Aurinkovoimalaitoksen mitoittaminen suunnitteilla olevaan kerrostaloon

Aurinkopaneelien ja inverttereiden hinnat ovat laskeneet viime vuosina, joten au-rinkosähköstä on tullut kannattava sähköntuotantomuoto kiinteistöille. Tässä kandidaatintyössä kerrotaan, kuinka arvioida suunnitteilla olevan rakennuksen peruskuormaa aurinkopaneeleiden asennuksen näkökulmasta. Voimalaitoksen sijoituskohde sijaitsee Järvenpäässä. Kohteessa on 69 huoneistoa 8 kerroksessa ja yhteiset tilat 9. kerroksessa. Voimalaitoksen kannattavuutta tutkitaan simuloimalla tuotantoja ja arvioimalla kulutusta. Tuotantoja simuloidaan HOMER-ohjelmistolla. Rakennuksen kulutusta arvioidaan suunnittelijoilta saatujen tietojen perusteella, ja vanhempien samankaltaisten kohteiden kulutusten perusteella, jotka saadaan Nuuka-portaalista. Saaduista tuloksista huomataan, että nykyisillä sähkönhinnoilla aurinkopaneelit ovat kannattava investointi, vaikka sähköä tuotettaisiin hieman ylimääräistä, joten paneelit voidaan mitoittaa hieman kulutusta suuremmaksi. Takaisinmaksuaika on noin 20 vuotta. Tulokset ovat linjassa vanhempien tutkimusten kanssa. Tuloksista huomataan, myös että paneeleita jakamalla eri ilmansuuntiin saadaan tuotannon huipputeho pienemmäksi ja samalla tuotanto jakautumaan laajemmalle ajanjaksolle. Paneelien hintojen laskettua on kannattavaa asentaa paneeleja epäedullisempiin suuntiin, täten saadaan tuotantoa ajoitettua mahdollisesti paremmin kulutus-ta vastaavaksi. Mitoituksen voi tarkistaa rakennuksen valmistuttua, sillä raken-nuksesta tullaan mittaamaan paneeleiden tuottama sähkö ja kohteen kiinteistösähkönkulutus.

Rumpurakenteiden ympäristöongelmat, niiden ehkäisy ja korjaaminen : Keskisuomalainen pilottitutkimus

Tämä on ensimmäinen maakunnanlaajuinen rumpurakennetutkimus Suomessa. Sen tavoitteena on edistää vesialueiden ylitysrakenteisiin liittyvien ympäristöongelmien tunnettavuutta sekä niiden välttämis- ja korjaamiskäytäntöjä. Tarkastelussa keskitytään ensisijaisesti rumpurakenteisiin sekä kaloihin. Tutkimuksen I osassa tarkastellaan keskisuomalaisten ylitysrakenteiden määrää, laatua ja ympäristöhaittoja sekä ylitysrakenteisiin liittyviä lupa-, mitoitus- ja valvontakäytäntöjä. Näiden lisäksi I osan lopussa on kirjallisuustarkastelu rumpurakenteiden ympäristövaikutuksista. Tutkimuksen II osassa annetaan valtakunnallisia suosituksia ylitysrakentamisen synnyttämien ympäristöongelmien ratkaisemiseksi niin suunnittelu-, perustamis-, kunnossapito- kuin uusimistilanteessakin. Tutkimuksen III osaan on koottu rumpurakenteiden kartoitusohjeita. Rumpurakenteisiin liittyvät ympäristökysymykset ovat monin tavoin ajankohtaisia. Ilmastomallit ennustavat valunnan huomattavaa kasvua ja ajallista muutosta, kun taas tuulipuistojen ja metsäteollisuuden tarvitsemat lisätiet merkitsevät uusia vesistöylityksiä. Metsätieverkostomme ja samalla ylitysrakenteiden korjaustarve on myös suuri. Toisaalta aukkomitoitukset on siirretty konsulteille, luonnontilaisia purovesiä on jäljellä enää pari prosenttia ja vesienhoidon tavoite edellyttää vesimuodostumilta hyvää ekologista tilaa. Tila ei voi kuitenkaan olla hyvä, jos ylitysrakenteet katkaisevat virtaveden yhtenäisen jatkumon. Tähän saakka yksittäinen ongelmarumpu on ympäristöllisesti koettu vähäpätöiseksi harmiksi. Kun otetaan huomioon, että Suomessa on noin 90 000 vesistörumpua, että joka kolmas niistä on vaelluseste, että vain pieni osa rakenteista tulee viranomaisten tietoon ja että hankekäytäntöihin sisältyy monia puutteita, asia saakin laajan ympäristöongelman mittasuhteet. Vuosijaksolla 2005–2015 kartoitettiin yli 2 000 ylitysrakennetta, joista yli 85 % rumpuja (Ø < 200 cm). Tyypillinen keskisuomalainen vesistörumpurakenne on muodoltaan pyöreä, pohjaltaan paljas, halkaisijaltaan 90 cm, pituudeltaan 930 cm ja valmistettu betonista. Ylitysrakenteen ympäristöongelma voi johtua rakenteen ominaisuuksista, sen asentamisesta (perustamisesta) ja kunnossapitoon liittyvistä toimista. Miltei kaikki tämän tutkimuksen noin 350 sillasta oli kalojen läpikuljettavissa sekä ylä- että alavirtaan. Sen sijaan lähes 40 % vuosina 2013–2014 tutkituista rummuista (N=830) muodosti pysyvän vaellusesteen. Estevaikutuksen aiheuttivat useimmiten rummun alapään pudotus (keskimäärin 13 cm), liian suuri virtausnopeus, rakenteen pohjan sileys, veden mataluus sekä rakenteen suulla olevat kivi-, jäte- ja karikepadot. Eurooppalaisen vesiensuojelun ja -hoidon perusteeseihin kuuluu virtavesien vapaa uomajatkumo ja hyvälaatuinen elinympäristö. Siksi uusi vesirakentaminen ei saa enää synnyttää vaellusesteitä. Myös ylitysrakenteiden uusimisen ja korjaamisen yhteydessä tulee aiemman rakentamisen aiheuttamia ympäristöhaittoja ja -vahinkoja vähentää tai mieluiten kokonaan poistaa. Valtaosa ylitysrakenteisiin liittyvistä ympäristöongelmista on vältettävissä pelkästään oikealla rakennevalinnalla, oikealla tielinjauksella ja rakenteen oikealla asentamisella. Tämä puolestaan edellyttää ohjeistuksen ja -koulutuksen tehostamista, ympäristöasiantuntemuksen lisäämistä ylityshankkeissa, uusien ylitysrakennemallien kehittämistä sekä vesilain täydentämistä ns. pieniä vesitaloushankkeita koskevan ilmoitusmenettelyn osalta.

