Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Berlin.

Det här projektet är utfört samarbete med maskinbesättningen på sjöfartsverketsisbrytare. Syftet med detta arbete är att belysa fördelarna av konvertering frånstrypreglering till varvtalsreglering, av sjökylvattenpumparna på deras isbrytare. Dettamed hjälp av frekvensomriktare.Energieffektivisering är något som prioriteras på dagens fartyg, där allting byggs ochoptimeras för att vara så kostnadseffektivt som möjligt. Gamla fartyg har ofta äldresystem som är ineffektiva ur energisynpunkt då tekniken vid byggnadstillfället varbegränsad. Dagens teknik blir billigare och billigare vilket gör att fler är villiga till attfasa ut de gamla ineffektiva systemen med strypreglering mot nya varvtalsregleradesystem.Resultatet blev att redan efter tre till fyra år så lönar det sig att installerafrekvensomriktare. Bränslekostnaderna för att köra två kylvattenpumpar medfrekvensomriktare vid 60 % last, ger en besparing på 16961 kronor ibränsleförbrukning. Att köra sjökylvattenpumparna med frekvensomriktare kommer attbidra till ett minskat slitage på pump och rörsystem, det kommer även att generera ettminskat CO2 utsläpp vilket är gynnsamt ur miljösynpunkt.Slutsatsen blev att det var lönsamt att installera frekvensomriktare, både ur miljö- ochkostnadssynpunkt. / This project has been conducted in cooperation with the engine crew onboard theSwedish Maritime Administration's icebreakers. The purpose of this work is to highlightthe benefits of conversion from throttling control to frequency control, of the sea waterpumps on their icebreakers. This by means of a frequency converter.Energy efficiency is something that is prioritized on modern ships, where everything isbuilt and optimized to be as cost-effective as possible. Old ships do often have oldersystems that are inefficient from an energy point of view, as the technology at the timeof construction was limited. Today's technology is getting cheaper and cheaper, whichmakes more people willing to phase out the old inefficient systems with throttleregulation, against new frequency-controlled systems.The result was that after three to four years, it would be worth installing a drive. Thefuel costs for running two cooling water pumps with a 60% load drive will generate asaving of 16961 SEK in fuel consumption. Running the sea water pumps withfrequency drives will help reduce wear and tear on pump and pipe systems, it will alsogenerate a reduced CO2 emission, which is beneficial from an environmental point ofview.The conclusion was that it was profitable to install frequency converters, both from anenvironmental and cost point of view.

Ziel dieser Arbeit ist es, das physikalische Problem der Bestimmung der Gestalt der Flüssigkeitsoberflächer bei der Ausbreitung von Wasserwellen durch zellularen Automaten zu modellieren und anschließend die Ergebnisse durch Computerprogramme graphisch darzustellen. Für eindimensionale Wellen wird die Oberfläche durch einen einfachen zellularen Automaten modelliert. Durch Erweiterung des Automaten um eine Gedächtnisfunktion kann die Interaktion zwischen zwei Wellen einfacher Gestalt (Solitonen) bzw. zwischen einer solchen Welle und einem reflektierenden Rand modelliert werden. In Anhang werden Hinweise zur Berechnung einer speziellen zweidimensionalen Wellenform mit Mathematica gegeben. / We concider cellular automata to describe the surface of waterwaves. This description will be used in computer graphics. Simple cellular automata decribe the surface in the case of onedimensional waves. Introducing a memory effect we also obtain results about the interaction of two solitone waves and about the reflection of a solitone wave at the boundary. The Apendix contains hints about the computation of a special twodimensional wave using Mathematica.

