Terästankkien valmistusvaiheen kustannus- ja aikataulurakenteen määrittäminen

Diplomityössä tutkittiin erilaisilla loppuasennusmenetelmillä toimitettujen terästank-kien kustannus- ja aikataulurakennetta. Usein terästankit valmistetaan valmiiksi muotoon valssatuista levyistä työmaalla kasaanhitsaamalla. Tämä ei ole ainoa terästankin valmistusvaihtoehto, myös ruuvaus, niittaus, kiilaliitos ja konepajalla suuremmiksi kappaleiksi hitsaus ovat yleisesti käytössä. Terästankkien valmistuskustannuksiin vaikuttavat materiaali, esivalmisteiden työstäminen, kuljetus ja loppuasennus. Tankin valmistusmenetelmä ei merkittävästi vaikuta tankin materiaalikustannuksiin. Materiaalikustannuksiin vaikuttavat eniten käytettävä materiaali ja tankin geometriset ominaisuudet. Tankin esivalmisteiden valmistusaika määräytyy loppuasennusmenetelmästä. Pidempi esivalmistusaika lyhentää loppu-asennusaikaa. Kokonaisena toimitetussa tankissa esivalmistuksen osuus on suurempi kuin hitsatussa tankissa, mutta loppuasennusaika on vain murto-osa hitsattavan tankin loppuasennusajasta. Ruuvattavassa tankissa laippojen hitsaus levyihin lisää esivalmistusaikaa, kun rullattavassa tankissa aikaa vievät vaippalevyjen kasaanhitsaaminen ja rullaaminen. Tankin loppuasennustapa voidaan, etenkin halkaisijaltaan noin 10 m:llä tankeilla, valita kohdemaan mukaan, koska erot valmistuskustannuksissa ovat pieniä eri toimitusmuotojen välillä. Tosin kokonaisen 10 m halkaisijaltaan olevan tankin kuljettaminen ei aina ole mahdollista eikä kannattavaa. Sen sijaan halkaisijaltaan 5 m:llä tankeilla kokonaisena toimittaminen on varteenotettava vaihtoehto. Sopivin tankkivaihtoehto, kokonainen, hitsattava, ruuvattava tai rullattava, tulee miettiä aina tapauskohtaisesti, kohdemaan, hitsausosaamisen, kuljetusmahdollisuuksien ja loppuasennuspaikan mukaan.

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.

Industrial-Scale hydrothermal carbonization of waste sludge materials for fuel production

Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical process used in the production of charred matter similar in composition to coal. It involves the use of wet, carbohydrate feedstock, a relatively low temperature environment (180 °C-350 °C) and high autogenous pressure (up to 2,4 MPa) in a closed system. Various applications of the solid char product exist, opening the way for a range of biomass feedstock materials to be exploited that have so far proven to be troublesome due to high water content or other factors. Sludge materials are investigated as candidates for industrial-scale HTC treatment in fuel production. In general, HTC treatment of pulp and paper industry sludge (PPS) and anaerobically digested municipal sewage sludge (ADS) using existing technology is competitive with traditional treatment options, which range in price from EUR 30-80 per ton of wet sludge. PPS and ADS can be treated by HTC for less than EUR 13 and 33, respectively. Opportunities and challenges related to HTC exist, as this relatively new technology moves from laboratory and pilot-scale production to an industrial scale. Feedstock materials, end-products, process conditions and local markets ultimately determine the feasibility of a given HTC operation. However, there is potential for sludge materials to be converted to sustainable bio-coal fuel in a Finnish context.

Project Resource Management in R&D Public Sector Organization

In R&D organizations multiple projects are executed concurrently. Problems arises in managing shared resources since they are needed by multiple projects simultaneously. The objective of this thesis was to study how the project and resource management could be developed in a public sector R&D organization. The qualitative research was carried out in the Magnetic Measurements section at CERN where the section measures magnets for particle accelerators and builds state of the art measurement devices for various needs. Hence, the R&D and measurement projects are very time consuming and very complex. Based on the previous research and the requirements from the organization the best alter- native for resource management was to build a project management information system. A centralized database was constructed and on top of it was built an application for interacting and visualizing the project data. The application allows handling project data, which works as a basis for resource planning before and during the projects are executed. It is one way to standardize the work-flow of projects, which strengthens the project process. Additionally, it was noted that the inner customer’s database, the measurement system and the new application needed to be integrated. Further integration ensures that the project data is received efficiently from customers and available not only within the application but also during the concrete work. The research results introduced a new integrated application, which centralizes the project information flow with better visibility.

