Kipsin kiteytymiseen vaikuttavat tekijät ammoniumsulfaattikiteyttämön lämmönvaihtimissa

Työssä pyrittiin selvittämään syitä kipsin saostumiseen ammoniumsulfaattikiteyttämön putkilämmönvaihtimien pinnalle ja miten epätoivottua saostumista voitaisiin estää. Lämmönvaihtimissa virtaa ammoniumsulfaattia, jossa on epäpuhtautena kalsiumia, joka saostuu pinnoille kalsiumsulfaattina. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin kiteytymisen mekanismia ja kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä. Saostumien estoaineita ja niiden vaikutusta kipsin kiteytymiseen sekä kipsin liukoisuutta ammoniumsulfaattiliuoksessa käsiteltiin myös kirjallisuusosassa. Kipsin kiteytymiseen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin laboratoriokokeilla, joissa pyrittiin simuloimaan lämmönvaihdinta lämpövastuksella. Laboratoriokokeissa kokeiltiin erilaisia saostuman estoaineita ja pyrittiin löytämään prosessiin mahdollisimman tehokas kipsin kiteytymisen estoaine. Lämmönvaihtimien toiminnan tehokkuutta eli muodostuneen saostuman vaikutusta lämmönsiirtymiseen tutkittiin veden luovuttaman lämpövirran avulla. Lämmönvaihtimien tukkeutumista selvitettiin putkien vaihdon tarpeen perusteella. Kalsiumpitoisuuden vaihteluja prosessivirroissa selvitettiin kalsiumtaseen avulla. Saostumiseen vaikuttavien tekijöiden lisäksi selvitettiin mistä ja kuinka paljon kalsiumia kulkeutuu prosessiin ja poistuu sieltä. Työn tarkoituksena oli löytää ratkaisu, jolla epätoivottua saostumista lämmönvaihdin-ten pinnoille pystyttäisiin vähentämään joko kemiallisesti tai muuttamalla prosessi-muuttujia. Kalsiumia havaittiin olevan eniten pelkistämön sisäisissä ammoniumsul-faattiliuoskierroissa. Kalsiumtaseen perusteella kalsiumia poistuu pelkistämöltä eniten kipsinä ammoniumsulfaattituotteen mukana. Laboratoriokokeissa havaittiin polykar-boksylaattien estävän kipsin kasvua parhaiten, joskin estoaineen oikealla annostuksel-la havaittiin olevan suuri vaikutus. Lämmönvaihtimien saostuman havaittiin olevan kipsin ja glauberiitin seos. Vaippapuolen luovuttamien lämpövirran arvojen perusteel-la pystyttiin seuraamaan putkien tukkeutumista.

Virtausjakauman kokeellinen määritys levylämmönsiirtimissä

Diplomityön tavoitteena oli kokeellisen tutkimuksen keinoin selvittää juotettujen levylämmönsiirtimien levypakkarakenteessa virtausten käyttäytyminen ja jakautuminen sekä löytää ideoita ja kehitysehdotuksia levylämmönsiirtimen levypakan ja levyprofiilin kehittämiseksi. Kokeellinen tutkimus suoritettiin Oy Danfoss Ab LPM:n levylämmönsiirtimien tutkimuslaboratoriossa. Virtausjakauman tutkimusta varten suunniteltiin ja valittiin tutkimuslaitteisto, joka koostui termoelementtiantureista, tiedonkeruulaitteistosta sekä ohjelmistosta. Lämmönsiirtimistä mitattiin ensiö- ja toisiopuolen tilavuusvirrat ja painehäviöt sekä lämpötilat ennen ja jälkeen lämmönsiirtimen. Tutkimuslaitteiston avulla mitattiin lämpötiloja lämmönsiirtimen sisältä levyväleistä. Mittaukset suoritettiin neljällä levypakkarakenteella useilla massavirran arvoilla. Mittaustuloksista määritettiin levylämmönsiirtimien lämpö- ja virtaustekniset ominaisuudet nesteen Reynoldsin luvun funktiona sekä selvitettiin nesteen virtausjakaumat. Mittaustuloksien perusteella laskettuja virtausjakauman arvoja verrattiin teorian mukaan laskettuihin jakaumiin. Mitatuista siirtimistä lasketut massavirrat viittaavat siihen, että suurin osa nesteestä virtaa siirtimien keskeltä tai lähempää loppupäätä kuin alkupäästä. Teorian mukaan suurin nestemäärä virtaisi siirtimen alkupäästä vähentyen tasaisesti kohti levypakan loppupäätä. Teorian mukaiselle virtausjakaumalle ja lasketuille jakaumille ei löydetty yhteyttä. Tutkimuksessa havaittiin suuria, jopa yli 20 asteen, lämpötilaeroja levyväleistä ulostulevissa virtauksissa. Levyvälien virtauksen käyttäytymisen ja jakautumisen tutkiminen nähdäänkin levypakan pitkittäistä kehittämistä suurempana mielenkiinnon ja kehittämisen kohteena.