Die vorliegende Arbeit verfolgte die Zielstellung der Substitution des etablierten Weißmetalls als Laufschicht von hydrodynamischen Mehrflächengleitlagern durch neuartige Kunststoffschichten. Dazu wurden vergleichende Bauteilversuche an Mehrflächengleitlagern mit verschiedenen Laufschichten und Bohrungsformen vorgenommen. Eine Zinnbasislegierung als Laufflächenbeschichtung diente dabei als Referenzwerkstoff. Zur Durchführung des Versuchsprogrammes kam ein vorhandener, messtechnisch neu konditionierter Turbinenlagerprüfstand zum Einsatz. Die Versuchsreihen haben durchweg positive Beurteilungen der Lagerkennwerte im untersuchten Betriebsbereich der neuen Lagervarianten ergeben. Die neuartigen Laufschichtvarianten erfüllten die hohen tribologischen und thermischen Anforderungen. Einzelne Abweichungen der ermittelten Kennwerte wurden zahlenmäßig dokumentiert und können mit bereits verfügbaren physikalischen Modellen beschrieben werden. Die Ergebnisse erwiesen sich als unabhängig von der Lagerbauform aber abhängig von der gewählten Schichtvariante. Die Untersuchungen zum Betriebsverhalten unter hydrodynamischer Dauerbelastung sowie im Mischreibungsgebiet und im Notlaufbetrieb führten zu teilweise unterschiedlichen Ergebnissen. Im Mischreibungsgebiet wiesen die untersuchten Lager kaum Unterschiede im Betriebsverhalten auf. Im Dauerversuch zeigten die Lager mit Weißmetall, Gleitlack und Keramikschicht hervorragende Eigenschaften. Die Variante Klüberplast besaß eine ungenügende Bindefestigkeit und führte zu plastischen Verformungen der Schicht infolge der hydrodynamischen Drücke. Im Notlaufbetrieb übertrafen die untersuchten Kunststoffvarianten die Standzeiten des Referenzwerkstoffs Weißmetall. / The aim of this study was to identify and test an alternative liner material instead of common liner materials such as white alloy for multi-lobe radial bearings. For this purpose comparative tests with different radial bearings were carried out. The white alloy material was taken as a reference. In preparation for these test series, the measurement system of the turbine bearing test rig was upgraded. Experiments showed beneficial performances of the bearings with a plastic liner by evaluating the static and dynamic properties of different bearing geometries and liner thicknesses under a wide range of operating conditions. The new bearings fulfilled the high tribological and thermal requirements. Observed deviations of the determined parameters were documented in number and can be described with available physical models. The results were independent of the bearing type and depending on the selected liner material variant. The studies on operating performance in continuous operation in the mixed friction area and in dry running operation led to partially different results. The mixed friction tests showed little difference in the examined stock performance. The bearings with white alloy, ceramic layer and bonded coating showed excellent fatigue properties of long-term experiment. On Klüberplast insufficient bonding strength and plastic deformation of the layer due to the hydrodynamic pressure was found. In the dry running operation the investigated polymers exceeded the lifetime of the referencematerial white alloy.

Zugl.: Jena, Univ., Habil.-Schr., 2007

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Simulationsansätze angewandt um die Hydrodynamik in einem neu entwickelten Wirbelschichtvergaser zu untersuchen. Die Ansätze umfassen a) entdimensionalisierter Ähnlichkeitskennzahlen und empirischer Gleichungen, b) 1D Simulationen mittels ASPEN Plus®, c) 3D CFD Simulationen mittels Ansys Fluent® zur detaillierten Abbildung der zu erwartenden Hydrodynamik. Vor- und Nachteile der jeweiligen Ansätze sowie Klassen von ermittelbaren Simulationsdaten werden diskutiert. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Identifizierung geeigneter Experimente aus der Literatur, auf Basis von Ähnlichkeitskennzahlen, um die Simulationen zu validieren. Die Vergasersimulationen zeigen, dass sich erwartungsgemäß ein aus hydrodynamischer Sicht gestufter Prozess ausbildet. Die entstehenden Zonen lassen sich als Festbett, blasenbildende Wirbelschicht, Jet-Wirbelschicht mit Rezirkulationszelle und strähnenbildende, zirkulierende Wirbelschicht identifizieren und entsprechen demnach dem Verfahrensanspruch.

