Experimental and Numerical Analysis of Different Volutes in a Centrifugal Compressor

In a centrifugal compressor the flow around the diffuser is collected and led to the pipe system by a spiral-shaped volute. In this study a single-stage centrifugal compressor with three different volutes is investigated. The compressorwas first equipped with the original volute, the cross-section of which was a combination of a rectangle and semi-circle. Next a new volute with a fully circular cross-section was designed and manufactured. Finally, the circular volute wasmodified by rounding the tongue and smoothing the tongue area. The overall performance of the compressor as well as the static pressure distribution after the impeller and on the volute surface were measured. The flow entering the volute was measured using a three-hole Cobra-probe, and flow visualisations were carriedout in the exit cone of the volute. In addition, the radial force acting on theimpeller was measured using magnetic bearings. The complete compressor with thecircular volute (inlet pipe, full impeller, diffuser, volute and outlet pipe) was also modelled using computational fluid dynamics (CFD). A fully 3-D viscous flow was solved using a Navier-Stokes solver, Finflo, developed at Helsinki University of Technology. Chien's k-e model was used to take account of the turbulence. The differences observed in the performance of the different volutes were quite small. The biggest differences were at low speeds and high volume flows,i.e. when the flow entered the volute most radially. In this operating regime the efficiency of the compressor with the modified circular volute was about two percentage points higher than with the other volutes. Also, according to the Cobra-probe measurements and flow visualisations, the modified circular volute performed better than the other volutes in this operating area. The circumferential static pressure distribution in the volute showed increases at low flow, constant distribution at the design flow and decrease at high flow. The non-uniform static pressure distribution of the volute was transmitted backwards across the vaneless diffuser and observed at the impeller exit. At low volume flow a strong two-wave pattern developed into the static pressure distribution at the impeller exit due to the response of the impeller to the non-uniformity of pressure. The radial force of the impeller was the greatest at the choke limit, the smallest atthe design flow, and moderate at low flow. At low flow the force increase was quite mild, whereas the increase at high flow was rapid. Thus, the non-uniformityof pressure and the force related to it are strong especially at high flow. Theforce caused by the modified circular volute was weaker at choke and more symmetric as a function of the volume flow than the force caused by the other volutes.

Harmonising the Modular Product Range

Työn tavoitteena on analysoida KONEen hissien ovituoteperheitä ja harmonisoida modulaarista ovituotevalikoimaa niin, että tulos olisi mahdollisimman suotuisa KONEelle sekä sen sidosryhmille. Harmonisointi toteutetaan, koska KONEen tuotevalikoima on erittäin laaja ja monimutkainen ja siitä syystä erittäin kallis ja vaikea hallita ja ylläpitää. Tavoitteena on selvittää myös termejä modulaarisuus ja tuotealusta olennaisen kirjallisuuden pohjalta. Nykyään yritysten täytyy kehittää tuotevalikoimaa jatkuvasti. Yrityksen koko tuotevalikoiman varioituvuus tulisi kuitenkin pitää järkevissä rajoissa. Moduuleita ja tuotealustoja pitäisi käyttää jakamaan tuotteiden avainelementtejä ja lisäämään varioituvuutta helposti hallittavalla tavalla. Kannattamattomat ja matalavolyymiset tuotteet kuluttavat yrityksen niukkoja resursseja. Tällaiset tuotteet tulisi poistaa tuotevalikoimasta, mutta ei ilman harkintaa. Kannattama-tonkin tuote voi olla erittäin arvokas asiakkaalle ja tällaisen tuotteen hylkääminen voi olla yritykselle pitkällä tähtäimellä erittäin kohtalokasta. Työn tuloksena oli harmonisointiehdotus KONEen AMD-oville ja selvitys harmonisoinnin vaikutuksista. Harmonisointi KONEella päätettiin toteuttaa siten, että matalavolyymiset tuotteet siirrettiin erikoistuotteiden valikoimaan. Myös kustannusanalyysi tukee harmonisointipäätöstä laskentajärjestelmän puutteista huolimatta.

