Puupolttoaineiden kuivausmenetelmien kartoitus

Työssä kartoitetaan käytössä olevia pilkkeen ja hakkeen keinokuivausmenetelmiä. Lisäksi arvioidaan menetelmien energiankulutusta ja kustannuksia, sekä käydään läpi kuivaajan suunnittelussa huomioon otettavia seikkoja. Työn ohessa on tehty Excel-laskentataulukko, jonka avulla voidaan arvioida lämpöyrittäjyyden kannattavuutta koko tuotantoketju huomioon ottaen. Lopussa tutkitaan kolmen erityyppisen pilkekuivurin käyttöä ja arvioidaan laskentataulukon avulla niiden vaikutuksia pilkeyrittäjän talouteen. Yleisin puupolttoaineiden keinokuivausmenetelmä on kylmäilmakuivaus. Sääriippuvuudesta ja usein epätasaisesta kuivauslaadusta johtuen se soveltuu vain pienimuotoiseen ja sivutoimiseen polttoainetuotantoon. Lisälämmityksellä parannetaan ilman kuivauskykyä, jolloin kuivaus on nopeampaa, loppukosteudet alhaisempia ja vuotuinen käyttöaika pitempi. Lämmitysratkaisun valinta riippuu kuivurin halutusta vuotuisesta käyttöajasta ja tuotantomääristä. Ammattimaiseen ja ympärivuotiseen pilketuotantoon soveltuu parhaiten korkeita, 70 - 90 °C lämpötiloja käyttävä kuivuri. Korkealämpötila-kuivurissa on tärkeää huolehtia riittävästä eristyksestä ja säädellystä ilmanvaihdosta. Suurilla polttopuun tuotantomäärillä kuljetuskustannukset korostuvat. Samalla kasvaa markkinoinnin tarve. Mainonnassa voidaan hyödyntää tehokasta kuivausmenetelmää.

Improving Dynamic Characteristics of Open-loop Controlled Log Crane

The improvement of the dynamics of flexible manipulators like log cranes often requires advanced control methods. This thesis discusses the vibration problems in the cranes used in commercial forestry machines. Two control methods, adaptive filtering and semi-active damping, are presented. The adaptive filter uses a part of the lowest natural frequency of the crane as a filtering frequency. The payload estimation algorithm, filtering of control signal and algorithm for calculation of the lowest natural frequency of the crane are presented. The semi-active damping method is basedon pressure feedback. The pressure vibration, scaled with suitable gain, is added to the control signal of the valve of the lift cylinder to suppress vibrations. The adaptive filter cuts off high frequency impulses coming from the operatorand semi-active damping suppresses the crane?s oscillation, which is often caused by some external disturbance. In field tests performed on the crane, a correctly tuned (25 % tuning) adaptive filter reduced pressure vibration by 14-17 % and semi-active damping correspondingly by 21-43%. Applying of these methods require auxiliary transducers, installed in specific points in the crane, and electronically controlled directional control valves.