Raskaan jalkaväen taisteluajoneuvon valmistaminen Leopard 2A4 -taistelupanssarivaunusta

Kokemukset viimeaikaisista konflikteista ovat johtaneet siihen, että eri valtioiden asevoimat ovat kehittäneet aikaisempaa raskaampia taisteluajoneuvoja. Pääasiallinen valmistusmenetelmä on ollut käyttää jo olemassa olevia taistelupanssarivaunun runkoja uuden vaunun rakentamiseen. Resurssien rajallisuus, vaikutuskeskeisyyden korostuminen sotataidossa ja taistelukentän muutos asettaa nykyisille taisteluajoneuvoille vaatimuksia, joihin ne eivät täysin kykene vastaamaan. Ajoneuvoille asetettuihin vaatimuksiin voitaisiin etsiä vastausta myös Leopard 2A4 -alustaisella raskaalla jalkaväen taisteluajoneuvolla. Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää, mitä etuja Leopard 2A4 -vaunujen hyödyntämisellä raskaan jalkaväen taisteluajoneuvon valmistukseen voitaisiin saavuttaa. Tavoitteeseen päästäkseen tutkimuksessa vastataan seuraaviin kysymyksiin: mitä ovat raskaat jalkaväen taisteluajoneuvot? Mitä haasteita raskaiden jalkaväen taisteluajoneuvojen valmistus aiheuttaa? Miten raskaat jalkaväen taisteluajoneuvot soveltuvat 2000-luvun taistelukentän toimintaympäristöön? Tutkielman pääasiallinen tutkimusmenetelmä on kirjallisuusanalyysi. Näkökulma on pääosin tekninen. Tärkeimpinä lähteinä ovat toimineet Serbian yliopiston tutkijoiden tutkimus raskaista jalkaväen taisteluajoneuvoista, Maanpuolustuskorkeakoulun Taktiikan laitoksen julkaisema Liikkuvuus 2030 -tutkimus, sekä Puolustusvoimien Teknillisen tutkimuslaitoksen Sotatekninen arvio ja ennuste 2025. Maailmalla näytetyt esimerkit osoittavat, että taistelupanssarivaunuista on mahdollista tuottaa toimiva raskas jalkaväen taisteluajoneuvo. Ajoneuvojen vahvuuksia ovat hyvä taistelutekninen ja taktinen liikkuvuus, ylivertainen suojaus ja yhdistettyjen alustaratkaisuiden tuomat logistiset säästöt. Heikkouksina ovat strateginen liikkuvuus ja uuden kaluston tutkimus- ja kehityskustannukset. Leopard 2A4 -rungolle rakennetulla ajoneuvolla olisi aikanaan mahdollista korvata vanhentuvaa BMP-2 rynnäkköpanssarivaunukalustoa.

Cardiac Troponin Specific Autoantibodies: Analytical Tools for Exploring Their Impact on Cardiac Troponin I Testing

Cardiac troponin (cTn) I and T are the recommended biomarkers for the diagnosis and risk stratification of patients with suspected acute coronary syndrome (ACS), a major cause of cardiovascular death and disability worldwide. It has recently been demonstrated that cTn-specific autoantibodies (cTnAAb) can negatively interfere with cTnI detection by immunoassays to the extent that cTnAAb-positive patients may be falsely designated as cTnI-negative. The aim of this thesis was to develop and optimize immunoassays for the detection of both cTnI and cTnAAb, which would eventually enable exploring the clinical impact of these autoantibodies on cTnI testing and subsequent patient management. The extent of cTnAAb interference in different cTnI assay configurations and the molecular characteristics of cTnAAbs were investigated in publications I and II, respectively. The findings showed that cTnI midfragment targeting immunoassays used predominantly in clinical practice are affected by cTnAAb interference which can be circumvented by using a novel 3+1-type assay design with three capture antibodies against the N-terminus, midfragment and C-terminus and one tracer antibody against the C-terminus. The use of this assay configuration was further supported by the epitope specificity study, which showed that although the midfragment is most commonly targeted by cTnAAbs, the interference basically encompasses the whole molecule, and there may be remarkable individual variation at the affected sites. In publications III and IV, all the data obtained in previous studies were utilized to develop an improved version of an existing cTnAAb assay and a sensitive cTnI assay free of this specific analytical interference. The results of the thesis showed that approximately one in 10 patients with suspected ACS have detectable amounts of cTnAAbs in their circulation and that cTnAAbs can inhibit cTnI determination when targeted against the binding sites of assay antibodies used in its immunological detection. In the light of these observations, the risk of clinical misclassification caused by the presence of cTnAAbs remains a valid and reasonable concern. Because the titers, affinities and epitope specificities of cTnAAbs and the concentration of endogenous cTnI determine the final effect of circulating cTnAAbs, appropriately sized studies on their clinical significance are warranted. The new cTnI and cTnAAb assays could serve as analytical tools for establishing the impact of cTnAAbs on cTnI testing and also for unraveling the etiology of cTn-related autoimmune responses.