Renewable energy sources are a hot topic, both when it comes to climate change and the constant increase in demand of electricity due to population growth and a more electrified society. One such energy source is wave energy - an energy source with great potential but still relatively new with the need for further development. Blekinge Institute of Technology (BTH) together with Ocean Harvesting Technologies (OHT) have made a collaboration to build a scaled Hardware-In-the-Loop (HIL) system of a power take-off (PTO) based on OHTs wave energy converter, InfinityWEC. The purpose is to teach the students at BTH about hydrodynamic and HIL simulations. A manual will also be written to help students perform the lab activities. A model of the HIL system will first be implemented in Matlab/Simulink, both with and without the WEC-Sim hydrodynamic simulation toolbox and simulations will be run to predict the system's behaviour. To parametrize the hydrodynamic model, the open-source Boundary Element Method (BEM) code, NEMOH, is used. The HIL system consists of electric motors, connected mechanically to each other with a coupling. One of the motors is the actuator, which applies torque to the second motor according to the simulated hydrodynamic loads on the buoy. The second motor on the other hand applies a torque according to the load connected to it or torque-controlled according to a selected control strategy. In this thesis two different types of loading is used: 1) resistive load without control of the generator drive, 2) resistive and capacitive load with reactive control of the generator drive. The load resistance can be changed within a limited range as well as the sea state. Data that can be collected are the position and angular velocity of the motors, the currents to and from the two motors and the voltage over the load capacitance. The project concluded that the compensation needed for the motors to get the true hydrodynamic force has little effect when using reactive control and that a protective capacitor is be needed between the actuator motor and the power supply to protect it from reverse current. Finally, this work demonstrated the effectiveness of HIL systems to execute simulations to test and validate PTO systems in wave energy converters. The advantages are that one can create representative wave loading without the presence of water and with ease test different sea states. / Förnybara energikällor är ett hett ämne, både när det gäller klimatförändringar och den ständiga ökningen av efterfrågan av el på grund av befolkningsökning och ett mer elektrifierat samhälle. En sådan energikälla är vågenergi - en energikälla med stor potential men fortfarande relativt ny med behov av vidareutveckling. Blekinge Tekniska Högskola (BTH) vill tillsammans med Ocean Harvesting Technologies (OHT) konstruera ett skalat Hardware-In-The-Loop (HIL) system av power take-off (PTO) baserat på OHT:s vågenergiomvandlare, InfinityWEC. Syftet är att lära eleverna på BTH om hydrodynamik och HIL-simuleringar. En manual kommer också att skrivas för att hjälpa eleverna att utföra labbaktiviteterna. En modell av HIL-systemet kommer först att konstrueras i Matlab/Simulink, både med och utan WEC-Sim hydrodynamisk simuleringsverktygslåda och simuleringar kommer att köras för att förutsäga systemens beteende. För att bestämma de nödvändiga parametrarna för hydrodynamiska modellen används Boundary Element Method koden NEMOH. HIL-systemet består av elmotorer, som är mekaniskt anslutna till varandra med en koppling. En av motorerna är ställdonet, som tillämpar vridmoment på den andra motorn enligt de simulerade hydrodynamiska belastningarna på bojen. Den andra motorn tillämpar ett vridmoment enligt belastningen som är kopplad till den eller är moment reglerad enligt en vald kontrollstrategi. I denna avhandling används två olika typ av belastning: 1) resistiv belastning utan kontroll av generatorndrivdonet, 2) resistiv och kapacitive belastning med reaktiv kontroll av generatorndrivdonet. Belastningsmotståndet kan ändras inom ett visst intervall och lika så havstillståndet. Data som kan samlas in är motorernas position och vinkelhastighet, strömmen till och från de två motorerna och spänningen över last kapasitatorn. I projektet drogs slutsatsen att den kompensation som behövs för motorerna för att få den riktiga hydrodynamiska kraften har liten påverkan reaktiv kontroll används och att det behövs en skyddande kondensator mellan ställdonsmotorn och strömförsörjningen för att skydda den mot bakström. Slutligen visade detta arbete hur effektiva HIL-system är för att utföra simuleringar för att testa och validera PTO-system i vågenergiomvandlare. Fördelarna är att man kan skapa representativ vågbelastning utan närvaro av vatten och med lätthet testa olika havstillstånd.

