Taittopyörän uran optimointi

Taittopyörät ovat köysinostinsovelluksissa käytettäviä pyöriä, joiden urassa teräsköysi liikkuu. Teräsköysien eliniän voidaan katsoa olevan riippuvainen useista tekijöistä ja luonnollisesti yksi näistä tekijöistä on sen kanssa kosketuksissa oleva taittopyörä. Tässä tutkimuksessa etsittiin optimaalista geometriaa taittopyörän uralle, joka minimoisi teräsköyteen kohdistuvan pintapaineen. Pintapaineen minimoinnilla voidaan saavuttaa pidempi kestoikä teräsköydelle. Tutkimuksessa käytetyt menetelmät olivat kirjallisuuskatsaus, FE-analyysi sekä laboratoriokoe suunnittelutasolla. Tutkimus rajattiin käsittelemään vain yhtä taittopyörä- sekä teräsköysikokoa, mutta menetelmä on sovellettavissa eri kokoisille komponenteille. Kirjallisuuskatsauksen perusteella päädyttiin tutkimaan optimaalista geometriaa taittopyörän uran aukemiskulman kannalta. FE-analyysin tuloksena saatiin pintapaineiden arvot eri aukeamiskulmille, josta voitiin havaita suotuisimman aukeamiskulman olevan 55 astetta. Tuloksista voitiin myös päätellä, että aukeamiskulman ja pintapaineen välillä ei ole lineaarista riippuvuutta, mutta tällä ei ole kuitenkaan vaikutusta tutkimuksen valideettiin tai reliabiliteettiin. Jatkotutkimuksessa FE-analyysin tarkkuutta tulisi parantaa sekä laboratoriokoe tulisi suorittaa

Nd:YAG Laser Welding of 5083 Aluminium Alloy using Filler Wire

High reflectivity and high thermal conductivity, high vapour pressure of alloyingelements as well as low liquid surface tension and low ionisation potential, make laser welding of aluminium and its alloys a demanding task.Problems that occur during welding are mainly process instabilities of the keyhole and the melt pool, increased plasma formation above the melt pool and loss of alloying elements. These problems lead to unwanted metallurgical defects like hot cracks and porosity in the weld bead andother problems concerning the shape and appearance of the weld bead. In order to minimise the defects and improve the weld quality, the process and beam parameters need to be carefully adjusted along with a consideration concerning the use of filler wire for the welding process. In this work the welding of 3,0 mm thick grade 5083 aluminium alloy plates using a 3,0 kW Nd:YAG laser with grade 5183 filler wire addition is investigated. The plates were welded as butt joints with air gap sizes 0,5 mm, 0,7mm and 1,0 mm. The analysis of the weld beads obtained from the weldedsamples showed that the least imperfections were produced with 0,7 mm air gaps at moderate welding speeds. The analysis also covered the calculation of the melting efficiency and the study of the shape of the weld bead. The melting efficiency was on average around 20 % for the melting process of the welded plates. The weld beads showed the characteristic V-shape of a laser weld and retained this shape during the whole series of experiments.

Methods of Jet to Wire Speed Ratio Determination and Its Effect in Paper and Board Manufacture

Suihku/viira-nopeussuhde on perälaatikon huulisuihkun ja viiran välinen nopeusero. Se vaikuttaa suuresti paperin ja kartongin loppuominaisuuksiin, kuten formaatioon sekä kuituorientaatioon ja näin ollen paperin lujuusominaisuuksiin. Tämän johdosta on erityisen tärkeää tietää todellinen suihku/viira-nopeussuhde paperin- ja kartonginvalmistuksessa. Perinteinen suihku/viira-nopeussuhteen määritysmenetelmä perustuu perälaatikon kokonaispaineeseen. Tällä menetelmällä kuitenkin todellinen huulisuihkun nopeus saattaa usein jäädä tietämättä johtuen mahdollisesta virheellisestä painemittarin kalibroinnista sekä laskuyhtälön epätarkkuuksista. Tämän johdosta on kehitetty useita reaaliaikaisia huulisuihkun mittausmenetelmiä. Perälaatikon parametrien optimaaliset asetukset ovat mahdollista määrittää ja ylläpitää huulisuihkun nopeuden “on-line” määrityksellä. Perälaatikon parametrejä ovat mm. huulisuihku, huuliaukon korkeusprofiili, reunavirtaukset ja syöttövirtauksen tasaisuus. Huulisuihkun nopeuden on-line mittauksella paljastuu myös muita perälaatikon ongelmakohtia, kuten mekaaniset viat, joita on perinteisesti tutkittu aikaa vievillä paperin ja kartongin lopputuoteanalyyseillä.