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys - Tutkimusraportti

Globaali ilmaston lämpeneminen ja tunnettujen energiavarojen ehtyminen ovat lisääntyvässä määrin maailmanlaajuisia huolenaiheita. Tietoisuus kulutuksen kasvun ja fossiilisten polttoaineiden käytön aiheuttamasta ympäristönmuutoksesta on merkittävästi kasvanut, ja osana kestävää kehitystä Euroopan Unionin vuoden 2020 välitavoitteena on vähentää kasvihuonepäästöjä 20 prosentilla vuoden 1990 tasosta, parantaa energiatehokkuutta 20 prosentilla, ja lisätä uusiutuvien energialähteiden osuus 20 prosenttiin. Suomen sitovaksi tavoitteeksi EU on määritellyt uusiutuvan energian osuudeksi 38 % kokonaisenergian kulutuksesta vuoteen 2020 mennessä. Suomen tavoitetta voi pitää varsin haasteellisena ja näin ollen tavoitteiden saavuttaminen edellyttää myös, että Suomessa käyttöönotetaan monipuolisia energiatehokkuutta parantavia ja erilaista tuotantoteknologiaa hyödyntäviä ratkaisuja. Biopolttoaineita käyttävä pienen kokoluokan yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto (CHP) voi osaltaan tarjota yhden ratkaisun varmistaa kestävä kehitys. Hajautetusti toimivat kiinteää biopolttoainetta, kuten metsätähdehaketta esimerkiksi maatiloilla, kasvihuoneilla ja pkteollisuudessa käyttävät pien-CHP laitokset lisäävät energiaomavaraisuutta, työllisyyttä ja maaseudun elinvoimaa. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto – hankekokonaisuus sisälsi kolme erillistä projektia; (1) Bio-CHP tutkimus- ja opetuslaboratorion kehittäminen, (2) Biovoima Innoverkko, ja (3) Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys. Näissä projekteissa on (1) tutkittu, koekäytetty, testattu ja mallinnettu pienen kokoluokan (laitoksen polttoaineteho alle 3 MW) CHP-laitteistoa laboratorio-olosuhteissa, (2) koulutettu ja konsultoitu potentiaalisia asiakkaita, laitevalmistajia ja energiayrityksiä sekä (3) kartoitettu markkinapotentiaalia, potentiaalisia asiakkaita ja alan toimijoita sekä tehty esiselvityksiä käyttökohteiden kannattavuudesta. Hankekokonaisuuden yhteydessä Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa laboratoriossa koekäytössä oleva CHPratkaisu perustuu Stirling-moottorin tai vaihtoehtoisesti mikroturbiinin käyttöön hakelämmityskattilalaitoksen yhteydessä. Kaupalliseen vaiheeseen edetessään pienen kokoluokan CHP-tuotanto voidaan arvioida kannattavaksi, koska sen avulla voidaan muun muassa saavuttaa kustannussäästöjä, vähentää päästöjä, ja lisätä sähköntuotannon omavaraisuutta sekä tukea alueellista työllisyyttä. Tässä hankkeessa (3) tutkittiin pienen kokoluokan hajautetun CHP-teknologian markkinapotentiaalia yleisesti Suomessa ja Kaakkois-Suomessa, tarkasteltiin alueellisia primäärienergialähteitä, ja tutkittiin laitetoimittajia, energiayrityksiä sekä niiden liiketoimintaverkostoja. Alueellisen selvityksen tueksi tutkittavia asioita tarkasteltiin osittain myös laajemmin muun muassa vertaisarvioinnin ja riittävän suuren otoskoon varmistamiseksi. Hankkeessa konsultoitiin potentiaalisia CHP-käyttökohteita ja tehtiin esiselvitykset kahdeksan kohteen teknis-taloudellisesta kannattavuudesta. Konsultoinneissa ja esiselvityksissä hyödynnettiin kehitettyä teknis-taloudellista laskentamallia. Hankkeen tulosten pohjalta laadittiin yleisohje soveltuvuusselvitysten tekemiseksi sekä suositus bioenergian alueelliseksi kehittämiseksi hajautetussa CHP-tuotannossa. Vuoden 2011 alussa voimaan tullut laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta on tarkoitettu tukemaan tuulivoimalla, biokaasulla ja puupolttoaineella tuotettua sähkön tuotantoa. Syöttötariffijärjestelmään hyväksytty sähkön tuottaja osallistuisi sähkömarkkinoille, ja tuottajalle maksettaisiin määräajan tukea markkinahinnan ja tuotantokustannusten välisen eron kattamiseksi. Jotta