Puunjalostuskonsernin voiteluhuollon analysoiminen ja kehittäminen

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

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Estudo de aerossóis atmosféricos e aplicação de modelos numéricos

The main purpose of the present work is to study the concentration of atmospheric particles (PM10 and PM2.5) in the Candiota (RS) region using HV PM10 and dichotomous samplers. Four sampling sites at a distance of 50 km from the emission source were selected: Aceguá, Aeroporto, 8 de Agosto and Pedras Altas. Samples were collected from December 2000 to December 2001. The values obtained with the ISCST (Industrial Source Complex Term) model and with the samplers were compared on January 21st, April 5th, July 14th, August 1st, and October 13th 2001, and are representative of frontal systems occurring in the study area.

Paperikoneen hyötysuhteen parantaminen kunnossapidon keinoin

Stora Enson Kotkan tehtaiden paperikone yksi on pieni erikoislaatuja tekevä paperikone, jonka hy6tysuhteen parantamiseen on etsitty keinoja kunnossapidon toimesta. Kansainvälisen kilpailun kiristyessä sekä raaka aineiden ja energian kallistuessa paperikoneen hy6tysuhteen tulee olla korkealla tasolla. Tämän diplomity6n kirjallisuusosassa on perehdytty yleisesti kunnossapidon käsitteisiin ja toimintatapoihin. Vikaantumisen osiossa on pyritty l6ytamaan mekanismi laakereiden vikaantumiseen ja kunnonvalvonnalla keinot laakereiden vikaantumisen ehkäisyyn. Työn käytännön osiossa tutkittiin paperikoneen häiriökirjauksia vuosilta 2006 ja 2007 tehtaan toiminnanohjausjärjestelmistä. Samanaikaisesti selvitettiin toimenpidekirjauksia ja tehtyjä korjauksia samoihin kohteisiin, joissa vikaantumista tapahtuu. Tavoitteena oli selvittää syyt suuriin hairi6seisokkiaikoihin sekä analysoida suunniteltujen ja suunnittelemattomien seisokkien suhdetta. Tutkimuksessa havaittiin häiriökirjauksien puutteellisuus ja kirjauksien merkitys häiriöiden ennaltaehkäisyssä.

Numerical modelling of small supersonic axial flow turbines

Supersonic axial turbine stages typically exhibit lower efficiencies than subsonic axial turbine stages. One reason for the lower efficiency is the occurrence of shock waves. With higher pressure ratios the flow inside the turbine becomes relatively easily supersonic if there is only one turbine stage. Supersonic axial turbines can be designed in smaller physical size compared to subsonic axial turbines of same power. This makes them good candidates for turbochargers in large diesel engines, where space can be a limiting factor. Also the production costs are lower for a supersonic axial turbine stage than for two subsonic stages. Since supersonic axial turbines are typically low reaction turbines, they also create lower axial forces to be compensated with bearings compared to high reaction turbines. The effect of changing the stator-rotor axial gap in a small high (rotational) speed supersonic axial flow turbine is studied in design and off-design conditions. Also the effect of using pulsatile mass flow at the supersonic stator inlet is studied. Five axial gaps (axial space between stator and rotor) are modeled using threedimensional computational fluid dynamics at the design and three axial gaps at the off-design conditions. Numerical reliability is studied in three independent studies. An additional measurement is made with the design turbine geometry at intermediate off-design conditions and is used to increase the reliability of the modelling. All numerical modelling is made with the Navier-Stokes solver Finflo employing Chien’s k ¡ ² turbulence model. The modelling of the turbine at the design and off-design conditions shows that the total-to-static efficiency of the turbine decreases when the axial gap is increased in both design and off-design conditions. The efficiency drops almost linearily at the off-design conditions, whereas the efficiency drop accelerates with increasing axial gap at the design conditions. The modelling of the turbine stator with pulsatile inlet flow reveals that the mass flow pulsation amplitude is decreased at the stator throat. The stator efficiency and pressure ratio have sinusoidal shapes as a function of time. A hysteresis-like behaviour is detected for stator efficiency and pressure ratio as a function of inlet mass flow, over one pulse period. This behaviour arises from the pulsatile inlet flow. It is important to have the smallest possible axial gap in the studied turbine type in order to maximize the efficiency. The results for the whole turbine can also be applied to some extent in similar turbines operating for example in space rocket engines. The use of a supersonic stator in a pulsatile inlet flow is shown to be possible.

