Simulation model of wind turbine gearbox and lubrication system

As increasing efficiency of a wind turbine gearbox, more power can be transferred from rotor blades to generator and less power is used to cause wear and heating in the gearbox. By using a simulation model, behavior of the gearbox can be studied before creating expensive prototypes. The objective of the thesis is to model a wind turbine gearbox and its lubrication system to study power losses and heat transfer inside the gearbox and to study the simulation methods of the used software. Software used to create the simulation model is Siemens LMS Imagine.Lab AMESim, which can be used to create one-dimensional mechatronic system simulation models from different fields of engineering. When combining components from different libraries it is possible to create a simulation model, which includes mechanical, thermal and hydraulic models of the gearbox. Results for mechanical, thermal, and hydraulic simulations are presented in the thesis. Due to the large scale of the wind turbine gearbox and the amount of power transmitted, power loss calculations from AMESim software are inaccurate and power losses are modelled as constant efficiency for each gear mesh. Starting values for simulation in thermal and hydraulic simulations were chosen from test measurements and from empirical study as compact and complex design of gearbox prevents accurate test measurements. In further studies to increase the accuracy of the simulation model, components used for power loss calculations needs to be modified and values for unknown variables are needed to be solved through accurate test measurements.

Ilmanpoisto kiertovoiteluöljystä

Työn kirjallisuusosassa esitellään paperi- ja kartonkikoneiden kiertovoitelujärjestelmien rakennetta ja voitelussa käytettyjen öljyjen ominaisuuksia. Lisäksi on selvitetty voiteluöljyn kunnossapidon kannalta keskeisten epäpuhtauksien kuten veden, hiukkasten ja ilmakuplien analysointia. Suurissa voitelujärjestelmissä öljyn suuri ilmapitoisuus on usein ongelma, mihin ei ole ollut selkeää ratkaisua. Työn tavoitteena oli tutkia ilmakuplien poistamista voiteluöljystä alipainekäsittelyn avulla. Alipaineen vaikusta eri öljyille ja lämpötiloilla tutkittiin laboratoriossa standarditestillä ja määritettiin sopiva alipaine tehdaskokeisiin. Testeissä havaittiin odotutetusti viskositeetin eli käytännössä lämpötilan olevan ratkaiseva tekijä ilman poistumisnopeuteen. Tehdasmittakaavan kokeissa mitattiin rakenteeltaan yksinkertaisen ja vähän energiaa kuluttavan ilmanpoistolaitteen toimintaa. Laitteisto sijoitetaan paluuöljyputkistoon ja sen ei tarvitse olla kiertovoitelukeskuksen yhteydessä. Täysimittainen laitteisto rakennettiin kartonkikoneen ja paperikoneen kiertovoitelujärjestelmiin. Laitteen avulla voidaan käsitellä koko voitelujärjestelmän öljy. Tuloksien mukaan laite toimii odotetulla tavalla ja vähentää merkittävästi ilmapitoisuutta. Järjestelmä on heikoimmillaan tilanteessa, jossa lämpötilat on pidettävä alhaisina ja ilmakuplia on runsaasti.