metsähakevoimala yleisten kelpoisuusehtojen täytyttyä voitaisiin hyväksyä syöttötariffin piiriin, pitää lisäksi laitoksen generaattoreiden nimellistehon olla vähintään 100 kW. Nykytekniikalla ja nykyisillä laitosten hyötysuhteilla tämä tarkoittaa sitä, että CHP-laitoksen kokonaistehon tulisi olla suuruusluokaltaan noin 500 kW. Näin ollen syöttötariffijärjestelmä ei kannusta pienimpiä laitoksia bioenergialla tuotetun sähkön myyntiin, ja näissä tapauksissa onkin arvioitava ainoastaan omakäyttösähkön merkitystä. Lämpö- ja CHP-laitosten polttoaineen hankintaketjua tuleva laki pienpuun energiatuesta (Petu) on hyväksytty eduskunnassa ja tulee voimaan asetuksella, mikäli Euroopan komissio hyväksyy uuden valtiontukijärjestelmän. Pienpuun energiatuki korvaa aiemmat Kemera-lain mukaiset korjuu- ja haketustuet. Tukea maksetaan nuoren metsän hoidon tai ensiharvennuksen yhteydessä saatavasta energiapuusta, mutta ei päätehakkuiden energiapuusta. Maa- ja puutarhataloudessa potentiaalisimpia käyttökohteita ovat suurehkot sika- ja siipikarjatilat, joiden lämmön ja sähkön kulutus on jo merkittävää. Kasvihuoneet ovat jo keskikokoisina huomattavia sähkön ja lämmön kuluttajia, ja siten potentiaalisia kohteita. Yleisesti tilojen määrän ennustetaan jo lähivuosien aikana vähenevän ja tilakoon kasvavan merkittävästi. Suurempi yksikkökoko luonnollisesti merkitsee mahdollisesti parantuneesta energiatehokkuudesta huolimatta yleensä suurempaa energian tarvetta ja siten potentiaalista kiinteää biomassaa käyttävää CHP-kohdetta. Pk-teollisuudessa luontevia käyttökohteita ovat esimerkiksi mekaanisen metsäteollisuuden laitokset sekä yleisestikin teollisuuskohteet, joiden energian kulutus on kohtalainen ja suhteellisen tasainen. Niin ikään suurehkot kiinteistöt, kuten esimerkiksi hotellit ja vanhainkodit, ovat potentiaalisia käyttökohteita. Olemassa olevat aluelämpölaitokset voivat ottaa CHP-teknologian käyttöön esimerkiksi laitoksen peruskorjauksen tai uusimisen yhteydessä. Kaiken kaikkiaan Kaakkois-Suomessa voidaan arvioida olevan maatiloilla, kasvihuoneissa, pk-teollisuudessa ja lämpölaitoksissa yhteensä useita kymmeniä potentiaalisia käyttökohteita. Arvioitaessa Kaakkois-Suomen kiinteitä bioenergiapotentiaaleja, keskeisin on metsäenergia, jonka teknistaloudellinen potentiaali on arvioitu olevan alle 2000 GWh, mitä voidaan pitää varsin konservatiivisena arviona. Peltoenergiapotentiaaliksi on arvioitu noin 400 GWh. Metsätähdehaketta kuljetetaan myös maakuntien välillä, vaikka kuljetusmatkat tulisi rajoittaa enintään 50–100 km etäisyydelle käyttöpaikasta kannattavuuden turvaamiseksi. Energiapuun voidaan arvioida riittävän pienen kokoluokan CHPteknologian lisääntyvään tarpeeseen, mutta alueellisesti polttoaineen saatavuuteen ja hintaan vaikuttavat olennaisesti esimerkiksi suurten CHP-laitosten mahdollisesti lisääntyvä metsähakkeen käyttö. Metsäteollisuuden ainespuun käytöllä on keskeinen rooli energiapuun saantoon. Lisäksi metsänomistajien todellinen halukkuus energiapuun myyntiin vaihtelee, ja esimerkiksi kantojen hyödyntäminen biopolttoaineena jakaa mielipiteitä. Hankkeessa tutkittiin ja haastateltiin 26 lämpöyritystä ja 26 lämpölaitostoimittajaa eri puolella Suomea sekä 19 potentiaalista CHP-laitevalmistajaa Kaakkois-Suomessa. Lämpöyrittäjyys on varsin paikallista toimintaa, joka on voimakkaasti kasvamassa. Lämpöyrittäjien hoitamia kohteita on Suomessa tällä hetkellä noin 450. Lämpölaitoksen ja lämpöverkon omistaa usein esimerkiksi kunta, ja lämpöyrittäjä hankkii polttoaineen, huolehtii laitoksen toiminnasta ja saa tuoton myydystä energiasta. Tyypillisesti lämpöyrityksellä ja –yrittäjällä on yhteistyötä paitsi polttoainetoimittajien ja asiakkaidensa kanssa, niin myös erilaisia huolto- ja muita palveluita tarjoavien