Virtalähdejärjestelmän ohjauksen suunnittelu

Virtalähdejärjestelmä koostuu itsenäisesti toimivista virtalähdeyksiköistä. Virtalähdeyksiköt ovat rinnankytketty syöttämään virtaa kuormaan. Tämä diplomityö käsittelee virtalähdeyksiköiden ohjaamiseen liittyviä ongelmia ja ratkaisuja. Työssä suunnitellaan virtalähdejärjestelmän ohjauselektroniikkaa sekä mikrokontrollerin ohjelmakoodia. Lisäksi kehitetään ratkaisuja virtalähteen hallintaan ja automaattiseen ohjaukseen. Huomiota kiinnitetään vikasietoisuuteen ja käyttäjäystävällisyyteen.

Vesihana

Vettä virtaa tasaisesti hanasta altaaseen.

Virtaava vesi

Vesi. Vettä virtaa voimakkaasti.

Koski

Vettä virtaa voimakkaasti koskessa.

Virtaava vesi

Vettä virtaa voimakkaasti.

Koski

Vettä virtaa voimakkaasti koskessa.

Pienitaajuinen radiosekoitin

Normaalisti radiovastaanottimet on luokiteltavissa suoriin vastaanottimiin ja superheterodynevastaanottimiin. Jälkimmäistä nimitetään tavallisesti supervastaanottimeksi. Molemman vastaanottimen oleellisiin osiin kuuluu antennin virityspiiri, supervastaanottimelle lisäksi paikallisoskillaattorin virityspiiri, mikä pitää virittää antennipiirin kanssa samanaikaisesti. Pienillä taajuuksilla, taajuudet luokassa kilo-Hertzejä tai pienemmillä, on antennipiirin viritys resonanssipiirin ominaisuuksista johtuen sitä kapeammalla kaistalla ja sitä hitaampaa mitä pienemmällä taajuudella vastaanotto tapahtuu. Lisäksi virityspiiri hyvyysluku Q on vaikea saada sopivaksi, mikäli viritys on muuten käytännöllinen, säädettävä resonanssipiiri. Vaadittaessa kiinteätaajuista viritystä on käytännöllistä hyödyntää sähkömekaanisia osia, siis keraamisia tai kvartsikiteitä. Koska kiteitten ja korkean hyvyysluvun piirin värähtely jatkuu useita värähtelyjaksoja ennen saapuneitten värähtelyjen sammumista, kestää myös kauan aikaa, ennen kuin värähtely piirissä on loppu. Pienitaajuinen resonanssipiiri saavuttaa maksimivirtansa hitaasti, jos hyvyysluku on iso, kun piiri alkaa johtaa resonanssitaajuista virtaa. Tässä työssä pyritään vastaanotinjärjestelyyn ongelmallisen, pientaajuisen virityspiirin käytön välttämiseksi. Toisena tavoitteena on saada aikaan vastaanotto siten, että tietty pienitaajuinen radiotaajuusalue voidaan kokonaisuudessaan vastaanottaa jatkuva-aikaisesti, ilman antennipiirin jatkuvaa virittämistä erillisille taajuuksille. Laaditaan kytkentä, joka mitoitetaan, simuloidaan ja mitataan.