Sihtirummun väsymisominaisuuksien määrittäminen

Diplomityössä tutkittiin sihtirummun väsymisominaisuuksia. Sihtirumpu on laite, jota käytetään paperin valmistuksessa kuitumassojen käsittelyssä. Työn tavoitteena oli määrittää profiililankatyypin ja tukirenkaan erilaisten valmistustapojen vaikutus sihtirummun väsymiskestävyyteen. Lisäksi tutkittiin vauriomuotoa, jossa yksittäinen profiililanka irtoaa tukilangasta. Sihtirummun väsymisominaisuuksia määritettiin käyttämällä perinteisiä lujuusopin menetelmiä sekä FE-analyysiä ja väsytyskokeita. Teoreettisilla menetelmillä, jotka perustuivat loven vaikutuksen arviointiin, pyrittiin määrittämään perusaineen väsymislujuutta, ja väsytyskokeilla määritettiin sihtirummun hitsien väsymislujuuksia ja yksittäisen langan irtoamista. Sihtirummun hitsit olivat väsymislujuudeltaan huomattavasti perusainetta heikompia, eikä profiililankatyyppi vaikuttanut merkittävästi sihtirummun väsymiskestävyyteen. Hitsaamattoman tukirenkaan ja tukilangan liitoksen havaittiin nostavan sihtirummun väsymiskestävyyttä, mutta silloin ongelmana ovat tukirenkaan ja tukilangan väliin pääsevät kuidut. Yksittäisen profiililangan irtoamisen ei pitäisi rajoittaa sihtirummun väsymiskestävyyttä.

Hitsausparametrien vaikutus rakenneteräksen MAG-hitsin laatuun

Työn tavoitteena oli löytää teräksen S355 MAG alapienahitsaukselle, 6mm:n levypaksuudelle sellaiset parametri-ikkunat, joissa hitsin ja perusaineen liittyminen on mahdollisimman jouheva. Hitsin laadunja hitsausparametrien välille pyritiin löytämään matemaattista korrelaatiota. Työ painottui hitsin muotoon sekä hitsin ja perusaineen liittymiseen. Työstä saatuja tuloksia käytettiin hitsattaessa väsytyskoekappaleita mutta niiden tutkiminen ei sisältynyt tähän työhön. Työssä haettiin parametreja a-mitaltaan 4mm:n alapienahitsille kahdeksalle yleisesti käytetylle hitsauslangalle, joista kolme oli umpilankaa, neljä metallitäytelankaa ja yksi rutiilitäytelanka ja kaasuina käytettiin kahta argon hiilidioksidi seoskaasua ja kahta argon helium seoskaasua.

Kuivatuksen hallintaparametrien vaikutus sellun paperiteknisiin ominaisuuksiin

Sellun kuivatuksesta ei löydy paljoa tutkimustietoa. Työn tarkoituksena on antaa lyhyt teoriakuvaus sellun kuivatuksesta, kuivatukseen vaikuttavista tekijöistä jasellun kuivatuksen vaikutuksesta sellun laatuun. Käytännön osassa tutkittiin kuivauskoneen poikkiradan hienoainepitoisuuden ja vetolujuussuhteiden vaihtelua, suihkusuhteiden, kenkäpuristimen viivakuorman sekä paalipuristimen puristusvoimanvaikutusta sellun paperiteknisiin ominaisuuksiin. Sellun kuivauskone koostuu perälaatikosta, viiraosasta, puristinosasta sekä kuivausosasta.Perälaatikon tehtävä on syöttää massa tasaisesti viiraosalle. Viiraosalla poistuu suurin osa vedestä (noin 94 %) ja viiraosalla tapahtuu pohjan muodostus. Tässä työssä tutkittu suihkusuhde on yksi rainan muodostukseen vaikuttava tekijä. Puristinosalla voidaan sellun ominaisuuksiin vaikuttaa puristuksen voimalla ja kestolla ja tätä työssä tutkittiin kenkäpuristimen viivakuormaa muuttamalla. Varsinainen kuivatus voi tapahtua joko kuumia sylinteripintoja tai ilmaa hyödyntäen. Kuivauskoneen jälkeen on leikkuri, paalauspöytä ja paalipuristin. Paalipuristuksen vaikutusta sellun ominaisuuksiin tutkittiin keventämällä paalipuristusta nykyisestä.