Sähkömoottorin rakenteen analysointi tärisevässä käytössä

Tämän työn tavoitteena oli suunnitella esimerkkirakenne vaikeisiin olosuhteisiin tarkoitetusta sähkömoottorista. Ensisijaisesti tarkasteltavia osia sähkömoottorin rakenteessa olivat roottoriakseli, laakerointi sekä laakerikilvet. Laakeroinnista tarkasteltiin laakerivaurioiden syntymistä, tarvittavaa esijännitysvoimaa sekä jälkivoitelua. Lisäksi momenttiakselista tarkasteltiin sen vääntövärähtelyominaisuuksia sekä rungosta ja laakerikilvistä niiden jännityksiä B5-kiinnitysasennossa, eli laippakiinnityksessä. Työstä pyrittiin tekemään suunnitteluohje vastaavanlaisiin suunnittelutehtäviin. Tämän työn kirjallisessa osassa tarkasteltiin oikosulkumoottorin rakennetta ja laakerointia, josta perehdyttiin erityisesti erilaisiin kuormitustilanteisiin, voiteluun sekä kestoiänlaskentaan. Lisäksi tarkasteltiin roottoridynamiikkaa ja ominaismuotojen laskentaa. Kokonaisen roottorin, sisältäen roottoriakselin, –levypaketin, laakeroinnin ja ylikuormitussuojan, pienimmäksi ominaistaajuudeksi saatiin 62,1 Hz:ä, joka oli kuitenkin lähes kaksinkertainen verrattaessa roottorin käyntinopeuteen (33,3 Hz:ä). On siis varmaa, että roottorin kestoikä ei heikkene sen ominaistaajuuksien aiheuttamasta resonanssista. Pelkän roottoriakselin pienimmäksi ominaistaajuudeksi saatiin 448,0 Hz:ä. Verrattaessa tätä taajuutta roottorin käyntinopeuteen nähtiin, että roottoriakselin ominaistaajuuksien puolesta rakenne oli selvästi alikriittinen. Tarkasteltaessa roottoriakselin vääntövärähtelyn ominaistaajuutta 12,6 Hz:ä nähtiin, että se oli pienempi kuin moottorin pyörimisnopeus. Tämä ei kuitenkaan ollut moottorin kestoiän kannalta vakavaa. Koska todellisista sähkömoottorin käyttöolosuhteista ei ollut tarkkaa tietoa, tutkittiin laakeroinnin kestoikää kahdessa ääriolosuhteessa, joko moottoriin kohdistuva tärinä oli kokoajan suurin mahdollinen tunnettu tai tärinää ei ollut ollenkaan. Todellinen tilanne on jossakin näiden kahden ääriolosuhteen välissä. Oli kuitenkin varmaa, että tarkasteltava rakenne kestää halutun kestoiän eli 10000 tuntia laakeroinnin puolesta. Laakerikilpien ominaistaajuudet olivat korkeita eikä niillä ollut vaikutusta rakenteen kestoikään. Laakerikilpien korkeat ominaistaajuudet johtuivat niiden jäykästä rakenteesta ja suuresta materiaalipaksuudesta. Tarkasteltaessa momenttiakselin vääntövärähtelyn ominaistaajuutta 7,2 Hz:ä nähtiin, että se oli pienempi kuin moottorin pyörimisnopeus. Tämä ei kuitenkaan ollut moottorin kestoiän kannalta vakavaa, jos ominaistaajuus ja sen kerrannaiset ohitettaisiin sähkömoottorin käytössä hetkellisesti eikä moottoria käytettäisi vääntövärähtelyn taajuudella. Tarkasteltaessa B5-asennon jännityksiä nähdään, että ne kasvoivat rungon ja laakerikilven välisissä kiinnitysruuveissa yllättävän suuriksi. Normaalin ruuvin murtoraja on 640 MPa:a, kun jännitys rungon ja laakerikilven välisissä kiinnitysruuveissa oli suurimmillaan 400 MPa:a. Rakenne oli kuitenkin varmalla puolella kestävyyden suhteen, koska keskimääräinen vetojännitys ruuveissa oli noin 200 MPa:a. Ruuvien jännityksiä voidaan pienentää lisäämällä kiinnitys-ruuvien lukumäärää tai kasvattamalla niiden kokoa. Koko moottorin kiinnitysruuveissa jännitys oli vain 4 MPa:a, koska osan kuormituksesta kantoi laakerikilven olakkeet.