Sähköauto osana älykästä sähköverkkoa – Ohjaus ja toiminnallisuudet

Tulevaisuudessa sähköverkko kohtaa monia haasteita, kun sähköautot yleistyvät, vaatien suuren tehotarpeen. Uusiutuvan energiantuotannon epävarma huipputehon tuotanto ei välttämättä pysty kattamaan sähköautoista johtuvaa suurta tehopiikkiä, jos suuret määrät ajoneuvoista kytketään yhtä aikaa lataukseen. Jos sähköajoneuvot voidaan ladata ohjatusti, ei välttämättä tarvita lisäenergian tuotantoa kattamaan kasvanutta huipputehon tarvetta. Lisäksi sähköajoneuvojen akut toimivat koko sähköverkolle energiavarastoina, jollaista ei ole ennen ollut. Älykkäällä sähköverkolla voidaan ohjata sähköajoneuvon latausta, mikäli ajoneuvossa on ohjausjärjestelmä ja akkujen varaustilan mittaus. Tässä kandidaatin työssä ohjelmoidaan mittaus- ja ohjauskortti plug-in hybridiautoa varten, jossa on V2G-ominaisuus. Ohjainkortista toteutetaan toimintakuvaus, jonka mukaan se myös ohjelmoidaan. Ohjainkortti mittaa akkujen jännitettä ja virtaa, joista voidaan määrittää akkujen varaustilat. Ohjainkortti lähettää tiedot eteenpäin PC:lle, jolta ohjainkortti saa käskyn toimintatilasta. Mittaustietojen perusteella voidaan seurata mahdollisia vikatilanteita. Kandidaatintyön aikana ohjainkorttia ei ehditty asentamaan ajoneuvoon, mutta laboratoriotestien mukaan voidaan todeta, että ohjainkortti on ohjelmallisesti toimiva. Mittauksissa selvisi, että ohjainkortin mittaustulot eivät olleet tarpeeksi tarkkoja käyttökohteeseen. Todettiin, että ohjainkortti vaatii rakenteellisia muutoksia mittaustuloksien parantamista varten, ennen ohjainkortin käyttöönottoa, mutta kandidaatintyön tavoitteet saavutettiin.