Lajinvaihtokustannusten vaikutus tuotevalikoiman kannattavuuteen

Asiakkaat vaativat yhä suurempaa tuotannon joustavuutta ja lyhyitä toimitusaikoja paperiteollisuudelta. Samanaikaisesti kiristyvä kilpailu ajaa yritykset tavoittelemaan parempaa kannattavuutta kasvattamalla tuotevalikoimaa. Edellä mainitut tekijät lisäävät lajinvaihtojen määrää ja aiheuttavat kustannuksia. Diplomityön pääasiallisena tavoitteena on selvittää kohdeyrityksen paperikoneen lajinvaihdoista aiheutuvat kustannukset ja niiden vaikutus tuotevalikoiman kannattavuuteen. Toisena merkittävänä tavoitteena voidaan mainita lajinvaihtokustannusten simulointimallin rakentaminen, jota voidaan käyttää apuna tuotannonsuunnittelussa. Lisäksi saatujen tutkimustulosten perusteella pyritään löytämään keinoja kannattavuuden parantamiseksi. Paperikoneella tehdyn seurannan avulla selvitettiin eri tyyppisten lajinvaihtojen aiheuttamat tuotannonmenetykset. Tämän perusteella laskettiin niiden kustannusvaikutukset. Tarkastelua laajennettiin kahden toteutuneen syklin avulla syklitasolle ja lopuksi tuotevalikoimatasolle. Lajinvaihtokustannukset lisääntyivät paperin laatusuureiden muutoksen kasvaessa. Kalanterointimuutokset osoittautuivat kalleimmiksi ja niiden määrä tulisi minimoida. Kustannukset eivät osoittautuneet syklitasolla kovin suuriksi, mutta laji- ja ajokohtaisesti ne ovat merkittäviä erityisesti pienivolyymisilla tuotteilla. Niiden ajofrekvenssin harventaminen vähentäisi kustannuksia ja parantaisi kannattavuutta. Lajinvaihto-kustannukset tulisi jatkossa huomioida tuotekustannuslaskennassa.

Genesis and Emplacement of Carbonatites and Lamprophyres in the Svecofennian Domain

A small carbonatite dyke swarm has been identified at Naantali, southwest Finland. Several swarms of shoshonitic lamprophyres are also known along the Archean-Proterozoic boundary in eastern Finland and northwest Russia. These intrusions, along with the carbonatite intrusion at Halpanen, eastern Finland, represent a stage of widespread low-volume mantle-sourced alkaline magmatism in the Svecofennian Domain. Using trace element and isotope geochemistry coupled with precise geochronology from these rocks, a model is presented for the Proterozoic metasomatic evolution of the Fennoscandian subcontinental lithospheric mantle. At ~2.2-2.06 Ga, increased biological production in shallow seas linked to continental rifting, resulted in increased burial rates of organic carbon. Subduction between ~1.93-1.88 Ga returned organic carbon-enriched sediments of mixed Archean and Proterozoic provenance to the mantle. Dehydration reactions supplied water to the mantle wedge, driving arc volcanism, while mica, amphibole and carbonate were brought deeper into the mantle with the subducting slab. The cold subducted slab was heated conductively from the surrounding warm mantle, while pressures continued to gradually increase as a result of crustal thickening. The sediments began to melt in a two stage process, first producing a hydrous alkaline silicate melt, which infiltrated the mantle wedge and crystallised as metasomatic veins. At higher temperatures, carbonatite melt was produced, which preferentially infiltrated the pre-existing metasomatic vein network. At the onset of post-collisional extension, deep fault structures formed, providing conduits for mantle melts to reach the upper crust. Low-volume partial melting of the enriched mantle at depths of at least 110 km led to the formation of first carbonatitic magma and subsequently lamprophyric magma. Carbonatite was emplaced in the upper crust at Naantali at 1795.7 ± 6.8 Ma; lamprophyres along the Archean-Proterozoic boundary were emplaced between 1790.1 ± 3.3 Ma and 1781 ± 20 Ma.

