Päällystyskoneiden runkojen värähtelyiden FE-analysoinnin kehittäminen

Työssä kehitettiin päällystyskoneen runkojen FE-analysointia erityisesti vastelaskennan kannalta, joskin myös ominaistaajuuslaskennan tarkentamiseksi esitettiin parannuksia. Työssä rajoitutaan harmonisten telaherätteiden aiheuttamien vasteiden analysointiin. . Työssä käsitellään värähtelyjen teoriaa ja tarkastellaan Abaqus-ohjelmiston (versio 5.8) laskentamenetelmiä vakiotilan värähtelyvasteen laskemiseksi. FEM-mallin rakenteeseen liittyen käsitellään perustuksien ja maaperän, konepalkin ja telaherätteiden mallintamista ja mallinnuksen laajuutta. Telaherätteitä käsitellään yksittäisen telan ja telojen samanvaiheisuuden kannalta. Samanvaiheisuutta tutkitaan työssä kehitetyllä summafunktiolla. Värähtelyjen mittaukseen FEM-mallien verifioimiseksi esitetään parannuksia. Nykyinen mallinnustapa käsitellään lyhyesti. Parannusehdotuksia kokeiltiin mallintamalla Rauma 400-päällystyskone ja vertaamalla tuloksia mitattuihin. Laskennan tulokset vastasivat vaihtelevasti mittaustuloksia, mittaustulosten puutteellisuus vaikeutti vertailua. Tulosten perusteella herätetiedon parantaminen on perusteltua ja mallin laajennus lisää todenmukaisuutta. Maaperän huomiointi vaikuttaa ennen kaikkea ominaistaajuuksiin ja muotoihin ja suora ratkaisutapa on käyttökelpoinen vasteen laskentamenetelmä otettaessa maaperä huomioon.

Vibrations in Rotating Machinery Arising from Minor Imperfections in Component Geometries

Vibrations in machines can cause noise, decrease the performance, or even damage the machine. Vibrations appear if there is a source of vibration that excites the system. In the worst case scenario, the excitation frequency coincides with the natural frequency of the machine causing resonance. Rotating machines are a machine type, where the excitation arises from the machine itself. The excitation originates from the mass imbalance in the rotating shaft, which always exists in machines that are manufactured using conventional methods. The excitation has a frequency that is dependent on the rotational speed of the machine. The rotating machines in industrial use are usually designed to rotate at a constant rotational speed, the case where the resonances can be easily avoided. However, the machines that have a varying operational speed are more problematic due to a wider range of frequencies that have to be avoided. Vibrations, which frequencies equal to rotational speed frequency of the machine are widely studied and considered in the typical machine design process. This study concentrates on vibrations, which arise from the excitations having frequencies that are multiples of the rotational speed frequency. These vibrations take place when there are two or more excitation components in a revolution of a rotating shaft. The dissertation introduces four studies where three kinds of machines are experiencing vibrations caused by different excitations. The first studied case is a directly driven permanent magnet generator used in a wind power plant. The electromagnetic properties of the generator cause harmonic excitations in the system. The dynamic responses of the generator are studied using the multibody dynamics formulation. In another study, the finite element method is used to study the vibrations of a magnetic gear due to excitations, which frequencies equal to the rotational speed frequency. The objective is to study the effects of manufacturing and assembling inaccuracies. Particularly, the eccentricity of the rotating part with respect to non-rotating part is studied since the eccentric operation causes a force component in the direction of the shortest air gap. The third machine type is a tube roll of a paper machine, which is studied while the tube roll is supported using two different structures. These cases are studied using different formulations. In the first case, the tube roll is supported by spherical roller bearings, which have some wavinesses on the rolling surfaces. Wavinesses cause excitations to the tube roll, which starts to resonate at the frequency that is a half of the first natural frequency. The frequency is in the range where the machine normally operates. The tube roll is modeled using the finite element method and the bearings are modeled as nonlinear forces between the tube roll and the pedestals. In the second case studied, the tube roll is supported by freely rotating discs, which wavinesses are also measured. The above described phenomenon is captured as well in this case, but the simulation methodology is based on the flexible multibody dynamics formulation. The simulation models that are used in both of the last two cases studied are verified by measuring the actual devices and comparing the simulated and measured results. The results show good agreement.