tahojen, lämpölaitoksen kokonais- ja komponenttitoimittajien, ja muiden lämpöyrittäjien kanssa. Merkittävimmät laitevalmistajat ovat maantieteellisesti painottuneet Länsi- ja Etelä- Suomeen. Valmistajat ovat pääosin pk-yrityksiä, joista muutama on osa isompaa konsernia. Yritykset valmistavat tyypillisesti muun muassa lämpökattiloita, poltinteknologiaa, kuljettimia ja automaatiojärjestelmiä. Harva yritys valmistaa kaikki lämpölaitoksen komponentit itse, mutta useat kykenevät suunnittelemaan ja toimittamaan asiakkaille kokonaisia laitoksia avaimet käteen periaatteella liiketoimintaverkostojaan hyödyntäen. Laajimmillaan yritysten liiketoimintaverkostoihin voi kuulua asiakkaita, alihankkijoita, muita laitevalmistajia, kilpailijoita ja muita palveluiden tarjoajia. Kaakkois-Suomessa on huomattava yrityskanta konepaja-, automaatio-, hydrauliikka-, sähkö- ja LVI-yrityksiä, ja osa näistä yrityksistä on toiminut muun muassa metsäteollisuuden alihankkijoina. Metsäteollisuuden rakennemuutoksen myötä yritykset joutuvat osittain suuntaamaan liiketoimintaansa muualle, ja kyseisillä yrityksillä on perusosaamista ja kyvykkyyttä palvella energia-alaa, kuten esimerkiksi toimittaa komponentteja, laitteita tai palveluita CHP-laitostoimituksiin. Liiketoiminnan suuntaaminen uudelle toimialalle ja mahdollisten omien tuotteiden suunnittelu, valmistus ja markkinointi edellyttää kuitenkin merkittäviä panostuksia ja riskinsietokykyä. Kaiken kaikkiaan tutkitut lämpöyritykset, laitostoimittajat ja potentiaaliset laitetoimittajat suhtautuivat varovaisen positiivisesti pien-CHP:n tarjoamiin mahdollisuuksiin. Pien-CHP teknologian todettiin vielä vaativan kuitenkin kehittämistä, ja toisaalta yhteiskunnan tukitoimenpiteet nähtiin välttämättöminä, jotta bioenergiaa hyödyntävät pien-CHP ratkaisut voisivat yleistyä. Hankkeessa tutkittiin syvällisemmin erityyppisiä potentiaalisia bio-CHP kohteita, joista tehtiin esiselvitystasoiset soveltuvuus- ja kannattavuusarviot. Halukkuutta esiselvitysten tekemiseen olisi potentiaalisilta asiakkailta todennäköisesti löytynyt enemmän, mikäli bioenergiaa hyödyntävät pienen kokoluokan CHP-ratkaisut olisivat olleet lähempänä kaupallista sovellusta ja yhteiskunnan tukijärjestelmät bioenergialle valmiimpia sekä kattaneet paremmin myös pienen kokoluokan laitokset. Käyttökohteet olivat hyvin yksilöllisiä eikä niiden perusteella ollut mahdollista muodostaa yleispätevää mallia soveltuvuuden ja kannattavuuden arvioimiseksi. Teknologisten ratkaisujen vielä kehittyessä tarkkoja arvioita laitekustannuksista ei niin ikään ollut mahdollista esittää. Voidaan kuitenkin arvioida, että laitehinnat tulevat merkittävästi alenemaan kaupallisten ratkaisujen yleistyessä. Käyttökohteen kannattavuutta eivät itsestään selvästi turvaa myöskään yhteiskunnan tukijärjestelmät, vaikka laitos kuuluisikin kyseisten tukien piiriin. Olennaista investoinnin kannattavuuden kannalta on riittävän iso ja tasainen sähkön ja lämmön kulutus käyttökohteessa sekä polttoaineen ja energiahintojen tuleva kehitys. Kiinteitä biopolttoaineita kuten metsähaketta käyttävä pienen kokoluokan hajautettu CHP-teknologia on vielä kehittymässä, ja mennee vielä muutama vuosi ennen kuin kaupalliset ratkaisut yleistyvät merkittävästi. Yhteiskunnan tukimuodot kuten esimerkiksi syöttötariffijärjestelmä eivät niin ikään parhaalla mahdollisella tavalla tue kaikkein pienimmän kokoluokan CHP-investointeja. Pien-CHP ratkaisujen kaupallistumisen myötä Kaakkois-Suomella on yhtäläiset mahdollisuudet yhdessä muun Suomen kanssa kehittyä hajautetun bioenergian entistä kokonaisvaltaisemmaksi hyödyntäjäksi Avainsanat: sähkön ja lämmön yhteistuotanto, combined heat and power (CHP), mikroturbiini, stirling, syöttötariffi, biopolttoaine, metsähake, lämpöyrittäjä, lämpölaitosvalmistaja, maatila