Puunjalostuskonsernin voiteluhuollon analysoiminen ja kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena on analysoida ja kehittää erään puunjalostuskonsernin voiteluhuoltoa. Tutkimuksen kirjallisessa osassa on selvitetty voitelun perusteet, voiteluaineet sekä voiteluhuoltoon liittyviä yleisiä käsitteitä ja termejä. Työssä on selvitetty ohjeita voiteluaineiden valintaan ja voiteluöljyjen kunnonvalvontamenetelmiin sekä selvitetty voiteluaineiden puhtauden merkitystä. Lisäksi on esitetty katselmus eri voitelumekanismista. Näiden sovellusesimerkkinä on laskettu paperikoneen kuivaussylinterin laakerin voitelukalvon ominaispaksuus. Osan lopussa on tutkittu voiteluaineiden varastoinnin ja käytettyjen voiteluaineiden jatkokäsittelyn merkitystä ympäristöasiat huomioiden. Soveltavassa osassa on edellistä hyödyntäen analysoitu puunjalostuskonsernin yksitoista eri paikkakuntaa voiteluhuollon toimivuuden kannalta. Tämä tilastollinen tieto on kerätty sekä kyselykaavakkeen avulla että haastattelemalla jokaisen paikkakunnan voiteluhuollon asiantuntijoita. Lopputuloksena on saatu voiteluhuollon kehityskohteet ja SWOT-analyysit paikkakunnittain sekä yhteenveto voiteluhuollon eri toimintojen parhaimmista käytännöistä. Lisäksi analyysin perusteella laadittiin konsernin voiteluhuollon kehityssuunnitelma.

Classification, comorbidity, heredity, and risk factors of female sexual dysfunctions

Female sexual dysfunctions, including desire, arousal, orgasm and pain problems, have been shown to be highly prevalent among women around the world. The etiology of these dysfunctions is unclear but associations with health, age, psychological problems, and relationship factors have been identified. Genetic effects explain individual variation in orgasm function to some extent but until now quantitative behavior genetic analyses have not been applied to other sexual functions. In addition, behavior genetics can be applied to exploring the cause of any observed comorbidity between the dysfunctions. Discovering more about the etiology of the dysfunctions may further improve the classification systems which are currently under intense debate. The aims of the present thesis were to evaluate the psychometric properties of a Finnish-language version of a commonly used questionnaire for measuring female sexual function, the Female Sexual Function Index (FSFI), in order to investigate prevalence, comorbidity, and classification, and to explore the balance of genetic and environmental factors in the etiology as well as the associations of a number of biopsychosocial factors with female sexual functions. Female sexual functions were studied through survey methods in a population based sample of Finnish twins and their female siblings. There were two waves of data collection. The first data collection targeted 5,000 female twins aged 33–43 years and the second 7,680 female twins aged 18–33 and their over 18–year-old female siblings (n = 3,983). There was no overlap between the data collections. The combined overall response rate for both data collections was 53% (n = 8,868), with a better response rate in the second (57%) compared to the first (45%). In order to measure female sexual function, the FSFI was used. It includes 19 items which measure female sexual function during the previous four weeks in six subdomains; desire, subjective arousal, lubrication, orgasm, sexual satisfaction, and pain. In line with earlier research in clinical populations, a six factor solution of the Finnish-language version of the FSFI received supported. The internal consistencies of the scales were good to excellent. Some questions about how to avoid overestimating the prevalence of extreme dysfunctions due to women being allocated the score of zero if they had had no sexual activity during the preceding four weeks were raised. The prevalence of female sexual dysfunctions per se ranged from 11% for lubrication dysfunction to 55% for desire dysfunction. The prevalence rates for sexual dysfunction with concomitant sexual distress, in other words, sexual disorders were notably lower ranging from 7% for lubrication disorder to 23% for desire disorder. The comorbidity between the dysfunctions was substantial most notably between arousal and lubrication dysfunction even if these two dysfunctions showed distinct patterns of associations with the other dysfunctions. Genetic influences on individual variation in the six subdomains of FSFI were modest but significant ranging from 3–11% for additive genetic effects and 5–18% for nonadditive genetic effects. The rest of the variation in sexual functions was explained by nonshared environmental influences. A correlated factor model, including additive and nonadditive genetic effects and nonshared environmental effects had the best fit. All in all, every correlation between the genetic factors was significant except between lubrication and pain. All correlations between the nonshared environment factors were significant showing that there is a substantial overlap in genetic and nonshared environmental influences between the dysfunctions. In general, psychological problems, poor satisfaction with the relationship, sexual distress, and poor partner compatibility were associated with more sexual dysfunctions. Age was confounded with relationship length but had over and above relationship length a negative effect on desire and sexual satisfaction and a positive effect on orgasm and pain functions. Alcohol consumption in general was associated with better desire, arousal, lubrication, and orgasm function. Women pregnant with their first child had fewer pain problems than nulliparous nonpregnant women. Multiparous pregnant women had more orgasm problems compared to multiparous nonpregnant women. Having children was associated with less orgasm and pain problems. The conclusions were that desire, subjective arousal, lubrication, orgasm, sexual satisfaction, and pain are separate entities that have distinct associations with a number of different biopsychosocial factors. However, there is also considerable comorbidity between the dysfunctions which are explained by overlap in additive genetic, nonadditive genetic and nonshared environmental influences. Sexual dysfunctions are highly prevalent and are not always associated with sexual distress and this relationship might be moderated by a good relationship and compatibility with partner. Regarding classification, the results supports separate diagnoses for subjective arousal and genital arousal as well as the inclusion of pain under sexual dysfunctions.