ETYK III-vaihe: Tasavallan Presidentin päätössanat 1.8.1975 = Third Stage of the CSCE = closing statement by the President of Finland August 1, 1975

Puhe

Genetic parameters for growth traits in pigs estimated using third degree polynomial functions

Selostus: Sian kasvuominaisuuksien perinnölliset tunnusluvut arvioituna kolmannen asteen polynomifunktion avulla

Weeds in spring cereal fields in Finland - a third survey

Selostus: Kolmas kevätviljapeltojen rikkakasvikartoitus

The Role of Third-Party Service Provider in B2B Integration

Sähköisen kaupankäynnin kasvun myötä, itsenäisten yritysten tietojärjestelmien integraation tarve on moninkertaistunut viime vuosien aikana. Yritykset ovat huomanneet, että tilaus-toimitusketjun automatisointiin tähtäävällä kokonaisvaltaisella integraatio-ratkaisulla on mahdollista päästä kattaviin kustannussäästöihin sekä tulojen kasvuun. Pääsääntöisesti yritykset kuitenkin etenevät hitaammin, integroimalla aluksi pienempiä liiketoiminnan tietojärjestelmien toimintoja. Positiivisten kokemusten perusteella yritykset ovat valmiitalaajentamaan sähköisen kaupankäynnin automatisointia myös muissa toiminnoissa. Tässä työssä keskitytään tarkastelemaan eri lähestymistapojayritystenvälisen integraation toteuttamiseen, sekä analysoimaan eri keinojen liiketoiminnallisia ja teknisiä vaikutuksia. Työ on tehty yhteistyössä UPM-KymmeneWood Oy:n kanssa, jonka tavoitteena oli saada perusteelliset tiedot yrityksenvälisestä integraatiosta ja syventää tietoja sekä integraatio-palveluita tarjoavien kolmansien osapuolten toimintatavoista että heidän tarjoamista palveluista ja niiden käyttökelpoisuudesta puutuoteteollisuudessa toimivassa yrityksessä. Käytännön osuudessa on tarkemmin esitelty integraatio-palveluita tarjoavien operaattoreiden kanssa käytyjen palaverien sekä heidän toimittamien materiaalien perusteella tehdyn tutkimustyön tuloksia, sisältäen yksityiskohtaiset kuvaukset yritystenvälisen integraation mahdollistavista palveluista.

Analysis of torque and speed ripple producing non-idealities of frequency converters in electric drives

Electric motors driven by adjustable-frequency converters may produce periodic excitation forces that can cause torque and speed ripple. Interaction with the driven mechanical system may cause undesirable vibrations that affect the system performance and lifetime. Direct drives in sensitive applications, such as elevators or paper machines, emphasize the importance of smooth torque production. This thesis analyses the non-idealities of frequencyconverters that produce speed and torque ripple in electric drives. The origin of low order harmonics in speed and torque is examined. It is shown how different current measurement error types affect the torque. As the application environment, direct torque control (DTC) method is applied to permanent magnet synchronous machines (PMSM). A simulation model to analyse the effect of the frequency converter non-idealities on the performance of the electric drives is created. Themodel enables to identify potential problems causing torque vibrations and possibly damaging oscillations in electrically driven machine systems. The model is capable of coupling with separate simulation software of complex mechanical loads. Furthermore, the simulation model of the frequency converter's control algorithm can be applied to control a real frequency converter. A commercial frequencyconverter with standard software, a permanent magnet axial flux synchronous motor and a DC motor as the load are used to detect the effect of current measurement errors on load torque. A method to reduce the speed and torque ripple by compensating the current measurement errors is introduced. The method is based on analysing the amplitude of a selected harmonic component of speed as a function oftime and selecting a suitable compensation alternative for the current error. The speed can be either measured or estimated, so the compensation method is applicable also for speed sensorless drives. The proposed compensation method is tested with a laboratory drive, which consists of commercial frequency converter hardware with self-made software and a prototype PMSM. The speed and torque rippleof the test drive are reduced by applying the compensation method. In addition to the direct torque controlled PMSM drives, the compensation method can also beapplied to other motor types and control methods.