Comparison of Compound Lean Nozzles and Controlled Flow Nozzles at Off-Design

Turbokoneet ja etenkin höyryturbiinit ovat usein suunniteltu ja optimoitu toimimaan tietyssä toimintapisteessä jossa häviöt on minimoitu ja hyötysuhde maksimoitu. Joissakin tapauksissa on kuitenkin tarpeellista käyttää turbiinia toimintapisteen ulkopuolella. Tällöin turbiinin läpi virtaava massavirta muuttuu ja yleensä heikentää hyötysuhdetta. Turbokoneiden suorituskykyä voidaan parantaa käyttämällä kolmidimensionaalisesti muotoiltuja siipiä. Työssä on vertailtu laskennallisesti kahta kohtuullisesti muotoiltua suutinta (Compound lean ja Controlled flow) niiden suunnitellun toimintapisteen ulkopuolella. Kolmas suutin, ilman kolmidimensionaalista muotoilua on mukana vertailukohteena. Suutinten suorituskykyä tutkitaan laskennallisen virtausmekaniikan avulla olosuhteissa, jotka ovat toimintapisteen ulkopuolella. Virtauksen muutoksia tutkitaan kokonaispainehäviön, isentrooppisen hyötysuhteen ja virtauspinnan yhdenmukaisuuden avulla. Virtauspintoja verrataan ulosvirtauskulman, massavirran ja toisiovirtausvektoreiden jakauman avulla. Erot suutinten suorituskykyvyssä korostavat ylikuormalla. Kun massavirran arvoa on kohotettu eniten, Compound lean suuttimilla hyötysuhde laskee Controlled flow suuttimeen verrattuna vähemmän. Alikuormalla, kun massavirran arvoa lasketaan, erot suuttimien suorituskyvyssä pienenevät ja tutkittujen suuttimien ulosvirtaus on samankaltainen.

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.

Active Damping and Energy Recovery in a Hydraulic Boom Controlled by an Electric Drive

The aim of the study is to obtain a mathematical description for an alternative variant of controlling a hydraulic circuit with an electrical drive. The electrical and hydraulic systems are described by basic mathematical equations. The flexibilities of the load and boom is modeled with assumed mode method. The model is achieved and proven with simulations. The controller is constructed and proven to decrease oscillations and improve the dynamic response of the system.

Life cycle costs in heating, ventilation and air-conditioning systems with drive

Energy consumption and energy efficiency have become an issue. Energy consumption is rising all over the world and because of that, and the climate change, energy is becoming more and more expensive. Buildings are major consumers of energy, and inside the buildings the major consumers are heating, ventilation and air-conditioning systems. They usually run at constant speed without efficient control. In most cases HVAC equipment is also oversized. Traditionally heating, ventilation and air-conditioning systems have been sized to meet conditions that rarely occur. The theory part in this thesis represents the basics of life cycle costs and calculations for the whole life cycle of a system. It also represents HVAC systems, equipment, systems controls and ways to save energy in these systems. The empirical part of this thesis represents life cycle cost calculations for HVAC systems. With these calculations it is possible to compute costs for the whole life cycle for the wanted variables. Life cycle costs make it possible to compare which variable causes most of the costs from the whole life point of view. Life cycle costs were studied through two real life cases which were focused on two different kinds of HVAC systems. In both of these cases the renovations were already made, so that the comparison between the old and the new, now existing system would be easier. The study indicates that energy can be saved in HVAC systems by using variable speed drive as a control method.

Pölynhallintamenetelmät rakentamisessa - tekninen toteutus ja menetelmien tehokkuus