Enhancement of water removal in the press section

The effectiveness of water removal on press section is very important for a paper and board machine’s functioning, efficiency and economy. Today, the most effective method for wet pressing is shoe press technology. Metso has carried out a number of studies concerning anew type of water removal method for a press section, which has also been patented. These studies include rough sketches and some test runs. These issues form the basis of this thesis. The objective of this work was to gather together information for a new and enhanced waterremoval method for a press section by studying the functioning of the device andcarrying out test runs. This method is referred to here as Hydronip. The main goal was tobuild a functional test site which fulfills all the necessary requirements and has all thenecessary information gathering devices. The design process was carried out by emphasizing the safety aspects. The goal was also to gather together information about the nip structure in running conditions, the seal function, and to carry out the nip tests with paper or board wads. This thesis consists of a theory part, the design and construction of the test site, and carrying out test runs through information gathering. The theory part consists of the principals of water removal from a press section, Hydronip construction, and the requirements for the test place. The safety aspects were taken into account especially in test runs, but also in the assembly stages. The design and construction of the test site includes the selection of equipment and surroundings that are needed for managing the test runs in the best possible way at certain premises. The test site included the equipment that was already on the premises. Some equipment could be used as it was but some equipment had to be manufactured or modified from existing equipment. A functional test site with information gathering devices was accomplished as a result of thethesis. Test runs demonstrated that the Hydronip concept is, at least on a small scale,functional. Short-term tests for seal functioning showed that the seal can be lubricatedsufficiently under different kinds of nip load situations. Wad tests demonstrated that the metal belt is durable against different sizes of external particles. The seal also endured wad tests even though the pressure impacts impaired the lubrication. MTS tests showing dry content increases, combined with a rough cost calculation and the basic function of the machine in test runs, show that with some further study Hydronip could be a promising new product for water removal from a paper or board machine’s press section.

Käytetyn voiteluöljyn regenerointilaitoksen prosessivesien karakterisointi

Käytetyn voiteluöljyn regeneroinnissa muodostuu prosessivettä useista lähteistä. Tehokas päästöjenhallinta on yksi tärkeimmistä tavoitteista regenerointilaitoksen operoinnissa ja sen takia sitä tulee kehittää jatkuvasti entistä paremmaksi. Tavoitteisiin pääsemiseksi on oleellista tunnistaa vesienkäsittelyprosessin laadullinen massatase ja laadunvaihtelut ajotilanteiden mukaan. Työssä tutkitaan ja analysoidaan veden sisältämiä epäpuhtauksia sekä kirjallisuuslähteiden perusteella, että standardimenetelmillä ja modifioiduilla menetelmillä, joilla on akkreditointi. Analyysituloksista muodostetaan laadullinen massatase, josta nähdään epäpuhtauksien ja niitä kuvaavien parametrien kuormitukset kussakin prosessivesivirrassa. Tulosten perusteella arvioidaan nykyisen vesienkäsittelyn tehokkuutta, sen säätömahdollisuuksia ja kehitystarvetta. Tarkastelun ulkopuolelle kuitenkin jätetään vesienkäsittelystä ulosjohdettavan prosessiveden puhdistuslaitos. Tutkimusten perusteella regenerointilaitoksessa muodostuvien prosessivesien epäpuhtaudet koostuvat öljystä, BTEX-yhdisteistä, fenoliyhdisteistä, liuottimista, polttoaineiden ja voiteluöljyjen lisäaineista, typpi- ja rikkiyhdisteistä, metalliyhdisteistä sekä kiintoaineesta. Öljy jakautuu kevyisiin (C5-C10), keskiraskaisiin (C10-21) ja raskaisiin (C21-40) jakeisiin. Vesienkäsittelyssä suurin osa öljystä ja epäpuhtauksista saadaan erottumaan vedestä, jolloin puhdistuslaitokselle päätyy jäämäpitoisuudet öljyä, haihtuvia yhdisteitä sekä muita epäpuhtauksia. Puhdistuslaitosta kuormittavat eniten liuenneet orgaaniset yhdisteet sekä korkeaa kemiallista hapenkulutusta aiheuttavat epäorgaaniset yhdisteet (suolat), joiden erottamista prosessivesistä on syytä tulevaisuudessa kehittää.

