Merivoimien apualuksen propulsiojärjestelmä ja sen kehitysmahdollisuudet

Suomen merivoimien aluskalustoon kuuluu taistelualuksia ja apualuksia. Apualukset ovat välttämättömiä huollon ja kuljetusten välineitä, minkä vuoksi niiltä edellytetään ympärivuotista, luotettavaa ja taloudellista suorituskykyä. Apualusten suorituskykyyn vaikuttaa olennaisesti niiden propulsiojärjestelmä. Apualuksen propulsiojärjestelmälle merivoimat eivät ole asettaneet erityisvaatimuksia. Järjestelmävalinnat ja tehojen kartoittaminen on tehty aluskohtaisesti uutta alusta suunniteltaessa. Nykyisten apualusten propulsiojärjestelmissä epäillään olevan puutteita tehon ja järjestelmävalintojen osalta. Tämä tutkielma selvittää apualuksen propulsiolle asetettavat vaatimukset ja esittelee järjestelmän mitoitukseen käytettävät laskukaavat. Tutkielma ottaa myös kantaa apualuksen propulsiojärjestelmän valintaan sekä järjestelmän ominaisuuksiin. Esimerkkeinä on käytetty Valas ja Pansio luokan aluksia, joiden järjestelmiin esitetään kehitysehdotuksia. Tutkielma rakentuu apualusten ja propulsion perusteille. Apualusten perusteissa etsitään propulsorin valintaan vaikuttavia seikkoja. Propulsiota tarkastellaan laitevalintojen ja mitoituksen kannalta. Nämä perusteet yhdistämällä saadaan vaatimukset apualuksen propulsorille, jonka osien valintaa ja mitoitusta tarkastellaan tutkimuksen loppupuolella. Tutkielman pääongelma on: Millainen on ihanteellinen propulsiojärjestelmä nykypäivän apualukselle? Tutkielma pyrkii hahmottamaan lukijalle, mitä asioita tulee ottaa huomioon suunniteltaessa apualuksen propulsiota. Tutkielman aineistona ovat olleet propulsiota ja hydrodynamiikkaa käsittelevät teokset, propulsiojärjestelmän osia koskevat teokset sekä merivoimien aiheeseen liittyvät oppaat ja ohjeet. Tutkielmassa on käytetty kolmea tutkimusmenetelmää: kirjallisuusselvitystä, matemaattista analyysia sekä vertailua. Tutkimusstrategiana on tapaustutkimus. Tutkielman teorian ja laskennan tukemana merivoimien apualukselle soveltuu parhaiten perinteinen potkuripropulsiojärjestelmä keskinopealla dieselmoottorilla sekä kiinteälapaisella potkurilla. Järjestelmä on edullinen, luotettava ja taloudellinen. Apulaitteeksi alukselle tulee asentaa keulapotkuri, jonka käyttöjärjestelmistä parhaaksi on todettu dieselsähköinen järjestelmä. Propulsiojärjestelmien tehot ovat nykyisissä aluksissa liian alhaisia. Heräte ja meluominaisuuksiltaan nykyiset apualukset ovat sopivia tehtäviinsä, mutta alusten äänieristystä voitaisiin kehittää entisestään.

Mikro ORC-voimalan potentiaaliset sovelluskohteet

Tavoitteet energiatehokkuuden parantamisesta ja energiantuotannon ympäristövaikutusten vähentämisestä ovat nostaneet kiinnostusta hajautettua energiantuotantoa kohtaan. Pienissä kokoluokissa ei kuitenkaan sähköntuottaminen ole kannattavaa perinteisillä menetelmillä kuten vesihöyryprosessilla. Mikrokokoluokassa (alle 50 kWe) yksi varteenotettavimmista keinoista sähköntuotantoon on mikro ORC-prosessi. Tässä kandidaatintyössä on tavoitteena löytää mikro ORC-voimaloiden potentiaalisimpia sovelluskohteita ja ratkaisuja niiden hyödyntämiseen. Selvitystyön perusteella mikro ORC-voimaloiden potentiaalisimpia sovelluskohteita ovat hukkalämpöjen hyödyntäminen teollisuus- ja energiantuotantoprosesseissa, pienet CHP-laitokset, pienet lämpölaitokset, ajoneuvojen polttomoottorit, syrjäisten kohteiden sähköntuotanto sekä aurinkokeräimien ja kaukolämpöverkon hyödyntäminen rakennusten energiaomavaraisuuden parantamisessa.