Kaupallisten tuotteiden käyttö taistelukentän valvontajärjestelminä

Tämän tutkimuksen tutkimusongelmana on selvittää, onko kaupallisesti hankittava valvontavälineistö otettavissa sotilaskäyttöön taistelukentän valvontajärjestelminä ja onko sillä korvattavissa ihminen taistelukentän valvojana. Tutkimus rajataan koskemaan laitteistoa, joka on tarkoitettu käytettäväksi ulkoilmaolosuhteissa ja jonka voidaan olettaa hintaluokkansa ja saatavuutensa perusteella olevan yksittäisen kuluttajan hankittavissa. Suomen sodanajan joukkojen määrää vähennetään pitkällä aikavälillä ja jalkaväkimiinoista luovutaan vuoteen 2016 mennessä. Yhdessä nämä tekijät saattavat heikentää joukkojemme suorituskykyä pysäyttää mahdollinen maahamme hyökkäävä vihollinen. Valtioneuvoston puolustuspoliittisen selonteon mukaan joukkojen maavalvonta- ja pimeätoimintakykyä tehostetaan ja osa jalkaväkimiinojen mukana menetetystä suorituskyvystä kyetään korvaamaan mm. valvontavälineillä. Osa tätä aktiivisuutta saattaisi olla kyky selvittää vihollisen aikomukset ja reagoida niihin selvästi ennen kosketukseen joutumista esimerkiksi etukäteen saaduilla valvonta- ja tiedustelutiedoilla. Nykyään on saatavilla useita erilaisia turvallisuus- ja valvontakäyttöön tarkoitettuja järjestelmiä, jotka perustuvat muutamiin erilaisiin teknisiin perusratkaisuihin. Järjestelmät on tarkoitettu yleensä yritystilojen tai yksityisten asuntojen ja kesämökkien valvontaan. Kaikkia näitä järjestelmiä kuitenkin yhdistää vähintään yksi asia; ne on suunniteltu havaitsemaan ihmisiä sekä heidän toimintaansa ja näin ollen lähtökohtaisesti voisivat olla käytettävissä taistelukentällä ainakin omien tai vihollissotilaiden valvontaan. Tutkimus tehdään tutustumalla erilaisten kaupallisten valvontajärjestelmien, elektronisten laitteiden sekä elektroniikan komponenttien julkisesti saatavilla oleviin teknisiin tietoihin. 3 Pääteltäessä laitteiden hyödynnettävyyttä sotilaskäytössä niiden ilmoitettuja suorituskykyjä ja teknisiä ominaisuuksia verrataan suomalaisten joukkojen käyttö- ja toimintaperiaatteista johtuviin tarpeisiin sekä näitä kuvaaviin oppaisiin ja ohjesääntöihin. Arvioitaessa laitteiden käytettävyyttä taistelukentän olosuhteissa niiden teknisiä ominaisuuksia verrataan suomalaisiin ympäristöolosuhteisiin ja tiedossa oleviin muuttujiin taistelutilanteessa. Tutkimusasetelma on poikkileikkausaineisto; Tutkimukseen liittyvä arviointi tapahtuu kerran ja tarkasteltavana on useita kaupallisia tuotteita. Havaintoja elävistä, lämpimistä ja liikkuvista olennoista saadaan infrapuna-, tärinä- ja äänisensoreilla. Metallia sisältävistä tai mukanaan kantavista kohteista saadaan havaintoja magneettisensoreilla. Näiden lisäksi polttomoottorimoottoriajoneuvoista saadaan havaintoja savuhälyttimillä. Kaikkia taistelukentällä esiintyviä kohteita voidaan kuvata näkyvän valon kameroilla suotuisissa valaistus- ja sääolosuhteissa tai lämpökameroilla kaikissa olosuhteissa. Lähtökohtaisesti taistelukentällä käytettävän valvontalaitteen tulisi olla maastoutettavissa heikosti havaittavaksi eikä se toiminnallaan saisi paljastaa sijaintiaan. Vaikka kamerat ja infrapunatunnistimet ovatkin toimintaperiaatteiltaan passiivisia sensoreita, niiden käyttö edellyttää kuitenkin näköyhteyttä tarkkailemiinsa kohteisiin. Sen lisäksi, että ääni-, magneetti-, tärinä- ja (pako)kaasutunnistimet ovat myös passiivisia sensoreita, ne voidaan myös sijoittaa siten, että niiden läsnäolo on käytännössä mahdotonta havaita ilman aikaa vieviä etsintöjä. Huomioitavaa kuitenkin on, etteivät kaikki sotilasjoukoille annettavat tehtävät edellytä vartiointi- ja valvontatoiminnan salaamista. Mikäli sensorilta halutaan ilmaisu havainnosta reaaliaikaisena, tämä edellyttää sensoreihin liitettyjä viestin välitykseen soveltuvia kokonaisuuksia, esimerkiksi radiolähettimiä. Havaintoa välittävä radiosignaali on tällaisissa sensoreissa kuitenkin vihollisen helpoiten havaittavissa ja häirittävissä oleva kokonaisuus. Johtopäätöksenä todetaan, että tarkastellut kaupalliset valvontalaitteet ja tekniikat ovat hyödynnettävissä taistelukentän olosuhteissa ja tuotteista löytyy suomalaisissa ulkoilmaolosuhteissa käytettäviä, jopa edullisia laitteita. Haasteena näiden laitteiden, kuten kaikkien muidenkin sähköteknisten laitteiden sotilaskäytössä on virtalähdehuollon järjestäminen. Kokonaisissa valvontajärjestelmissä useita eri tekniikoita hyödyntäviä sensoreita tulisi yhdistää yhdeksi kokonaisuudeksi, jolloin vähemmän virtaa kuluttavien sensoreiden saamaa havaintoa käytettäisiin muiden, tarkempaa tietoa tuottavien, mutta enemmän virtaa kulutta4 vien sensoreiden herättämiseksi. Käyttäjälle välitettävän tiedon perusteella herätteen aiheuttaja tulisi olla tunnistettavissa ja luokiteltavissa. Valvonta- ja vartiointitehtävää suorittava ihminen on korvattavissa useissa eri tapauksissa kaupallisella teknologialla ja joissain tehtävissä tämä lisäisi esimerkiksi ryhmän kokoisen osaston valvontakykyä kasvattamalla valvottavaa aluetta ja keskittämällä vartiointi useammalta toisistaan erillään olevilta alueilta valvontakeskuksiin, joka esimerkiksi parantaa valvontahenkilöstön vireystilaa.