Pallomaisen rullalaakerin vauriotutkimus kartonkikoneen kiertoöljyvoidellulla kuivatusosalla

Tämä työ on tehty Stora Enson Imatran kartonkitehtaan kunnossapidosta vastaavalle Efora Oy:lle. Tavoitteena oli selvittää syy Imatran Kartonkikone 5:n kuivatussylinterien laakerivaurioiden suureen määrään verrattuna tehtaiden kolmeen muuhun kartonkikoneeseen. Tutkimuksissa keskityttiin laakerien käyttöolosuhteisiin. Syyn selvittämiseksi työssä vertailtiin eri kartonkikoneiden kiertoöljyvoitelujärjestelmiä, voiteluöljyjä, voiteluolosuhteita, öljyjen kuntoa ja kunnon seurantaa. Myös laakereihin kohdistuvia kuormia arvioitiin. Alan kirjallisuuden avulla on käyty läpi kartonkikoneen rakennetta ja toimintaa tarvittavassa laajuudessa, voitelun ja laakerin vaurioitumisen teoriaa sekä voiteluaineiden ominaisuuksien ja koostumuksen perusteita. Vertailevissa tutkimuksissa ei löytynyt vauriomäärien eroja selittäviä eroavaisuuksia Imatran tehtaiden eri kartonkikoneiden välillä, joskin Kartonkikone 5:n kiertovoiteluöljyn puhtaustaso oli muita Imatran kartonkikoneita heikompi. Laakerikuormien osalta havaittiin joidenkin laakerien käyvän laakerille asetetun vähimmäiskuorman alittavilla kuormituksilla. Vähimmäiskuormaa pienempi radiaalikuorma voi johtaa laakerin virheelliseen toimintaan ja edelleen vaurioitumiseen. Voiteluolosuhteet todettiin erittäin vaikeiksi ja niillä on epäilemättä vaikutusta voiteluöljyn ja laakerien lyhentyneeseen käyttöikään.

Teollisen tuotannon ja palvelun ulkoistaminen Intiaan

Diplomityössä on tarkoituksena kartoittaa asioita, joita pitää ottaa huomioon pk-yrityksen tuotannon ulkoistamisessa Intiaan sekä laskemaan kuinka paljon halvemmaksi kiertovoitelukeskusten valmistaminen Intiassa tulee verrattuna Suomeen. Teoriaosuudessa on tarkasteltu Intian erilaista kulttuuria sekä kartoitettu asioita, jotka vaikuttavat länsimaalaisen yrityksen toimintaan Intiassa sekä mahdollisuuksia eri teollisuuden aloille. Empiriaosuudessa on keskitytty eri vaihtoehdoin kiertovoitelukeskuksen valmistuskustannuksiin ja niiden vertailuun Intian ja Suomen välillä. Tuloksena on voitu todeta, että valmistus Intiassa tulee selvästi halvemmaksi kuin Suomessa. Ensi askelten ottaminen luultavasti tulee olemaan vaikeaa lähinnä asiakkaiden löytämisessä ja verkostojen rakentamisessa. Riskejä oman tuotantolaitoksen perustamisessa Intiaan on, mutta myös mahdollisuudet ja potentiaali menestykselliseen liiketoimintaan ovat suuret. Ulkoistaminen on vain tehtävä maltillisesti ja järkevästi ja tehtyihin päätöksiin täytyy sitoutua.