Kunnonvalvonnan uudelleen organisointi

Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella nykyinen kunnonvalvonnan toimintomalli Eforan kunnossapitopaikkakunnilla. Tarkastelun pohjalta tutkimuksessa organisoidaan kunnonvalvonta uudelleen näissä kohteissa. Kohteena ovat Eforan paikkakunnat Heinola, Imatra, Oulu, Varkaus, Veitsiluoto is Uimaharju. Teoriaosiossa käsitellään strategista johtamista yrityksen perustamisen näkökulmasta, Perustamista lähestytään myös analyysien kautta, sekä organisaation liiketoimintamallien ja prosessien kautta. Empiirisessä osiossa tehtiin organisaation hahmottamisen kautta portfolio-analyysi, markkinatarkastelu is toimintasuunnitelma. Ne loivat perustan uudelleen organisoitumiselle. Osioon sisältyvät myös toiminnan käynnistämiseen, järjestäytymiseen, mittaamiseen, seurantaan ja raportointiin liittyvät toimet.

Kompressoriyksiköiden mekaaninen kunnonhallinta

Kunnossapidon kuluista suurimman osan aiheuttavat koneiden ennakoimattomat rikkoutumiset ja niiden tuomat tuotannonpysäytykset. Kunnossapidon suunnitelmallisuutta ja vikojen ennustettavuutta pyritään parantamaan erilaisin kunnonvalvonnallisin keinoin. Havaitsemalla alkava vikaantuminen ajoissa ja seuraamalla sen kehittymistä luodaan mahdollisuus korjaustoimenpiteiden ja -ajankohdan hallittuun suunnitteluun ja tätä kautta kustannussäästöihin. Tässä työssä on tutkittu kompressoriyksiköiden (kaasuturbiini ja keskipakokompressori) ja niiden apulaitteiden kunnossapidon menetelmiä, niiden hyödynnettävyyttä sekä mahdollisuuksia kehittää mekaanista kunnonhallintaa. Työssä päädyttiin johtopäätökseen, että käytettävien menetelmien hyödynnettävyydessä on kehitettävää. Kunnonvalvonnan ohjeistuksia tarkennettiin vastaamaan tämän päivän tavoitteita. Todettiin myös, että värähtelynvalvontaan perustuva kunnonvalvontajärjestelmä soveltuu hyvin kompressoriyksiköiden kunnonvalvonnan järjestelmäksi. Värähtelynvalvontaan perustuva kunnonvalvontajärjestelmä luo mahdollisuuden turvallisen käyttöajan ennustamiseen. Kunnonvalvonnan kehittämisen ja käyttövarmuuden parantamisen kannalta jatkotutkimuksen tekeminen kompressoriyksiköiden mekaanistenlaitteiden turvallisen käyttöajan ennustamiseksi on perusteltua.