Retentiopolymeerin optimointi täyteaineiden yhtäaikaisannostelussa

Kirjallisuusosassa perehdyttiin retentioaineisiin ja täyteaineisiin sekä retentioaineiden ja rainanmuodostusolosuhteiden vaikutukseen retentioon, vedenpoistoon ja paperin ominaisuuksiin. Tarkemmin kirjallisuusosassa keskityttiin täyteaineiden esiflokkaukseen, retentiopolymeerin adsorptioon sekä retentiopolymeerien ja täyteaineiden annostelutapoihin. Kokeellisessa osassa tutkittiin sarjaa retentiopolymeerejä, joiden varaustiheys ja moolimassa muuttuivat. Yksi polymeereistä oli kahdesta polymeeristävalmistettu suoladispersio ja yksi modifioitu kationinen PAM. Näillä polymeereillä käytiin läpi koesarjoja, joissa muutettiin täyteaineen annosteluaikaa retentiopolymeerin annosteluajan pysyessä vakiona. Lähinnä vertailtiin keskenään perinteistä annostelua, jossa täyteaine annosteltiin paljon ennen retentiopolymeeriä,ja yhtäaikaista annostelua, jossa molemmat annosteltiin yhtä aikaa lähellä perälaatikkoa. Kokeet tehtiin MBF-laitteella, jolla pystytään paperikonetta vastaaviin pulsaatiotaajuuksiin ja sillä voidaan valmistaa tasoviirakoneella valmistetunpaperin kaltaisia laboratorioarkkeja. Valmistetuista arkeista tutkittiin retentioita ja paperiteknisiä ominaisuuksia. Laboratoriokokeiden perusteella yhtäaikainen annostelu antoi paremmat täyteaineretentiot verrattaessa perinteiseen annosteluun lähes kaikissa koesarjoissa. Varsinkin lyhytketjuiset polymeerit näyttivättoimivan hyvin yhtäaikaisannostelulla, mikä saattaisi johtua siitä, että lyhyt reagointiaika sulpun kanssa on lyhytketjuisille polymeereille edullinen, sillä silloin polymeeriketjun konformaatio ei ehdi asettua liian alhaiseksi ja ketjun toimintakyky säilyy parempana. Polymeerin varaustiheyden kasvaessa riittävästi laski täyteaineretentio seuraavissa tapauksissa: SC-massa + kaoliini ja SC-massa +GCC kummallakin annostelulla sekä SC-massa + PCC A perinteisellä annostelulla. Hienopaperimassalla samaa trendiä noudatti täyteaine GCC kummallakin annostelulla, kun taas PCC H:ta käytettäessä paranivat täyteaineretentiot molemmilla annosteluilla. Retentiopolymeerin moolimassan kasvaessa riittävästi kääntyi täyteaineretentio laskuun täyteaineilla GCC ja kaoliini, kun käytettiin SC-massaa. Hienopaperimassalla GCC noudatti tätä samaa taipumusta. Sen sijaan SC-massalla PCC A:takäytettäessä täyteaineretentio puolestaan nousi hieman moolimassan kasvaessa. Näin kävi myös hienopaperimassalla, kun täyteaineena käytettiin PCC H:ta. Käytettäessä SC-massaa, perinteisellä annostelulla saatiin parempi tai yhtä hyvä valonsironta kuin yhtäaikaisella annostelulla kaikilla täyteaineilla. Tämä saattaisi johtua siitä, että yhtäaikaisannostelulla on muodostunut suurempia täyteaineflokkeja, mikä on alentanut valoa sirottavia pintoja. Täyteaineista korkeimmat valonsirontakertoimet antoi PCC A ja alhaisimmat kaoliini. PCC A:lla oli kapein partikkelikokojakauma, mikä korottaa paperin valonsirontaa. Hienopaperimassalla valonsirontakerroin ja opasiteetti suurenivat GCC-pitoisuuden kasvaessa kummallakin annostelulla, mikä voisi johtua täyteainepartikkelien antamasta paremmasta sironnasta. Yhtäaikaisella annostelulla saavutettiin huomattavasti paremmat valonsironnan arvot perinteiseen annosteluun verrattuna. PCC H-pitoisuuden kasvaessa suurenivat myös valonsirontakerroin ja opasiteetti kummallakin annostelulla. PCC H antoi korkeammat valonsirontakertoimet kuin GCC. PCC omaa suuremman valonheijastusluvun kuin GCC, minkä vuoksi se antaa paremmat valonsirontakertoimen arvot. PCC H:n partikkelikokojakauma oli myös kapeampi kuin GCC:n, mikä mahdollisti paremman valonsironnan ja opasiteetin saavuttamisen.