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.

Energianmuuntimen valmistettavuuden kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää energianmuuntimen kaupallistamiseksi kannattavin valmistuskonsepti. Työssä esitettiin energianmuuntimelle kaksi mahdollista valmistuskonseptia; hitsattu rakenne ja tuotteen rungon valaminen. Tuotteen uuden rakenteen suunnittelu suoritettiin DFMA -projektin etenemisjärjestyksen mukaisesti. Uuden rakenteen suunnittelun tuloksena DFMA -projektille asetetut tavoitteet saavutettiin. Työssä valittiin rungon valamiseen soveltuvat valumenetelmät, joita ovat hiekkavalu, Lost Foam ja Replicast CS. Kappaleen valettavuudelle suoritettiin analyysi, jonka perusteella ennen diplomityön aloittamista suunniteltu valurunko ei ole valmistettavissa työssä esitettynä konstruktiona. Johtopäätöksenä rungon valamisesta todettiin, että valurunko on suunniteltava uudestaan huomioimalla diplomityössä esitetyt toimenpiteet valmistettavuuden parantamiseksi. Mikäli tuotekehitysprosessia ei jatketa valurungon sunnittelun osalta, valitaan hitsattu rakenne energianmuuntimen valmistuskonseptiksi.

Laserhitsattavan tuotteen suunnittelu

Tässä työssä tarkastellaan laserhitsattavan tuotteen suunnittelua ja sen tuotekehitykseen liittyviä tekijöitä. Tuotteen suunnittelua käsitellään valmistuksellisesta näkökulmasta, eli siitä, kuinka tuotteen suunnittelussa voidaan ottaa huomioon tuotteen valmistus- ja kokoonpanoystävällisyys. Laserhitsattavan tuotteen suunnittelua käsitellään myös tuotteen ominaisuuksien kannalta, eli kuinka lopullisesta tuotteesta saadaan mahdollisimman laadukas ja kilpailukykyinen. Suomen kaarihitsausosaaminen on kansainvälisesti korkealuokkaista, mutta laserhitsaus eroaa perinteisistä kaarihitsausprosesseista paljon. Kun laserilla hitsattavaa tuotetta suunnitellaan, ovat menetelmäkohtaiset suunnittelusäännöt erilaiset kuin kaarihitsauksessa. Laserhitsaus vaatii teknisesti pajalta enemmän, mutta se myös avaa uusia ovia tuotesuunnittelulle ja mahdollistaa tuotteita, jotka olisivat perinteisillä menetelmillä hankalia tai mahdottomia valmistaa. Oikein käyttöönotettuna laserhitsauksella voidaan päästä matalampiin valmistuskustannuksiin. Kustannustehokkaaseen tuotantoon päästäkseen täytyy kuitenkin ymmärtää tuotteen kustannusrakenne. Työn lopussa tarkastellaan ja vertaillaan perinteisen ja laserhitsatun tuotteen kustannuksia ja kustannusrakennetta.

Entsyymien talteenotto ja kierrätys selluloosaetanolin valmistuksessa

Bioetanolin valmistus selluloosapitoisista raaka-aineista vaatii selluloosapolymeerien pilkkomisen liukoisiksi sokereiksi. Tämä voidaan toteuttaa entsymaattisella hydrolyysillä. Selluloosan pilkkomiseen tarkoitetut entsyymit, sellulaasit, ovat entsymaattisen hydrolyysin jälkeen sitoutuneet joko kiintoainefaasiin tai ovat nestemäisessä faasissa ns. vapaina entsyymeinä. Prosessin taloudellisuuden kannalta on erityisen tärkeää minimoida siinä käytettävien entsyymien tarve, sillä tehokkaat entsyymivalmisteet ovat suhteellisen kalliita. Yksi varteenotettava vaihtoehto bioetanoliprosessin saamiseksi taloudellisemmaksi on käytettyjen entsyymien talteenotto ja kierrätys. Työn tarkoituksena oli selvittää kirjallisuudesta, millaisia menetelmiä on kehitetty entsyymien talteenottoon ja kierrätykseen lignoselluloosasta valmistettavan bioetanolin valmistuksessa. Työssä on keskitytty tuoreisiin tutkimuksiin ja menetelmien käyttökelpoisuuteen ja taloudellisuuteen. Viime vuosina sellulaasien talteenotto- ja kierrätysmenetelmiä koskevat tutkimukset ovat keskittyneet pääasiassa käsittelemään nanopartikkelien avulla tapahtuvaa entsyymien immobilisointia, ultrasuodatusta, erilaisia desorptiomenetelmiä, kiinteän hydrolyysijäännöksen kierrättämistä, tuoreen substraatin lisäämistä sekä myös tislausvaiheen jälkeistä entsyymien kierrättämistä. Jotta kierrätysmenetelmä olisi tehokas, tulisi sen pyrkiä säilyttämään entsyymien aktiivisuuksia, sokerisaantoa menettämättä ja sisältää sekä neste-, että kiintoainefaasista tapahtuva kierrätys. Jokaisella kierrätysmenetelmällä on hyvät ja huonot puolensa. Entsyymien talteenottoastetta saadaan kuitenkin parannettua yhdistämällä erilaisia menetelmiä. Useista tutkimuksista huolimatta, taloudellisinta ja käyttökelpoisinta entsyymien talteenotto- ja kierrätysmenetelmää ei ole vielä saavutettu.