Hitsauskoneen kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen

Teollisuuden kasvavien laatuvaatimusten johdosta valmistava teollisuus joutuu tiukentamaan laatuvaatimuksiaan täyttääkseen asiakasvaatimukset. Laatujärjestelmät asettavat valmistajille erilaisia vaatimuksia, kuten valmistuksessa käytettävien laitteistojen huoltodokumentaatioiden tuottaminen. Standardi SFS-EN ISO 3834-2 Metallien sulahitsauksen laatuvaatimukset: Kattavat laatuvaatimukset tuo edellä mainitut vaatimukset myös hitsaustuotantoon. Ennakoivaa kunnossapitoa käytetään monilla teollisuuden aloilla, koska tuotannon yllättävät keskeytymiset halutaan ennaltaehkäistä. Käsinhitsaukseen ei ole ollut toistaiseksi työkaluja, jotka mahdollistaisivat ennakoivan kunnossapidon hitsauskoneille. Kemppi Oy kehittää hitsauksen monitorointiratkaisua, jonka yhtenä päämääränä on kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen hitsauslaitteistolle. Järjestelmä ottaa huomioon myös laatujärjestelmien asettamat vaatimukset hitsauskoneiden huoltodokumentaation tuottamisesta. Diplomityön tavoitteena oli tehdä vaatimusmäärittely hitsauskoneiden kunnonvalvontajärjestelmälle. Tässä diplomityössä perehdyttiin kunnossapidon ja vikaantumisen lajeihin, laatujärjestelmiin sekä hitsauslaitteistoon. Tutkimuksessa syvennyttiin hitsauskoneiden kunnossapidon ja vikaantumistapauksien kautta suunnitteilla olevan järjestelmän tarpeisiin. Haastatteluiden avulla kartoitettiin hitsauslaitteiden kunnonvalvontajärjestelmältä vaadittavia piirteitä, järjestelmälle asetettavia vaatimuksia sekä järjestelmän monitorointikohteita. Tutkimuksen pohjalta laadittuun vaatimusmäärittelyyn saatiin muodostettua toiminnalliset vaatimukset, joista muodostetaan tuotekehityksen aikana tuotteen ominaisuudet. Lisäksi vaatimusmäärittelyyn luotiin käyttäjäryhmät, käyttötapaukset sekä alustavat monitorointikohteet. Vaatimusten täyttämiseksi kunnonvalvontajärjestelmään on suunnitteilla myös laitetietokanta, johon sisällytetään hitsauslaitteille suoritettujen huoltojen ja validointien tiedot. Varsinaisen tuotekehitystyön alkaessa nyt laadittua vaatimusmäärittelyä tullaan käyttämään suuntaviivojen näyttäjänä projektissa.

Propulsion products services laakerikunnonvalvonnan ansaintalogiikan kehittäminen

Tämän työn ensisijaisena tavoitteena on selvittää ABB Oy, Marine & Cranes, Propulsion Products Services tarjoamien laakerikunnonvalvontatuotteiden luonne, tuotteistuksen tila, liiketoimintamalli ja tutkia, kuinka olemassa olevaa ansaintalogiikkaa voidaan kehittää. Teoreettisessa osassa käydään läpi palvelun määritelmää, palveluiden tuotteistamista, akateemisia tuotteistusprosessimalleja sekä liiketoimintamallin käsitettä. Liiketoimintamallin käsittely työssä keskittyy Osterwalderin (2010) liiketoimintamallikehykseen. Teoriaosuuden materiaalia hyödynnetään empiirisessä osuudessa laakerikunnonvalvonnan tuotteiden tuotteistuksen tilan, tuotteistusprosessimallin, liiketoimintamallin ja ansaintalogiikan kehittämiseen. Työn keskeisimpinä tuloksina saatiin kehitysehdotuksia työntilaajalle liittyen laakerikun- nonvalvonnan ansaintalogiikkaan ja palveluiden tuotteistamiseen. Työssä ilmeni, että yrityksen olisi suositeltavaa optimoida tehtävien palveluiden suorittamissatamat. Jo olemassa olevien tuotteiden dokumentointia tulisi täydentää työssä ehdotetun mukaisesti. Omien resurssien laajempaa käyttämistä tulisi lisätä ja laakerikunnonvalvonnan palvelupakettien päivittämistarve sekä valmiiden tuotteiden säännöllinen päivittäminen ja niiden mahdollinen poistaminen valikoimasta tulisi ottaa osaksi käytössä olevaa prosessia.