Puristin- ja viiraosan vedenpoiston hallinta nopeudennoston yhteydessä

Koneuusintojen sekä täysin uusien konelinjojen myötä SC-paperin valmistuskapasiteettia on tullut ja tulee paljon lisää 2000-luvulla. Uudistettujen sekä uusien linjojen tuottavuudet ja laatutasot ylittävät huomattavasti Myllykoski Paperin PK7:n nykyisen tason. Tämän vuoksi PK7:lla tulee pystyä valmistamaan vähemmän kilpailtuja ja jalostusarvoltaan parempia laatuja kuin mitä suurimmat SC-tuottajat valmistavat. Työn tavoitteena oli antaa vastauksia investointitarpeisiin, jos PK7:n tuotesuuntaa ollaan muuttamassa. Toisena tavoitteena oli luoda puristin- ja viiraosan vedenpoiston kannalta ajoikkuna, jossa muuttujna ovat neliömassa, paperikoneen nopeus sekä massatärkkelyksen määrä Kirjallisuusosassa tarkasteltiin SC-paperikoneen viira- ja puristinosan vedenpoistoa. PK7:n nykyisen listakenkäformerin vedenpoistokapasiteetti voi olla riittämätön nykyisellä laatutasolla ja hiokemassoilla suurempia ajonopeuksia tavoiteltaessa. Ongelmiksi voivat tulla listakengän vedenpoisto ja viiraosan jälkeinen kuiva-aine. Puristinosalla paksut lajit, alhainen kuiva-aine sekä nopea ja äkillinen vedenpoisto voivat aiheuttaa telanipissä kurausta. Kokeellisessa osassa selvitettiin raskaiden ja ohuiden neliömassojen sekä eripaperilajien mahdolliset vedenpoiston rajoitukset viira- ja puristinosalla. Formeritelan ja listakengän sekä 1. puristimen vedenpoistokapasiteetit tulivat koeajon perusteella kriittiseksi raskailla lajeilla ja suurilla massatärkkelysmäärillä, kun koneen nopeus nousi yli 1240 m/min.

Stability Evaluation of a Paper Machine Wet End

Työssä analysoidaanprosessin vaikutusta paperikoneen stabiiliuteen. Kaksi modernia sanomalehtipaperikonetta analysoitiin ja sen perusteella molemmista prosesseista rakennettiin fysiikan lakeihin perustuvat simulointimallit APROS Paper simulointiohjelmistolla. Työn tavoitteena on selvittää, miten kyseisten koneiden prosessit eroavat toisistaan ja arvioida, miten havaitut erot vaikuttavat prosessien stabiiliuteen. Työssä tarkastellaan periodisten häiriöiden vaimenemista prosessissa. Simuloinnissa herätteenä käytettiin puhdasta valkoista kohinaa, jonka avulla eri taajuistenperiodisten häiriöiden vaimenemista analysoitiin. Prosessien häiriövasteet esitetään taajuuskoordinaatistossa. Suurimmat erot prosessien välillä löytyivät viirakaivosta ja sen sekoitusdynamiikasta. Perinteisen viirakaivon todettiin muistuttavan käyttäytymiseltään sarjaan kytkettyjä ideaalisekoittimia, kun taas pienempitilavuuksisen fluumin todettiin käyttäytyvän lähes kuin putkiviive. Vaikka erotprosessitilavuudessa sekä viirakaivon sekoitusdynamiikassa olivat hyvin selkeät, havaittiin vain marginaalinen ero prosessin välillä periodisten häiriöiden vaimenemisessa, koska erot viiraretentiotasoissa vaikuttivat eniten simulointituloksia. Matalammalla viiraretentiolla operoivan paperikoneen todettiin vaimentavan tehokkaammin prosessihäiriöitä. Samalla retentiotasolla pienempitilavuuksisen prosessin todettiin vaimentavan hitaita prosessihäiriöitä marginaalisesti paremmin. Tutkituista paperikoneista toisella simuloitiin viiraosan vedenpoistomuutoksenvaikutusta viiraretentioon ja paperin koostumukseen. Lisäksi arvioitiin viiraretention säädön toimivuutta. Viiraosan listakengän vedenpoiston todettiin aiheuttavan merkittäviä sakeus- ja retentiohäiriöitä, mikäli sen avulla poistettavan kiintoaineen virtaus tuplaantuisi. Viiraretention säädön todettiin estävän häiriöiden kierron prosessissa, mutta siirtävän ne suoraan rainaan. Retention säädön eikuitenkaan todettu olevan suoranainen häiriön lähde.

