman ja järjestelmään kytketty puhallin tuottaa ulkoisen ylipaineen. Säiliöt ovat pystysäiliöitä ja ne tukeutuvat alustaan suoran pohjalaatan avulla. FEM- malleissa kuoren alaosat ovat jäykästi kiinnitettyjä ja yläosissa säteensuuntaiset siirtymät ovat estettyjä. Materiaaleiksi kuoreen on valittu kahdella eri menetelmällä lujitetut komposiittimateriaalit. Kantavan kerroksen toimintona on kantaa kuormat. Sulkukerros toimii korroosiosuojana ja sen lujuus on kantavaa kerrosta pienempi. Keinoina käytetään ensin innovatiivista suunnittelua optimaalisten lähtövaihtoehtojen ideoimiseksi ja valitsemiseksi jatkokehittelyä varten. Tavoitteena on asiakkaan tyytyväisyyden maksimointi huomioiden tuotteen kustannukset ja kesto. Yhtenä suunnittelun keinona on käytetty kuoriteoriaa ja komposiittien materiaalimalleja. Kestoehtoina on sovellettu komposiiteille soveltuvia kriteerejä. Toisena keinona käytetään FEM-laskentaa. Elementtityypiksi on valittu kaksiulotteinen kuorielementti, jossa on ortotrooppisen ainemallin mukaiset materiaaliominaisuudet. Jännitystuloksien merkittävyys keston kannalta selvitettiin Tsai-Hillin kriteerillä. Tuloksina saatiin ensin innovoitua rakenteelle kaksi päävaihtoehtoa, joita alettiin optimoida. Valitussa ratkaisussa on huomioitu kokonaisuus ja eri yksityiskohdat, kuten paino, jäykisteet kustannustehokkuus, valmistusnopeus, laatu, hävikit, päästöt, lujuus ja kilpailukykyinen myyntihinta. Yhteenvetona voidaan todeta, että käytetyt keinot ovat hyvin tehokkaita ja niillä voidaan suunnitella ja toteuttaa komposiittirakenteita, jotka tyydyttävät optimaalisesti loppukäyttäjän teknis- taloudelliset vaatimukset. Lisäksi tulokset osoittavat, että standardin ja FEM-laskennan ennustukset ovat lähellä toisiaan sylinterimäisillä kuoriosilla, mutta standardit suosittavat suurempia mittoja itse jäykisteille.

Viilukuivurin suunnittelu kuivaustehon ja -laadun parantamiseksi

Työn tarkoitus tutkia viilukuivurin ilmankiertoa. Tietojen pohjalta suunnitellaan alustava 6-kerroskuivuri. Lisäksi diplomityössä tutkitaan erilaisten kuivausparametrien vaikutusta kuivaustapahtumaan. Viilunkuivauksessa on tärkeää tasainen kuivaustulos. Kuivaustapahtumaan vaikuttavat monet parametrit, joista yksi tärkeimmistä on kuivausilman nopeus suuttimissa. Kun viilukuivurin kuivausilman kierto on tasapainossa, saadaan kuivurin jokaisen kerroksen suutinnopeus yhtäläiseksi. Työ tarkastelee kuivurin kennon eri osien: puhaltimen, patterin, kanavien ja suutinlaatikoiden vaikutusta kuivausilman virtaamiin. Tietojen perusteella on tarkoitus optimoida kuivausolosuhteet kennon eri osissa. Teorian lisäksi työssä on tarkasteltu erilaisten virtausmallien avulla kuivausilman kiertoa kennossa. Eri kuivausparametrien vaikutusta on tutkittu viilun kuivumista simuloivalla ohjelmalla. Kuivurin konstruktion kuormituskestävyyttä on arvioitu FEM-malleilla. Lopputuloksena on saatu alustava malli VTS6x6200 kuivurille.

Keskinopeusalueella toimivan induktiomoottori - puhallinkäytön suorituskyvyn mittaus alipainekäytössä

Keskinopeusalueella toimivaa massiiviroottorista epätahtimoottoria voidaan käyttää teollisissa puhaltimissa, joissa on tärkeää saavuttaa normaalia korkeampi pyörimisnopeus ja paine-ero. Usein tällaisella puhaltimella saavutetaan parempi hyötysuhde ja säädettävyys kuin vanhoilla volumetrisilla pumpuilla. Paperikoneiden vedenpoistossa käytetty alipaineen tuotto muodostaa erään sovelluskohteen tällaiselle puhallinkäytölle. Työssä esitellään tällaiseen sovelluskohteeseen suunnitellun puhaltimen ja sitä käyttävän massiiviroottorisen epätahtikoneen testausmenetelmät niiden ominaisuuksien määrittämiseksi, sekä siihen tarvittavan mittalaitteiston vaatimukset. Puhaltimen osalta esitetään täydellinen laskenta perustuen LTKK:ssa 20.10.2000 - 27.10.2000 välisenä aikana suoritettuun puhaltimen testiajoon.

Supplier Energy Audits in Thermal Power Plants

This master’s thesis handles an operating model for an electric equipment supplier conducted sale oriented energy audit for pumping, fan and other motor applications at power plants. The study goes through the largest factors affecting internal electricity use at a power plant, finds an energy audit –like approach for the basis of information gathering and presents the information needed for conducting the analysis. The model is tested in practice at a kraft recovery boiler of a chemical pulping mill. Targets chosen represent some of the largest electric motor applications in the boiler itself and in its fuel handling. The energy saving potential of the chosen targets is calculated by simulating the energy consumption of the alternatives for controlling the targets, and thereafter combining the information with the volume flow duration curve. Results of the research are somewhat divaricated, as all the information needed is not available in the automation system. Some of the targets could be simulated and their energy saving potential calculated quite easily. At some of the targets chosen the monitoring was not sufficient enough for this and additional measurements would have been needed to base the calculations on. In traditional energy audits, energy efficiency of pump and fan applications is not necessarily examined. This means that there are good possibilities for developing the now presented targeted energy audit procedure basis further.