Työkoneiden dieselmoottoreiden hyötysuhteen parantaminen lämmöntalteenoton avulla

Tämä diplomityö on osa Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tehtävää tutkimusta polttomoottoreiden energiatehokkuuden parantamisessa. Työn tavoitteena on saada tutkimustietoa polttomoottoreiden hukkalämpövirtojen hyödyntämisestä sähköntuotannossa. Tavoitteena on muodostaa näkemys Mikro-ORC energiamuuntimen mahdollisuuksista ja reunaehdoista osana työkoneluokan (150 kW… 400 kW) dieselmoottorikokonaisuutta, erityisesti maataloussektorilla. Työssä tarkasteltaviksi moottoreiksi valittiin kaksi eri AGCO Sisu Powerin dieselmoottoria. Laskennat suoritettiin moottorin valmistajan antamien hukkalämpövirtojen arvojen perusteella. Laskennan perusperiaatteena oli tutkia ORC-prosessin tuottamaa lisäsähkötehoa hyödyntämällä pakokaasujen lämpöenergiaa korkea-, keski- ja matalalämpötiloissa. Työssä vertailtiin kahden eri kiertoaineen prosessihyötysuhdetta, saatava sähkötehoa sekä prosessin sisäisiä parametreja. Lisäksi työssä tutkittiin ORC-prosessin laskentaa suunnittelupisteessä (design) ja suunnittelupisteen ulkopuolella (off-design), prosessisuureiden optimointia ja lämmönsiirtimien mitoitusta. Diplomityössä tarkasteltiin moottorin energiataseen mukaisten arvojen lisäksi moottorin parametrien muuttamisen vaikutusta hukkalämpövirroista saatavan tehoon. Työssä saatiin arvokasta tietoa polttomoottoreiden hukkalämpövirtojen muuntamisesta sähköksi ORC:lla sekä moottorin energiatehokkuuden parantamisesta.

Elintarviketehtaan tuotantolinjan kunnonvalvonnan kehittäminen

Tutkimuksen tavoitteena oli kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen nykyaikaiselle elintarviketeollisuuden tuotantolinjalle. Työssä etsittiin olemassa olevia kunnonvalvontamenetelmiä ja -sovelluksia erityisesti jäätelötuotantolaitteiden tarpeisiin. Kirjallisuudesta löydettiin sovelluksia lähinnä yksittäisille komponenteille ja kone-elimille. Tutkimuksen kohteena oleva tuotantolinja käytiin läpi toimintojen ja komponenttien osalta. Tehtaan laitekantaa ja valmiutta kunnonvalvonnan käyttöönotolle käsiteltiin yleisellä tasolla. Kunnonvalvontajärjestelmää kehitettäessä käytettiin hyväksi kirjallisuudesta löytyneitä menetelmiä, joista soveltuvimpia käytettiin kunnonvalvontametodien kartoittamiseen. Kunnonvalvontametodit muodostettiin toiminnanohjausjärjestelmästä ja linjan käyttöönotosta saatujen tietojen avulla. Tietoja käytettiin vika-vaikutusanalyysissä, joka oli pohjana komponentti- ja menetelmäkohtaisessa analyysissa. Kriittisiä ja tuotannon tehokkuuteen vaikuttavia koneenosia ja kokonaisuuksia tarkasteltiin kunnonvalvontamenetelmien soveltuvuuden avulla. Tutkimuksen edetessä kehitettiin kokonaisvaltaiset toiminnanohjausjärjestelmän avulla toimivat eritasoiset kunnonvalvontahypoteesit, joiden avulla linjan yksittäisten komponenttien kuntoa voidaan valvoa. Lisäksi tutkimuksessa kehitettiin uusia kunnonvalvontasovelluksia, joita on mahdollista käyttää myös tehtaan muilla linjoilla. Kunnonvalvontahypoteeseja käytettiin kokonaisen kunnonvalvontajärjestelmän luomiseen. Tehtaalla on mahdollisuus valita käyttöönotettavan kunnonvalvonnan taso hypoteesien sekä kunnossapitostrategian avulla.