Kosteuden ja neliömassan mittaaminen kartonkikoneen viiraosalla

Diplomityön tavoitteena oli selvittää spraytärkkelyksen ja eri kerrosten liitossakeuksien vaikutusta kartongin palstautumislujuuteen ja formaatioon. Työn teon aikana viiraosille hankittiin gammasäteilyllä toimivat kosteusmittarit. Työssä haettiin keinoja varmentaa mit-tausten luotettavuus kartonkikoneella, jonka nopeudet ja tuotteiden neliömassat vaihtelevat suuresti. Työn loppuvaiheessa aloitettiin mittareiden toiminnan parantaminen. Spraytärk-kelyksen annostelua parannettiin ja annostelulle rakennettiin suhdesäätö. Tärkkisumun aiheuttamia haittoja vähennettiin lisäämällä spraytärkkelysputkien yhteyteen tärkkelys-tippoja poistavia imupalkkeja. Tämän diplomityön kirjallisuusosan tavoitteena oli tarkastella taivekartonkia tuotteena ja sen kilpailukyvyn kannalta tärkeitä ominaisuuksia. Kilpailukyvyn kannalta tärkeään palstautumislujuuteen sekä taivutusjäykkyyteen kiinnitettiin huomiota niiden toisistaan riippuvuuksien vuoksi. Spraytärkkelyksen käyttö riittävän palstautumislujuuden varmistajana ja spraytärkkelyksen määrän hallinta olivat kirjallisuusosassa mukana. Liitossakeuksien hallinta gammasäteilyä hyödyntävien NDC-mittareiden avulla oli toinenpääalue. Kirjallisuusosassa on viitattu myös tehtaalta saatuihin kokemusperäisiin tietoihin. Tämän työn kokeellisessa osassa selvitettiin InkeroistenKartonkitehtaan Kartonkikone 4:a. ja sillä suoritettuja spraytärkkelyskokeita. Liitoskosteuksia selvitettiin pääosin aiempien mittausten ja kokemusten perusteella.

Kattilaveden kulkeutuminen höyryyn soodakattilassa

Tämän työn tarkoituksena on selvittää, miten höyryn kosteuden erotus toimii Kemijärven Sellun soodakattilassa. Höyryn kosteuden erotuksen toiminta tarkastetaan määrittämällä höyryn kosteus tulistetussa höyryssä. Höyryyn kulkeutuvan kattilaveden määrä määritettiin käyttäen merkkiaineena natriumia, jota kulkeutuu höyryyn kattilavesipisaroiden sekä ruiskutusveden mukana. Pieniä määriä kulkeutuu myös haihtumalla, mikä on otettu laskuissa huomioon. Kattilaveden ja höyryn natriumpitoisuuksien suhteen perusteella lasketaan kosteusprosentti. Kattilaveden kulkeutuessa höyryyn kulkeutuu veden mukana myös epäpuhtauksia, jotka turbiiniin joutuessaan saattavat aiheuttaa korroosiota sekä kerrostumia turbiinin siivistössä. Kosteuden erotuksen parantamiseksi on esitetty muutosehdotus siten, että nykyinen poimulevyerottimilla toteutettu sekundäärierotus korvattaisiin uudella teräsverkkoerottimella. Tällöin pystyttäisiin poistamaan entistä pienempiä pisaroita ja vähentämään höyryyn kulkeutuvan kattilaveden määrää.