Tuotantokoneiden pitoajat meijerialan yrityksessä

Diplomityön tavoitteena on tutkia, millaisia ovat Valion tuoretuotemeijerien tuotantokoneiden toteutuneet pitoajat suhteessa kirjanpidon pitoaikaan ja mikä pitoaikoihin eniten vaikuttaa. Tuotantokoneiksi luetaan tässä tutkimuksessa valmistus- ja pakkauskoneet sekä pakkauskoneiden jälkikäsittelylaitteet. Tavoitteena on selvittää myös eroja eri laiteryhmien ja meijerien välillä, ja mitkä syyt aiheuttavat nämä erilaiset pitoajat. Tutkimus toteutettiin sekä haastattelututkimuksena että taseeseen ja erillisiin konetietoihin tutustumalla. Tärkeimpinä käytettävinä teorioina on hyödynnetty erilaisten pitoaikojen määritelmiä sekä koneiden korvausmalleja sekä muita tutkimuksia pitoajoista. Vanhimmat valmistuskoneet olivat Tampereella ja uusimmat Jyväskylässä. Pakkauskoneista vanhimmat ovat Riihimäellä ja uusimmat vastaavasti Jyväskylässä sekä Tampereella. Jälkikäsittelylaitteista vanhimmat laitteet olivat Tampereella ja uusimmat Riihimäellä. Kokonaisuudessaan laitoksista nuorin on Jyväskylän meijeri, mihin merkittävin syy on koko prosessin uusiminen vuonna 2003. Tutkimuksessa kokonaispitoaika tuotantokoneille oli 10,8 vuotta. Yleisimpiä syitä jonkin laitteen vaihtamiseen meijereillä olivat pelko hygienian riittämättömyydestä, laitteen huonontunut kunto ja varaosien huono saatavuus. Tutkittujen Valion laitoksien tuotantokoneet ovat hyvin samanikäisiä verrattuna muiden tutkimuksien tuloksiin. Jatkossa Valion kannattaisi kehittää pitoaikojen seurantaa ja vuosittaisia tarkastuksia meijereillä.

Ilmastonmuutoksen vaikutus Nilsiän reitin säännösteltyjen järvien vedenkorkeuksiin ja virtaamiin sekä säännöstelyjen kehittämistarpeeseen

Raportissa tarkastellaan, miten ilmastonmuutoksen hydrologisiin vaikutuksiin voidaan sopeutua Nilsiän reitin järvien säännöstelykäytäntöjä muuttamalla. Hydrologisia vaikutuksia tarkastellaan Suomen ympäristökeskuksen Vesistömallijärjestelmällä (WSFS), jonka tulosten pohjalta tutkitaan vaikutuksia vesiluontoon, virkistyskäyttöön, rantojen eroosioon, tulviin sekä energiantuotantoon. Ilmastonmuutoksen vaikutuksia arvioidaan WSFS:n hydrologisella mallilla lasketuista säännösteltyjen järvien vedenkorkeuksista ja virtaamista referenssijaksolla 1971-2000 ja lähitulevaisuuden jaksoilla 2010-39 ja 2040-69. Ilmastonmuutoksen vaikutus tuodaan malliin niin sanotulla delta-change menetelmällä, jossa ilmastoskenaarioiden tuottamat keskimääräiset lämpötilan ja sadannan muutokset referenssijaksolta ilmastonmuutosjaksoille lisätään referenssijakson havaintoihin. Ilmastonmuutokseen liittyvän epävarmuuden johdosta tarkastelut tehdään neljälle skenaariolle, joista yksi kuvaa 19 globaalin ilmastomallin tuottamia keskimääräisiä muutoksia ja kolme ääriskenaariota suuria lämpötilan muutoksia (lämmin skenaario), pieniä lämpötilan muutoksia (kylmä skenaario) sekä suuria sademäärän muutoksia (märkä skenaario). Tarkastelluissa skenaarioissa nykyiset säännöstelyluvat toimivat vielä lähivuosina, mutta viimeistään myöhemmällä skenaariojaksolla lupien kalenteriin sidotut ehdot, jotka määräävät järvien vedenkorkeuksien laskun tietylle tasolle ennen kevättä, käyvät epätarkoituksenmukaisiksi. Vedenkorkeuden luvanmukainen laskeminen kevättalvella aiheuttaa erityisesti vesistöalueen yläosan säännöstellyissä järvissä ongelmia nostaa vedenkorkeus kesäksi tavoitetasolle. Tilannetta parantaa raportissa esitettävä sopeutuva säännöstely, jossa kevätalenemaa tarvittaessa loivennetaan ja aikaistetaan. Korpisella, jonka säännöstelyluvassa vedenkorkeuden kevätalenemaa ei ole määrätty, tarvittava ilmastonmuutokseen sopeutuminen voidaan tehdä nykyisen luvan puitteissa. Vaikutustarkastelujen mukaan skenaarioilla on referenssijaksoon verrattuna haitallisia vaikutuksia lähinnä virkistyskäyttöön ja vesiluontoon. Energiantuotantoon skenaarioilla on lisäävä vaikutus. Tulosten perusteella skenaarioiden mukaisessa tilanteessa sopeutuvalla säännöstelyllä voitaisiin pienentää haitallisten vaikutusten riskiä verrattuna nykyisenkaltaiseen säännöstelyyn.