Kaarihitsauksen suojakaasun tunnistus ja virtauksen mittaus ultraäänellä

Kaasukaarihitsauksessa suojakaasuna käytetään yleensä argonin ja hiilidioksidin tai argonin ja heliumin seoksia. Suojakaasu vaikuttaa useisiin hitsausominaisuuksiin, jotka puolestaan vaikuttavat hitsauksen laatuun ja tuottavuuteen. Automaattisella suojakaasun tunnistuksella ja virtausmäärän mittauksella voitaisiin tehdä hitsauksesta paitsi käyttäjän kannalta yksinkertaisempaa, myös laadukkaampaa. Työn tavoite on löytää mahdollisimman edullinen ja kuitenkin mahdollisimman tarkasti kaasuseoksia tunnistava menetelmä, jota voitaisiin hyödyntää MIG/MAG-hitsauskoneeseen sisäänrakennettuna. Selvä etu on, jos menetelmällä voidaan mitata myös kaasun virtausmäärä. Äänennopeus kaasumaisessa väliaineessa on aineen atomi- ja molekyylirakenteesta ja lämpötilasta riippuva ominaisuus, joka voidaan mitata melko edullisesti. Äänennopeuden määritys perustuu ääniaallon kulkuajan mittaamiseen tunnetun pituisella matkalla. Kaasun virtausnopeus on laskettavissa myötä- ja vastavirtaan mitattujen kulkuaikojen erotuksen avulla. Rakennettu mittauslaitteisto koostuu kahdesta ultraäänimuuntimesta, joiden halkaisija on 10 mm ja jotka toimivat sekä lähettimenä että vastaanottimena. Muuntimet ovat 140 mm:n etäisyydellä toisistaan virtauskanavassa, jossa suojakaasu virtaa yhdensuuntaisesti äänen kanssa. Virtauskanava on putki, jossa on käytetty elastisia materiaaleja, jotta ääniaaltojen eteneminen kanavan runkoa pitkin minimoituisi. Kehitetty algoritmi etsii kahden lähetetyn 40 kHz:n taajuisen kanttiaaltopulssin aiheuttaman vasteen perusteella ääniaallon saapumisajanhetken. Useiden mittausten, tulosten lajittelun ja suodatuksen jälkeen tuntemattomalle kaasulle lasketaan lämpötilakompensoitu vertailuluku. Tuntematon kaasu tunnistetaan vertailemalla lukua tunnettujen kaasuseosten mitattuihin vertailulukuihin. Laitteisto tunnistaa seokset, joissa heliumin osuus argonissa on enintään 50 %. Hiilidioksidia sisältävät argonin seokset puolestaan tunnistetaan puhtaaseen hiilidioksidiin asti jopa kahden prosenttiyksikön tarkkuudella. Kaasun tilavuusvirtausmittauksen tarkkuus on noin 1,0 l/min.

Monimoottorikäyttöjen suojaukset, mitoitus ja ohjeistus

Työssä tutkitaan pienitehoisen monimoottoritaajuusmuuttajakäytön yhteismuotovirtojen aiheuttamia ongelmia. Työn tavoitteena on muodostaa monimoottorikäyttöjen toteuttajille opastus, jonka avulla sähkökäytön suunnittelun alkuvaiheessa voidaan ottaa huomioon monimoottorikäytön erikoistarpeita. Työn teoriaosuudessa esitellään taajuusmuuttajan vaihtosuuntaustekniikan aiheuttamia ongelmia, moottorikaapelin mallintamista ja vertaillaan ongelmien ratkaisukeinoja pienitehoisten taajuusmuuttajien näkökulmasta. Yhteismuotoista virtaa tutkitaan mittaamalla rakennetulla monimoottorikäytöllä sekä simuloimalla vaihdellen kaapelin pituutta ja moottorien lukumäärää. Mittaamalla vertaillaan myös virran suodatusratkaisuja. Muodostettu simulointimalli on hyvin yksinkertainen ja luotettavammat virta-arvot saadaankin mittauksella. Kuitenkin työn perusteella voidaan antaa ohjeita monimoottorikäytön suunnittelulle. Esimerkiksi jokaiselle moottorille täytyy suunnitella erillinen suojaus ja taajuusmuuttaja on syytä mitoittaa todellisen kuormavirran mukaan. Yhteismuotoisen virran aiheuttamat ongelmat ovat sitä pienempiä, mitä vähemmän moottoreita on rinnakkain ja mitä lyhyempi moottorikaapelien yhteispituus on.