Multibody models for examination of touchdown bearing systems

Increased rotational speed brings many advantages to an electric motor. One of the benefits is that when the desired power is generated at increased rotational speed, the torque demanded from the rotor decreases linearly, and as a consequence, a motor of smaller size can be used. Using a rotor with high rotational speed in a system with mechanical bearings can, however, create undesirable vibrations, and therefore active magnetic bearings (AMBs) are often considered a good option for the main bearings, as the rotor then has no mechanical contact with other parts of the system but levitates on the magnetic forces. On the other hand, such systems can experience overloading or a sudden shutdown of the electrical system, whereupon the magnetic field becomes extinct, and as a result of rotor delevitation, mechanical contact occurs. To manage such nonstandard operations, AMB-systems require mechanical touchdown bearings with an oversized bore diameter. The need for touchdown bearings seems to be one of the barriers preventing greater adoption of AMB technology, because in the event of an uncontrolled touchdown, failure may occur, for example, in the bearing’s cage or balls, or in the rotor. This dissertation consists of two parts: First, touchdown bearing misalignment in the contact event is studied. It is found that misalignment increases the likelihood of a potentially damaging whirling motion of the rotor. A model for analysis of the stresses occurring in the rotor is proposed. In the studies of misalignment and stresses, a flexible rotor using a finite element approach is applied. Simplified models of cageless and caged bearings are used for the description of touchdown bearings. The results indicate that an increase in misalignment can have a direct influence on the bending and shear stresses occurring in the rotor during the contact event. Thus, it was concluded that analysis of stresses arising in the contact event is essential to guarantee appropriate system dimensioning for possible contact events with misaligned touchdown bearings. One of the conclusions drawn from the first part of the study is that knowledge of the forces affecting the balls and cage of the touchdown bearings can enable a more reliable estimation of the service life of the bearing. Therefore, the second part of the dissertation investigates the forces occurring in the cage and balls of touchdown bearings and introduces two detailed models of touchdown bearings in which all bearing parts are modelled as independent bodies. Two multibody-based two-dimensional models of touchdown bearings are introduced for dynamic analysis of the contact event. All parts of the bearings are modelled with geometrical surfaces, and the bodies interact with each other through elastic contact forces. To assist in identification of the forces affecting the balls and cage in the contact event, the first model describes a touchdown bearing without a cage, and the second model describes a touchdown bearing with a cage. The introduced models are compared with the simplified models used in the first part of the dissertation through parametric study. Damages to the rotor, cage and balls are some of the main reasons for failures of AMB-systems. The stresses in the rotor in the contact event are defined in this work. Furthermore, the forces affecting key bodies of the bearings, cage and balls can be studied using the models of touchdown bearings introduced in this dissertation. Knowledge obtained from the introduced models is valuable since it can enable an optimum structure for a rotor and touchdown bearings to be designed.