Käsityön osaamisen jäljillä. Tutkimus käsityön oppiaineen osaamisen ja oppilaan käsityönopetuksellisen taustan yhteydestä neljän yläkoulun 7.luokilla Satakunnan ja Varsinais-Suomen alueella

Käsityön oppiaineen tulevaisuus on viimeaikoina puhuttanut niin opetusalan kehittäjiä, opetushenkilöstöä, opettajankouluttajia kuin opettajaopiskelijoitakin. Käsityön oppiainetta toteutetaan edelleen valtakunnallisesti kahteen eri sisältöön painottuneena tai enemmän molemmat käsityön sisällöt, tekninen työ ja tekstiilityö, huomioiden. Tulevat Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet (2016) eivät enää mahdollista oppilaalle painottumiseen perustuvaa valintaa teknisen työn tai tekstiilityön sisältöjen välillä, mikä on lisännyt keskustelua entisestään. Tämän tutkielman tavoitteena oli selvittää onko käsityön oppiaineen toteuttamistavalla samansisältöisenä tai painottuneena yhteyttä oppilaan käsityön osaamiseen. Lisäksi selvitettiin onko oppilaan sukupuolella tai harrastuneisuudella yhteyttä oppilaan osaamiseen. Osaamista tutkittiin myös käsityön eri osa-alueilla, joita olivat työvälineet ja materiaalit, tuotteen suunnittelu, tuotteen valmistus ja menetelmät, kestävä kehitys, työturvallisuus ja teknologia. Tutkimus toteutettiin Opetushallituksen (Koulutuksen seurantaraportti 2011:1) käsityön osaamista arvioivan tutkimuksen syventävän tehtäväsarjan mittaria käyttäen. Tutkimus suoritettiin neljässä yläkoulussa Satakunnan ja Varsinais-Suomen alueella huhti- ja toukokuun 2014 aikana. Tutkimukseen osallistui yhteensä 229 7. luokan oppilasta. Tutkimusaineisto analysoitiin vertailemalla keskeisiä tunnuslukuja, keskihajontoja ja korrelaatioita. Analysoinnissa käytettiin epäparametrisiä menetelmiä ja päätestit tehtiin käyttäen Mann Withneyn U- ja Kruskal-Wallisin testiä. Tuloksista voidaan tulkita, että käsityön oppiaineen toteuttaminen monipuolisesti, molemmat käsityön sisällöt huomioivana opetuksena, ei heikennä oppilaiden käsityön osaamista. Heikoiten mittauksessa menestyivät erittäin painottuneessa käsityönopetuksessa olleet oppilaat. Tuloksista voitiin tulkita, että sukupuolella on tilastollisesti merkittävä yhteys käsityön osaamiseen. Tytöt menestyivät poikia paremmin käsityön osaamisen kokonaisarvioinnissa sekä tekstiilityön kysymyksissä. Pojat menestyivät paremmin vain teknisen työn kysymyksissä. Harrastuneisuudella ei ollut tilastollisesti merkittävää yhteyttä osaamiseen, mutta harrastajat menestyivät keskiarvovertailussa ei-harrastajia paremmin. Eri osa-alueiden keskiarvovertailuissa neljällä osa-alueella parhaiten menestyivät oppilaat, jotka olivat osallistuneet molempisisältöiseen käsityönopetukseen koko tähänastisen käsityönopetuksensa ajan.