A novel electric machine design, similar to an axial flux machine, incorporates hydrostatic bearings to increase efficiency and stability of said machine. In this thesis, the feasibility of a hydrostatic solution is explored and evaluated by development, manufacturing, and assembly of a test rig, as well as running experimental tests with it. The experiments are designed to measure viscous losses in the contact area between a rotor disc and stator bearing pads, where the oil fil thickness is below 0.1 mm, simulating low rpm (50-150 rpm) working condition of a 1:1 scale simplified model of the novel machine. The effects on the viscous losses by the hydraulic oil film thickness, rotor disc speed and oil pump pressure are analyzed and compared with an analytical model provided by the inventing startup company. A regression analysis model based on the experimental data is also presented. / En ny elektrisk maskinkonstruktion, lik en axialflödesmaskin i design, innefattar hydrostatiska lager för att öka verkningsgraden och stabiliteten hos den nämnda maskinen. I detta examensarbete undersöks och utvärderas genomförbarheten av en hydrostatisk lösning genom utveckling, tillverkning och ihopmontering av en testrigg, samt genom att köra experimentella test med riggen. Experimenten är utformade för att mäta viskösa förluster i kontaktområdet mellan en rotorskiva och statorlager, där oiljefilmstjockleken är under 0.1mm, genom att simulera ett arbetstillstånd i modell skala 1:1 av för en förenklad variant av den nya maskinen, under lågt varvtal (50–150 rpm). Effekterna på de viskösa förlusterna av den hydrauliska oljefilmens tjocklek, rotorskivans hastighet och oljepumpens tryck analyseras och jämförs med en analytisk modell given av det uppfinnande startupföretaget.

Modern bottom-hole assemblies are equipped with various sensors which measure the geological and directional information of the borehole while drilling. It is very crucial to get the measured downhole information to the surface in real time in order to be able to monitor, steer and optimize the drilling process while drilling. The transmission of the information to the surface is most commonly carried out by coded pressure pulses (the technology called mud pulse telemetry) which propagate through the drilling mud inside the drill string towards the surface. However, hardly any specific experimental research on the hydraulic data transmission can be found in the literature. Moreover, it is essential to use a reliable model/simulation tool which can more accurately simulate the pressure pulse propagation in fluids inside drill strings under various drilling operation conditions in order to improve the performance of the data transmission process. The aims of this study are to develop and test a laboratory experimental setup, a simulation model and a novel method for detecting and decoding of measurement while drilling pressure pulse propagation in fluids inside drill strings. This thesis presents a laboratory experimental setup for investigating the process of data transmission in boreholes by mud pulse telemetry. The test facility includes a flow loop, a centrifugal pump, a positive mud pulser or alternatively a mud siren, pressure transducers at four different locations along the flow loop and a data collection system. Moreover, it includes an “actuator system” for the simulation of typical noise patterns created by the common duplex or triplex mud pumps. This laboratory setup with great capabilities opens the way for testing and developing new concepts for data transmission. A theoretical model using ANSYS CFX11 (Computational Fluid Dynamics (CFD) commercial code) was successfully developed to simulate dynamic pressure pulse transmission behavior in the fluid inside the flow loop. The collected laboratory data which simulate various data transmission processes in boreholes were used to verify and calibrate the theoretical method. A pretty good agreement is achieved between the predicted and measured pressure pulses at different locations along the flow loop for positive pulses with various durations using different flow rates and for continuous pressure pulses using different carrier frequencies. A novel approach (continuous wavelet transformation) for detecting and decoding the received continuous pressure pulses in a noisy environment was applied to various simulated drilling operation conditions for data transmission in boreholes in the laboratory. The concept was registered at the German Patent and Trade Mark Office (DPMA) for a patent in 2011. The results indicate that the continuous wavelet transformation can be used to clearly identify and better detect the continuous pressure pulse periods, frequencies and discontinuity positions in the time domain compared to the conventional method (Fourier transformation). This method will contribute to the possibility of transmitting the data at higher rates and over longer distances. A concept for developing an innovative pulser using electrical discharge or acoustic sources for inducing pulses keeping the drill strings fully open (eliminating the problem of plugging the pulser by pumped lost circulation materials) and without any mechanical moving parts (eliminating the failure related to the pulser moving parts) was also registered at the German Patent and Trade Mark Office (DPMA) for a patent in 2012. With this pulser, it is expected that it would be possible to transmit the data over longer distances and at higher rates. Realizing the concept of the new pulser and using continuous wavelet transformation for detecting and decoding the pulser signal are recommended for future work.