3 kW:n mikrokaasuturbiinin periaatesuunnittelu

Tässä työssä esitellään ensiksi yleisesti kaasuturbiini, sen toimintaperiaate ja sovelluskohteet. Lisäksi kaasuturbiinin yleinen suunnittelu käydään läpi mitoituksen kannalta. Mikrokaasuturbiini on kaasuturbiini pienemmässä mittakaavassa. Pienen kokonsa vuoksi mikrokaasuturbiinien suunnittelussa täytyy huomioida eri asioita kuin suurempien kaasuturbiinien suunnittelussa. Tämän työn tarkoituksena on selvittää mikrokaasuturbiinin periaatteellinen suunnittelu ja tarkastella, mitä eroa on mikrokaasuturbiinin ja kaasuturbiinin välisessä suunnittelussa. Lisäksi työssä esitellään mahdollisia sovelluskohteita 3 kilowatin mikrokaasuturbiinille. Mikrokaasuturbiineja tultaneen käyttämään tulevaisuudessa hajautetun energian tuotannossa kasvavissa määrin. Mikrokaasuturbiini voidaan helposti muokata käyttötarpeen mukaiseksi, mikä tekee mikrokaasuturbiinista vahvan kilpailijan perinteisten pienen teholuokan mäntäkoneiden rinnalle. Lopuksi työhön on laskettu suunnitteluesimerkki 3 kilowatin mikrokaasuturbiinille. Suunnitteluun on valittu lähtöarvot kirjallisuudessa tavallisesti esiintyvien arvojen mukaan.

NH90 helikopterin moottoreiden syklilaskennan tehostaminen ja elinkaarihallinta

Tutkimustyö liittyy NH90 Helikopterin RTM-322 moottoreiden syklivaihdettavi-en osien huollonsuunnitteluun ja sen kehittämiseen. Tavoitteena oli löytää nykyi-sen käyttösyklilaskennan tilalle säästävämpi ratkaisumalli ja saada määritettyä suihkumoottorin osakokonaisuuksille lisälentoaikaa sekä huollonsuunnitteluun järkevämmät käyttöjaksot. Tähän päästiin selvittämällä käytännön lentotoiminnan avulla uudet laskentakertoimet ja -mallit moottorin eri osien eliniän määrittämi-seksi. Konkreettisena tavoitteena oli saada koneen käyttöhistoriaan perustuen kohdeorganisaatiolle esitys, miten moottoreiden käyttösyklilaskentaa tulisi muut-taa ja tehostaa. Diplomityön aihe muodostuu kolmesta tutkimusongelmakokonaisuudesta; moot-torin käyttöhistorian tutkimisesta, moottorivalmistajan hyväksymien syklilasken-tamenetelmien tutkimisesta ja moottorin syklien säästövaikutustarkastelusta tut-kimuksen määrittämillä uusilla laskentamenetelmillä. Tutkimuksen tuloksena muodostui NH90 huollonsuunnitteluun arvio mahdollisis-ta moottorisyklisäästöistä sekä moottoreiden näkökulmasta priorisoitu lista heli-kopterien moottoreiden laitevaihtohuoltojen järjestyksestä seuraavan viiden vuo-den aikana. Syklien säästötarkastelun pohjalta suoritettiin yhden koneen osalta koko käyttöhistorian ajalta takaisinlaskentatarkastelu. Tutkimuksessa selvitettiin Ilmavoimien meneillään olevien projektien valossa moottorisyklien tarkanlasken-nan toteuttamismahdollisuudet tulevaisuudessa. Tutkimuksessa saatujen tulosten avulla vältyttäisiin tulevaisuudessa RTM-322 moottorin ennenaikaisilta laitevaih-doilta koko NH90 kaluston suhteen ja näin saataisiin aikaan merkittävän suuria säästöjä vuoteen 2020 mennessä.

Dynamic Modelling of Circulating Fluidized Bed Plant with Gas Turbine Repowering

Increasing amount of renewable energy source based electricity production has set high load control requirements for power grid balance markets. The essential grid balance between electricity consumption and generation is currently hard to achieve economically with new-generation solutions. Therefore conventional combustion power generation will be examined in this thesis as a solution to the foregoing issue. Circulating fluidized bed (CFB) technology is known to have sufficient scale to acts as a large grid balancing unit. Although the load change rate of the CFB unit is known to be moderately high, supplementary repowering solution will be evaluated in this thesis for load change maximization. The repowering heat duty is delivered to the CFB feed water preheating section by smaller gas turbine (GT) unit. Consequently, steam extraction preheating may be decreased and large amount of the gas turbine exhaust heat may be utilized in the CFB process to reach maximum plant electrical efficiency. Earlier study of the repowering has focused on the efficiency improvements and retrofitting to maximize plant electrical output. This study however presents the CFB load change improvement possibilities achieved with supplementary GT heat. The repowering study is prefaced with literature and theory review for both of the processes to maximize accuracy of the research. Both dynamic and steady-state simulations accomplished with APROS simulation tool will be used to evaluate repowering effects to the CFB unit operation. Eventually, a conceptual level analysis is completed to compare repowered plant performance to the state-of-the-art CFB performance. Based on the performed simulations, considerably good improvements to the CFB process parameters are achieved with repowering. Consequently, the results show possibilities to higher ramp rate values achieved with repowered CFB technology. This enables better plant suitability to the grid balance markets.