Modulaarisen tuotteen mallivalikoiman ja tuoterakenteen keventäminen

Työn päätavoitteena on analysoida Konecranesin nosturiohjaamoperheitä ja tehdä analyysin pohjalta ehdotuksia liiketoimintayksiköiden käyttämän ohjaamovalikoiman ja modulaarisen tuoterakenteen keventämisestä. Ohjaamovalikoiman ja ohjaamojen tuoterakenteen keventämiselle on tarvetta koska laajan ohjaamovalikoiman ja monimutkaisen tuoterakenteen myötä tuotehallinta on vaikeutunut hankaloittaen myyntiprosessia ja lisäten samalla myös tuotteen tilaus-toimitusprosessin virhealttiutta ja kustannuksia. Suuren valikoiman ja monimutkaisen tuoterakenteen takia tuotekonfiguroinnissa tarvittavia teknisiä lausekkeita ei voida myöskään soveltaa kaikkiin ohjaamomalleihin ja ne ovatkin sen takia jääneet vajaakäyttöön Työn tuloksena ehdotetaan elinkaarensa päähän tulleiden ja/tai duplikaateiksi luokiteltavien mallien poistamista valikoimasta ja vain vähäistä myyntipotentiaalia omaavien tuotteiden siirtämistä erikoistuotteiden valikoimaan tarjottavaksi suunnittelua vaativina, projektiluonteisina tuotteina. Työn tuloksena ehdotetaan myös ohjaamoperheiden tuoterakenteen yhtenäistämistä ja tuotealustojen vari-oituvuuden vähentämisestä siirtämällä pienen myyntipotentiaalin omaavia alustoja projektituotteiksi.

Design of axial-flux permanent-magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines

This thesis presents an alternative approach to the analytical design of surface-mounted axialflux permanent-magnet machines. Emphasis has been placed on the design of axial-flux machines with a one-rotor-two-stators configuration. The design model developed in this study incorporates facilities to include both the electromagnetic design and thermal design of the machine as well as to take into consideration the complexity of the permanent-magnet shapes, which is a typical requirement for the design of high-performance permanent-magnet motors. A prototype machine with rated 5 kW output power at 300 min-1 rotation speed has been designed and constructed for the purposesof ascertaining the results obtained from the analytical design model. A comparative study of low-speed axial-flux and low-speed radial-flux permanent-magnet machines is presented. The comparative study concentrates on 55 kW machines with rotation speeds 150 min-1, 300 min-1 and 600 min-1 and is based on calculated designs. A novel comparison method is introduced. The method takes into account the mechanical constraints of the machine and enables comparison of the designed machines, with respect to the volume, efficiency and cost aspects of each machine. It is shown that an axial-flux permanent-magnet machine with one-rotor-two-stators configuration has generally a weaker efficiency than a radial-flux permanent-magnet machine if for all designs the same electric loading, air-gap flux density and current density have been applied. On the other hand, axial-flux machines are usually smaller in volume, especially when compared to radial-flux machines for which the length ratio (axial length of stator stack vs. air-gap diameter)is below 0.5. The comparison results show also that radial-flux machines with alow number of pole pairs, p < 4, outperform the corresponding axial-flux machines.

Developing finished product stocking in a ventilation equipment company

Opinnäytetyön tavoitteena oli analysoida ja kehittää lopputuotteiden varastointia Halton Oy:ssä. Työ toteutettiin, koska yrityksen laajasta tuotevalikoimasta monia nimikkeitä varastoidaan tällä hetkellä ja ne sitovat runsaasti pääomaa varastoon. Lisäksi yrityksellä on vain rajallinen varastointitila käytettävissä ja sitä haluttiin hyödyntää optimaalisesti. Työssä suunniteltiin yritykselle varastoitavien tuotenimikkeiden hallintaprosessi ja lisäksi tutkittiin kuinka yritys voisi tarjota tuotteitaan nopeammin tärkeimmille ulkomaan markkina-alueille. Työn alussa huomio kohdistui myynniltään vähemmän merkittäviin varastonimikkeisiin, joita analysoitiin suunniteltujen kriteerien avulla. Tarkoituksena oli selvittää, mitkä varastonimikkeistä voitaisiin siirtää tilausohjautuviksi. Tärkeimpinä analysointikriteereinä käytettiin nimikkeiden alhaista myyntimäärää, lyhyttä tuotannonläpimenoaikaa sekä varastoitavien nimikkeiden lukumäärää tuoteryhmässä. Työssä huomioitiin kuitenkin myös muita mahdollisia syitä varastointiin. Lisäksi tehtiin havaintoja tilausohjautuvista nimikkeistä, jotka saattaisivat tarvita varastointia. Suunniteltuun hallintaprosessiin sisältyi kriteerien lisäksi myös varastotasojen määrittäminen yrityksen nykyisen varastomallin pohjalta. Työssä tutkittiin kuitenkin myös mahdollisia tulevaisuuden varastomalleja, joiden tarkoituksena olisi parantaa asiakaspalvelua ulkomailla. Tutkimus keskittyi pääasiassa nimikkeiden kysyntöjen analysointiin eri varastomallien myyntialueilla.