Jätehuollon tilannekuva puolustushallinnossa

Diplomityön tavoitteena oli tuottaa jätehuollon tilannekuva Suomen puolustushallinnolle. Diplomityön ensisijaiseksi tutkimustavoitteeksi määriteltiin jätehuollon nykytilan kartoitus vuonna 2013. Lisäksi diplomityössä tarkasteltiin jätehuollon suunnittelutyön merkitystä puolustushallinnolle sekä kartoitettiin lähitulevaisuuden painopistealueita puolustushallinnon jätehuollossa. Sisätilojen jätehuoltojärjestelyt eivät noudata samaa linjaa ulkojätepisteiden jäte-huoltojärjestelyjen kanssa. Tämä asettaa haasteita syntypaikkalajittelun toteuttamiselle ja edelleen jätehuoltotavoitteiden saavuttamiselle. Tähän jätehuollon epäkohtaan on mahdollista vaikuttaa jätehuollon prosessien selkeyttämisellä ja sopimusten tarkastelemisella yhdessä vuonna 2015 käynnistyvän puolustusvoimien Logistiikkalaitoksen kanssa. Laskennallisen vaikuttavuusanalyysin perusteella jätehuollon tehostamistoimilla on mahdollista saavuttaa myös kustannussäästöjä. Ulkojätepisteiden tehostamisella olisi mahdollista saavuttaa noin 25 % säästöt jätehuollon kustannuksissa. Tehokkaammalla syntypaikkalajittelulla olisi mahdollista saavuttaa noin 27–31 % säästöt jätteen käsittelymaksuissa. Jätehuoltotavoitteiden saavuttamisessa keskeinen rooli on myös jätehuollon tiedonhallinnalla ja raportoinnilla sekä jätehuollon käyttäjät tavoittavalla tiedotuksella. Jätehuollon suunnittelu- ja kehittämistyössä tulee pyrkiä käyttäjäläheisempään toteutukseen. Diplomityön pohjalta aloitetaan puolustushallinnon jätehuollon pitkän aikavälin toiminnallisen strategian suunnittelu. Pitkän aikavälin toiminnalliseen strategiaan sisällytetään uudet jätehuollon tavoitteet, joissa huomioidaan puolustushallinnon sisäisten tavoitteiden lisäksi myös valtakunnallinen jätesuunnittelu.

Working fluid selection and design of small-scale waste heat recovery systems based on organic Rankine cycles

Demand for the use of energy systems, entailing high efficiency as well as availability to harness renewable energy sources, is a key issue in order to tackling the threat of global warming and saving natural resources. Organic Rankine cycle (ORC) technology has been identified as one of the most promising technologies in recovering low-grade heat sources and in harnessing renewable energy sources that cannot be efficiently utilized by means of more conventional power systems. The ORC is based on the working principle of Rankine process, but an organic working fluid is adopted in the cycle instead of steam. This thesis presents numerical and experimental results of the study on the design of small-scale ORCs. Two main applications were selected for the thesis: waste heat re- covery from small-scale diesel engines concentrating on the utilization of the exhaust gas heat and waste heat recovery in large industrial-scale engine power plants considering the utilization of both the high and low temperature heat sources. The main objective of this work was to identify suitable working fluid candidates and to study the process and turbine design methods that can be applied when power plants based on the use of non-conventional working fluids are considered. The computational work included the use of thermodynamic analysis methods and turbine design methods that were based on the use of highly accurate fluid properties. In addition, the design and loss mechanisms in supersonic ORC turbines were studied by means of computational fluid dynamics. The results indicated that the design of ORC is highly influenced by the selection of the working fluid and cycle operational conditions. The results for the turbine designs in- dicated that the working fluid selection should not be based only on the thermodynamic analysis, but requires also considerations on the turbine design. The turbines tend to be fast rotating, entailing small blade heights at the turbine rotor inlet and highly supersonic flow in the turbine flow passages, especially when power systems with low power outputs are designed. The results indicated that the ORC is a potential solution in utilizing waste heat streams both at high and low temperatures and both in micro and larger scale appli- cations.