IP Telephony in Third Generation Mobile Systems: Transport Layer Dimensioning

Tämä diplomityö käsittelee kolmannen sukupolven matkaviestinjärjestelmien kuljetuskerroksen mitoitusta. Nykyisten matkapuhelinverkkojen korvaajiksi suunnitellut kolmannen sukupolven matkaviestinjärjestelmät tulevat yhdistämään perinteisen puhelinviestinnän ja uudenlaiset datapalvelut. Uudet verkot tulevat perustumaan pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon joka mahdollistaa molempien liikennetyyppien, puheen sekä datan, siirtämisen samassa verkossa. Tämän ratkaisun uskotaan tarjoavan paremmat mahdollisuudet uusien palvelujen luomiseen ja parantavan tiedonsiirtokapasiteettia. Siirtyminen pakettivälitteiseen tiedonsiirtoon aiheuttaa kuitenkin suuria muutoksia verkkoarkkitehtuurissa. Tässä diplomityössä tarkastellaan tulevien runkoverkkojen mitoitukseen liittyviä näkökohtia sekä muodostetaan alustavia kuljetuskerroksen mitoitusohjeita. Diplomityö on tehty osaksi diplomi-insinöörin tutkintoa Lappeenrannan teknillisessä korkeakoulussa. Työ on tehty Nokia Networksin palveluksessa Helsingissä, vuoden 2000 toisella puoliskolla.

Physical layer development in third generation protocol software architecture

Diplomityön tavoitteena oli kehittää kolmannen sukupolven fyysistä protokollakerrosta matkapuhelimen ohjelmistoarkkitehtuurille. Kolmannen sukupolven matkapuhelinjärjestelmät ovat aikaisempia järjestelmiä monimutkaisempia. Ohjelmiston koon ja monimutkaisuuden sekä aikataulujen kiireellisyyden vuoksi on tullut tarve ottaa käyttöön formaaleja menetelmiä ohjelmiston kehitystyöhön. Formaalit kuvauskielet mahdollistavat tarkan, yksiselitteisen ja simuloitavissa olevan järjestelmäkuvauksen muodostamisen. Fyysinen protokollakerros tarjoaa tiedon siirtoa ylemmille protokollakerroksille. Tämän tiedonsiirron hallinta vaatii protokollakerrosten välistä viestinvälitystä. Formaaleja kuvauskieliä käyttämällä voidaan viestinvälityksen toteutusta automatisoida ja siinä tarvittavaa logiikkaa havainnollistaa. Työssä suunniteltiin, toteutettiin ja testattiin ylempien protokollakerrosten kanssa kommunikoivaa osaa fyysisestä protokollakerroksesta. Tuloksena saatiin solunvalintatoiminnallisuuden vaatiman kommunikoinnin ja tilakoneen toteutus ohjelmistoarkkitehtuurissa. Ohjelmistonkehityksen alkuvaiheiden havaittiin olevan fyysisen kerroksen suorituskyvyn kannalta merkittävässä asemassa, koska tällöin viestinvälityksen optimointi on helpointa. Formaalit kuvauskielet eivät ole sellaisenaan täysin soveltuvia tarkoin määritellyn ohjelmistoarkkitehtuurin osien kehitykseen.

Standardisation process of Universal Mobile Telecommunication System in Third Generation Partnership Project