Rakennustyömaa on yksi vaarallisimpia ja työolosuhteiltaan haastavimpia työpaikkoja. Sisävalmistusvaiheessa ongelmaksi muodostuu töiden tuottama pöly ja melu. Työmaan epäjärjestys ja likaisuus lisäävät tapaturmariskiä. Pölytöntä rakennustyömaata ei ole olemassa ja tästä syystä pölynhallinta muodostuu merkittäväksi tekijäksi pölyn leviämisen rajoittamisessa. Työn tavoitteena oli tutkia teknisiä pölynhallintakeinoja, joilla voidaan vähentää henkilökohtaisen suojauksen tarvetta rakennustyömailla. Pölynhallintaan työmailla voidaan vaikuttaa työtapojen ja -menetelmien valinnalla, töiden vaiheistuksella, kohdepoistoilla, osastoinnilla ja alipaineistuksella. Työssä oli tarkoitus myös verrata ja tutkia erilaisten ja eri työvaiheisiin tarkoitettujen pölynhallintalaitteistojen toimintaa ja niiden toimivuutta pölynhallinnassa. Tämä tutkimus toteutettiin Savocon Oy:n Kuopioon rakennettavan Turontähden rakennustyömaalla huhti- ja toukokuussa 2008. Tutkimusten perusteella tekniset pölynhallintakeinot toimivat kohtalaisen hyvin. Hiomalaitteissa pölynhallinta on tekninen ominaisuus, mutta sen toimivuus riippuu myös siitä, osaako työntekijä hyödyntää pölynhallintaa oikealla tavalla. Toimintaan vaikuttaa se, osaavatko laitteen käyttäjät asettaa imutehon sellaiseksi, että se on riittävän suuri poistamaan pölyn, mutta ei liian suuri haitatakseen työntekoa ja saaden aikaan heikkoa työnjälkeä. Oikeat laiteasetukset opitaan kokeilemalla. Imutehon säätömahdollisuus on erilaisten pintatasoitteiden myötä erityisen tärkeä laiteominaisuus. Timanttihiomalaitteilla saavutetut pölynpoistotehokkuudet olivat kaikki yli 97 prosenttia, kun niiden tehoa verrattiin ilman pölynpoistoa tapahtuvaan timanttihiontaan. Timanttihiontaa ei suositella tehtäväksi ilman pölynpoistotekniikkaa, sillä pölyntuotto on suurta ja pölypitoisuudet nousevat nopeasti hyvin suuriksi ja työntekijöiden altistus pölylle kasvaa. Ilmanpuhdistimien tehot riittivät pienen tilan ilman puhdistamiseen, mutta suurissa tiloissa ja suurissa pitoisuuksissa teho jäi riittämättömäksi. Oikein mitoitettuina ilmanpuhdistimia voidaan suositella kohdepoistolla toimivien laitteiden lisäksi huonetilaan puhdistamaan vähäiset hiukkaspäästöt, joita laitteista tulee. Teollisuusimurien valinnassa huomio tulee kiinnittää moottorin imutehoon, moottorin jäähdytyksen järjestelyyn, pölypussin materiaaliin ja pölypussin tyhjennysmekanismiin. Näillä on suuri merkitys siivoustyön pölyttömämpään lopputulokseen. Tämän työn käyttö markkinointitarkoituksessa ilman tekijän lupaa on kielletty.

Laite- ja työturvallisuus H2S-tiloissa

Tässä työssä selvitettiin, millä tavoin räjähdysvaarallisten työtilojen työturvallisuuteen voidaan vaikuttaa ja miten turvallisuutta pidetään yllä. Työssä selvitettiin, mitä vaatimuksia räjähdysvaaralliset tilat asettavat laite- ja työturvallisuudelle. Työn lähtökohdaksi otettiin ilmanvaihdon vaikutus sisäilman olosuhteisiin ja samalla selvitettiin, mitä muutoksia räjähdysvaarallisten aineiden käyttö teollisuuden tuotantoprosesseissa aiheuttaa ilmanvaihdossa. Räjähdysvaarallisten tilojen suunnittelua ohjailevat säädökset, lait ja direktiivit. Johdonmukaisen suunnittelulla ja säädöksiä noudattamalla pystytään toteuttamaan turvallinen työympäristö. Räjähdysvaarallista tilaa päästiin tarkastelemaan Talvivaaran Kaivososakeyhtiö Oyj:n metallien talteenottolaitoksella. Työssä haluttiin tutkia rakennuksen työturvallisuutta ja työskentelyolosuhteita. Tutkimuskohteena olleessa reaktorihallissa tehtiin ilmanvaihdon suorituskyvyn mittauksia. Tarkoituksena oli myös tehdä rikkivedyn pitoisuus mittauksia, mutta Talvivaaran tuotannon viivästyessä, pitoisuus mittaukset jätettiin tämän diplomityön ulkopuolelle. Talvivaaraan reaktorirakennuksen olosuhteita ja turvallisuutta tarkasteltiin lähemmin teoreettisten laskelmien avulla. Laskelmien ja mittaustulosten perusteella reaktorirakennuksen ilmanvaihdon suorituskyky todettiin riittäväksi ja toiminta työturvalliseksi. Riskin arvioinnin perusteella reaktorirakennuksen riskitason katsotaan olevan siedettävä.

Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application

Synchronous motors are used mainly in large drives, for example in ship propulsion systems and in steel factories' rolling mills because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening range. This, however, requires an extremely good torque control system. A fast torque response and a torque accuracy are basic requirements for such a drive. For large power, high dynamic performance drives the commonly known principle of field oriented vector control has been used solely hitherto, but nowadays it is not the only way to implement such a drive. A new control method Direct Torque Control (DTC) has also emerged. The performance of such a high quality torque control as DTC in dynamically demanding industrial applications is mainly based on the accurate estimate of the various flux linkages' space vectors. Nowadays industrial motor control systems are real time applications with restricted calculation capacity. At the same time the control system requires a simple, fast calculable and reasonably accurate motor model. In this work a method to handle these problems in a Direct Torque Controlled (DTC) salient pole synchronous motor drive is proposed. A motor model which combines the induction law based "voltage model" and motor inductance parameters based "current model" is presented. The voltage model operates as a main model and is calculated at a very fast sampling rate (for example 40 kHz). The stator flux linkage calculated via integration from the stator voltages is corrected using the stator flux linkage computed from the current model. The current model acts as a supervisor that prevents only the motor stator flux linkage from drifting erroneous during longer time intervals. At very low speeds the role of the current model is emphasised but, nevertheless, the voltage model always stays the main model. At higher speeds the function of the current model correction is to act as a stabiliser of the control system. The current model contains a set of inductance parameters which must be known. The validation of the current model in steady state is not self evident. It depends on the accuracy of the saturated value of the inductances. Parameter measurement of the motor model where the supply inverter is used as a measurement signal generator is presented. This so called identification run can be performed prior to delivery or during drive commissioning. A derivation method for the inductance models used for the representation of the saturation effects is proposed. The performance of the electrically excited synchronous motor supplied with the DTC inverter is proven with experimental results. It is shown that it is possible to obtain a good static accuracy of the DTC's torque controller for an electrically excited synchronous motor. The dynamic response is fast and a new operation point is achieved without oscillation. The operation is stable throughout the speed range. The modelling of the magnetising inductance saturation is essential and cross saturation has to be considered as well. The effect of cross saturation is very significant. A DTC inverter can be used as a measuring equipment and the parameters needed for the motor model can be defined by the inverter itself. The main advantage is that the parameters defined are measured in similar magnetic operation conditions and no disagreement between the parameters will exist. The inductance models generated are adequate to meet the requirements of dynamically demanding drives.

Supersaturation-controlled crystallization

Identification of product requirements and quality, together with the management of production are key issues in chemical engineering. Quality control of crystalline products is part of the quality of many industrially manufactured products like paper, paintings, medicines and fertilizers. In most crystallization cases, quality is described with the size, polymorph, shape and purity of the crystal. The chemical composition, hydrodynamics and driving force, together with the operating temperature are in a key position when the properties of a crystalline product are controlled with the crystallization process. This study concentrates on managing the identified properties of a crystalline product with the control of a driving force. The controlling of the driving force can be based on the change of solubility or the change of concentration. Solubility can be changed with temperature, pressure and an antisolvent. The concentration of crystallizing compound, the solute can be changed with the evaporation of the solvent and with the addition of a reagent. The present study focuses on reagent addition and temperature change as methods of changing the level of the driving force. Three control structures for direct control of supersaturation are built, one for cooling crystallization and two for reactive crystallization. Closed loop feedback control structures are based on the measurement of the solute concentration with attenuated total reflection - Fourier transform infrared spectrometer. The details of the reagent feed are analyzed with experimental studies and with results of computational fluid dynamic simulations of the inert particle pulse in the premixer and inert particle injection to the mixing tank. Nucleation in conditions of controlled reactive crystallization is analyzed with Nielsen’s equation of homogeneous nucleation. The resulting control systems, based on regulation of supersaturation, can be used to produce the desired polymorph of an organic product. The polymorph composition of product crystals is controlled repeatably with the decision of a set value of supersaturation level.