Tiemerkintöjen suunnittelu

Tiemerkintöjen suunnittelu -ohje sisältää tieliikenneasetuksen mukaisten tiemerkintöjen mitoitus- ja käyttöohjeet. Ohje on tarkoitettu käytettäväksi tiemerkintöjen käytön suunnitteluun maanteille, mutta sitä voidaan soveltaa myös kaduille. Ohjeessa esitetyt tiemerkintöjen mitoitukset koskevat kaikkia tienpitäjiä Suomessa. Ohje on hyväksytty käyttöönotettavaksi.

Hitsin juurenpuolen kriittisyys suurlujuus teräksillä

Kandidaatintyön tarkoituksena oli selvittää pienahitsin juuren kriittisyyttä. Työ oli saanut aiheen rakenneputki kokeiden yhteydessä tehdyistä havainnoista. Työssä tutustuttiin millaiset ovat pienahitsin mitoitus menetelmät ja tausta tutkimusta kuinka sitä sovelletaan käytäntöön suurlujuusteräksille. Työssä esitellään käytetyt tutkimusmenetelmät kuinka menetelmätriangulaatio saavutettiin. Tutkimuskysymyksenä oli hitsien kestävyyden mitoituksen riittävyys. Tutkimukset suoritettiin tarkastellen staattisesti kuormitettuja pienahitsejä. Pienahitsi kappaleista tehtiin laboratoriokoekappale ja FEM-laskentamalli joista vertailtiin tuloksia. Laboratoriokokeessa mittaus menetelmänä käytettiin DIC-mittausta, jolle voitiin tehdä jälkikäsittelyjä ja sieltä määrittää haluttuja datapisteitä. Laskennassa suurimmat jännityskeskittymät syntyivät hitsin kohdalle mutta vetokokeessa koekappaleeseen syntyi vauriot sularajalle ja vetokorvakkeen kiinnityshitsin rajaviivalle. Tällä kohtaa todettiin materiaalimalli riittämättömäksi, koska siihen ei ollut määritelty muutosvyöhykkeen parametreja.

Keskipakoispuhaltimen siipipyörän lujuusteknisen mitoituksen kehittäminen

Tässä työssä on tutkittu prosessipuhaltimena käytettävän keskipakoispuhaltimen lujuusteknistä mitoitusta. Työn tavoitteena on ollut luoda analyyttisiä laskentakaavoja Koja Oy:n käyttöön tulevaisuuden tuotekehityksen tueksi. Tavoitteena on ollut tutkia myös siipien ja etu- ja takalevyn kiinnityshitsejä ja antaa työkaluja siipipyörän väsymismitoitukseen. Kirjallisuuskatkauksessa löytyi muutamia raportoituja tapauksia, jossa keskipakoispuhallin on vaurioitunut käytön aikana. Yhtenäisenä tekijänä kaikille tapauksille on ollut hitsausliitoksen väsyminen. Väsyttävän kuormituksen raportoiduissa tapauksissa on aiheuttanut siipipyörän värähtely. Väsyminen on alkanut siiven kiinnitysliitoksista hitsin rajaviivalta, siipipyörän ulkokehältä. Siipipyörän analysointiin on käytetty analyyttisiä laskentakaavoja ja elementtimenetelmää. Analyyttisten laskentakaavojen tuottaminen on muuten monimutkaiselle rakenteelle hyvin työlästä ja aikaa vievää. Staattisessa tarkastelussa elementtimenetelmällä siipipyörän mallintamiseen on käytetty keskipintamallia. Lisäksi laskentatiedostojen kokoa on pystytty rajaamaan syklisesti symmetrisen rakenteen ansiosta. Siipipyörän väsymistarkastelu on suoritettu tehollisen lovijännityksen menetelmällä, jossa tarkasteltavan hitsin rajaviivoille ja juureen on elementtimenetelmässä mallinnettu r=1 mm suuruinen lovi, josta jännityksen on luettu. Elementtimenetelmässä laskentaohjelmistona on käytetty Abaqus 6.14.1 -laskentaohjelmistoa. Analyyttisten laskentakaavojen kehityksessä on päästy hyvin lähelle elementtimenetelmästä saatuja vastaavia tuloksia. Analyyttisten kaavojen antamat tulokset eroavat kuitenkin sen verran virhettä, että varsinainen tarkka laskenta on syytä suorittaa ennen lopullisen konstruktion määrittämistä. Tehollisella lovijännitysmenetelmällä on saatu määritettyä rakenteen kriittisin kohta, jonka kestoikä on 36 400 sykliä. Tutkimuksen pohjalta Koja Oy on saanut hyvät edellytykset jatkaa tutkimusta lopun tuoteperheen parantamiseen.