Third Generation Partnership Project (3GPP) on organisaatio, joka määrittelee ja ylläpitää kolmannen sukupolven matkapuhelinverkon standardeja. Organisaatio luotiin monien eri standardointielinten toimesta havaittaessa, ettei maailmanlaajuista kolmannen sukupolven matkapuhelinteknologiaa voitaisi määritellä ilman laajaa yhteistyötä. 3GPP:ssä standardointityö on jakautunut usealle tekniselle määrittelyryhmälle. Jokaisen ryhmän tehtävänä on kehittää määrittelyjä ja raportteja omalla vastuualueellaan. 3GPP:ssä määrittelytyötä tehdään samanaikaisesti teknillisten määrittelyryhmien välillä. Tämä vaatii tiukkoja sääntöjä määrittelyjen luonti-, hyväksyntä- ja ylläpitotehtäviin. Vain siten on mahdollista hallita määrittelyihin tulevia muutoksia ja tarvittavaa kokonaistyömäärää. Tämä diplomityö kuvaa 3GPP:n määrittelemän UMTS-teknologian. Työssä keskitytään tarkemmin 3GPP-organisaation rakenteeseen, määritysten tekemiseen ja työskentelytapoihin. Tämä diplomityö osoittaa millainen organisaatio ja säännöt vaaditaan maailmanlaajuisen matkapuhelinjärjestelmän kehittämiseen.

Two-photon excitation fluorometry in detection of infectious diseases

Because of the heavily overlapping symptoms, pathogen-specific diagnosis and treatment of infectious diseases is difficult based on clinical symptoms alone. Therefore, patients are often treated empirically. More efficient treatment and management of infectious diseases would require rapid point-of-care compatible in vitro diagnostic methods. However, current point-of-care methods are unsatisfactory in performance and in cost structure. The lack of pointof- care methods results in unnecessary use of antibiotics, suboptimal use of virus-specific drugs, and compromised patient care. In this thesis, the applicability of a two-photon excitation fluorometry is evaluated as a tool for rapid detection of infectious diseases. New separation-free immunoassay methodologies were developed and validated for the following application areas: general inflammation markers, pathogen-specific antibodies, pathogen-specific antigens, and antimicrobial susceptibility testing. In addition, dry-reagent methodology and nanoparticulate tracers are introduced in context to the technique. The results show that the new assay technique is a versatile tool for rapid detection of infectious diseases in many different application areas. One particularly attractive area is rapid multianalyte testing of respiratory infections, where the technique was shown to allow simple assay protocols and comparable performance to the state-of-the-art laboratory methods. If implemented in clinical diagnostic use, the new methods could improve diagnostic testing routines, especially in rapid testing of respiratory tract infections.

Analysis and Control of Excitation, Field Weakening and Stability in Direct Torque Controlled Electrically Excited Synchronous Motor Drives

Direct torque control (DTC) is a new control method for rotating field electrical machines. DTC controls directly the motor stator flux linkage with the stator voltage, and no stator current controllers are used. With the DTC method very good torque dynamics can be achieved. Until now, DTC has been applied to asynchronous motor drives. The purpose of this work is to analyse the applicability of DTC to electrically excited synchronous motor drives. Compared with asynchronous motor drives, electrically excited synchronous motor drives require an additional control for the rotor field current. The field current control is called excitation control in this study. The dependence of the static and dynamic performance of DTC synchronous motor drives on the excitation control has been analysed and a straightforward excitation control method has been developed and tested. In the field weakening range the stator flux linkage modulus must be reduced in order to keep the electro motive force of the synchronous motor smaller than the stator voltage and in order to maintain a sufficient voltage reserve. The dynamic performance of the DTC synchronous motor drive depends on the stator flux linkage modulus. Another important factor for the dynamic performance in the field weakening range is the excitation control. The field weakening analysis considers both dependencies. A modified excitation control method, which maximises the dynamic performance in the field weakening range, has been developed. In synchronous motor drives the load angle must be kept in a stabile working area in order to avoid loss of synchronism. The traditional vector control methods allow to adjust the load angle of the synchronous motor directly by the stator current control. In the DTC synchronous motor drive the load angle is not a directly controllable variable, but it is formed freely according to the motor’s electromagnetic state and load. The load angle can be limited indirectly by limiting the torque reference. This method is however parameter sensitive and requires a safety margin between the theoretical torque maximum and the actual torque limit. The DTC modulation principle allows however a direct load angle adjustment without any current control. In this work a direct load angle control method has been developed. The method keeps the drive stabile and allows the maximal utilisation of the drive without a safety margin in the torque limitation.