Early nutritional determinants in cardio-metabolic programming – A prospective randomized controlled dietary intervention study

Western societies have been faced with the fact that overweight, impaired glucose regulation and elevated blood pressure are already prevalent in pediatric populations. This will inevitably mean an increase in later manifestations of cardio-metabolic diseases. The dilemma has been suggested to stem from fetal life and it is surmised that the early nutritional environment plays an important role in the process called programming. The aim of the present study was to characterize early nutritional determinants associating with cardio-metabolic risk factors in fetuses, infants and children. Further, the study was designated to establish whether dietary counseling initiated in early pregnancy can modify this cascade. Healthy mother-child pairs (n=256) participating in a dietary intervention study were followed from early pregnancy to childhood. The intervention included detailed dietary counseling by a nutritionist targeting saturated fat intake in excess of recommendations and fiber consumption below recommendations. Cardio-metabolic programming was studied by characterizing the offspring’s cardio-metabolic risk factors such as over-activation of the autonomic nervous system, elevated blood pressure and adverse metabolic status (e.g. serum high split proinsulin concentration). Fetal cardiac sympathovagal activation was measured during labor. Postnatally, children’s blood pressure was measured at six-month and four-year follow-up visits. Further, infants’ metabolic status was assessed by means of growth and serum biomarkers (32-33 split proinsulin, leptin and adiponectin) at the age of six months. This study proved that fetal cardiac sympathovagal activity was positively associated with maternal pre-pregnancy body mass index indicating adverse cardio-metabolic programming in the offspring. Further, a reduced risk of high split proinsulin in infancy and lower blood pressure in childhood were found in those offspring whose mothers’ weight gain and amount and type of fats in the diet during pregnancy were as recommended. Of note, maternal dietary counseling from early pregnancy onwards could ameliorate the offspring’s metabolic status by reducing the risk of high split proinsulin concentration, although it had no effect on the other cardio-metabolic markers in the offspring. At postnatal period breastfeeding proved to entail benefits in cardio-metabolic programming. Finally, the recommended dietary protein and total fat content in the child’s diet were important nutritional determinants reducing blood pressure at the age of four years. The intrauterine and immediate postnatal period comprise a window of opportunity for interventions aiming to reduce the risk of cardio-metabolic disorders and brings the prospect of achieving health benefits over one generation.

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.

Loss Modelling of Three-Level Inverters controlled with Space Vector Modulation Technique

The objective of this master’s thesis is to investigate the loss behavior of three-level ANPC inverter and compare it with conventional NPC inverter. The both inverters are controlled with mature space vector modulation strategy. In order to provide the comparison both accurate and detailed enough NPC and ANPC simulation models should be obtained. The similar control model of SVM is utilized for both NPC and ANPC inverter models. The principles of control algorithms, the structure and description of models are clarified. The power loss calculation model is based on practical calculation approaches with certain assumptions. The comparison between NPC and ANPC topologies is presented based on results obtained for each semiconductor device, their switching and conduction losses and efficiency of the inverters. Alternative switching states of ANPC topology allow distributing losses among the switches more evenly, than in NPC inverter. Obviously, the losses of a switching device depend on its position in the topology. Losses distribution among the components in ANPC topology allows reducing the stress on certain switches, thus losses are equally distributed among the semiconductors, however the efficiency of the inverters is the same. As a new contribution to earlier studies, the obtained models of SVM control, NPC and ANPC inverters have been built. Thus, this thesis can be used in further more complicated modelling of full-power converters for modern multi-megawatt wind energy conversion systems.