The report presents a study of the operations at Rollmek AB. Rollmek is a company that manufactures various components for Panthera wheelchairs including backrests, chassis and leg rests. The thesis aims to develop various improvement proposals for the case company's painting department with regard to increasing production capacity. To achieve the goal, a simulation model has been constructed in the simulation program FACTS Analyzer, which reflects the department in question. The simulation model is based on three different variants with five different colours. For the construction of simulation models, data collected via various qualitative and quantitative research methods, including time studies, observations, and interviews. Improvement proposals that were developed were implemented in the simulation model and experimented based on the project's requirements. The study's results have led to five specific suggestions for improvement. Through the use of simulation models, data has been generated on the number of units produced and units produced/hour for the three product variations with associated color variations. With the help of these improvement suggestions, the company could implement them in production to increase its capacity to meet future demand.

In Sweden, the building sector accounts for about 35% of the total energy consumption. Some of the major contributors to energy consumption are the urban educational buildings, such as schools and universities which have considerable potential for improved energy efficiency. Furthermore, it is Sweden’s goal to mitigate climate change and set a zero net target for greenhouse gas emissions by 2045 at the latest. To meet this goal, it is essential to design building energy management with advanced optimization algorithms and data science to ensure renewable sources integration and strategical management for loads and storage. This thesis designs an Energy Management System (EMS) Optimization model that combines Mixed-Integer Linear Programming (MILP) and PV-battery sizing to satisfy energy consumption with the least energy bills and carbon emissions in urban educational buildings. A case study of two educational buildings in Stockholm will be used to simulate and evaluate the effectiveness of the proposed EMS model. Three main studies were made under the current electricity contract and a pre-defined PV capacity for buildings. The first study shows the MILP-based EMS enables optimized decisions of solar production curtailment, smart grid consumption, and smart battery usage while satisfying the building load with the lowest possible energy cost. The MILP-based EMS model achieves more flexible scheduling for batteries and PV integration than traditional rule-based EMS, but the annual saving difference is minimal. With a 25kWp PV system and the proposed EMS, the electric-heated case building saves 21.49% of energy bills annually, while the case building with district heating can save 23.35% of energy bills annually. Secondly, the best optimal Battery Energy Storage System (BESS) sizing is determined with findings that increasing BESS sizing can bring a higher saving but the increase is less than 0.5% due to limited solar energy production and low feed-in income. Under current energy contracts and building conditions, results justify the installation of PV systems but do not support the investment of a BESS. Energy cost saving doesn’t have more potential in electric-heated buildings compared to traditional district-heated buildings. Finally, the third study conducts a sensitivity analysis of the BESS’s Levelized Cost of Energy (LCOE), providing the threshold LCOE for the system with PV-BESS to be economically beneficial, which is 0.27 SEK/kWh. / Byggsektorn står för cirka 35% av Sveriges totala energiförbrukning. Bland de främsta bidragsgivarna återfinns stadsutbildningsbyggnader, såsom skolor och universitet, som har stor potential för förbättrad energieffektivitet. Dessutom strävar Sverige efter att mildra klimatförändringar och sätta upp klimatneutrala mål för byggnader. För att nå dessa mål krävs smart energihantering. Denna avhandling presenterar en modell för optimering av energihanteringssystem (EMS) som kombinerar blandad heltalslinjär programmering (MILP) och dimensionering av solcellsbatterier. Syftet är att minimera elkostnader och koldioxidutsläpp i urbana utbildningsbyggnader och därigenom förbättra hållbarheten. En fallstudie av två utbildningsbyggnader i Stockholm används för att utvärdera EMS-modellens effektivitet. Tre huvudstudier genomfördes inom ramen för det befintliga elavtalet och med en fördefinierad solcellskapacitet för byggnaderna. I den första studien framkommer att EMS baserad på MILP möjliggör mer flexibel schemaläggning för batterier och integration av solceller jämfört med en regelbaserad EMS. Trots detta är skillnaden i årliga besparingar mycket liten. Med ett 25 kWp solcellssystem och den föreslagna EMS sparar en eluppvärmd byggnad 21,49% av elkostnaderna årligen, medan en byggnad med fjärrvärme kan spara 23.35% av elkostnaderna årligen. I den andra studien bestäms optimal storlek för batterilagringsystemet (BESS). Resultaten visar att en ökad storlek på BESS kan ge högre besparingar, men ökningen är mindre än 0,5% på grund av begränsad produktion av solenergi och låga intäkter från nätmatning. Under nuvarande avtal och byggnadsförhållanden motiverar resultaten installationen av solcellssystem, men stöder inte investeringen i BESS. Slutligen genomför den tredje studien en känslighetsanalys av nivåniserad energikostnad (LCOE) för BESS och ger tröskel-LCOE för att systemet med solceller och BESS ska vara ekonomiskt fördelaktigt, vilket är 0,27 SEK/kWh.

The routing and scheduling problem is a complex task and a critical challenge in the railway sector, given the involvement of various railway infrastructural and operational characteristics. Moreover, this problem has a direct impact on the costs of railway services due to the routes trains are taking, and the environmental impact caused by the length of their journeys. Although numerous studies have addressed the routing and scheduling of passenger trains, fewer have focused on the routing and scheduling of freight trains. Therefore, the primary objective of this study is to enhance the utilization of rail freight routes by reducing the travel time of freight trains. To determine the optimal train routing and transit durations, as well as to identify the pivotal operational and infrastructural variables that impact the travel time of freight trains, a mixed-integer linear optimization model has been developed. Furthermore, enhancing the efficiency of rail freight entails leveraging automation and digitalization in rail freight transportation to improve rail performance, multimodal services, and end-user satisfaction due to an improvement in the utilization of the network. The AnyLogic simulation software tool has been employed to evaluate the influence of digital automatic coupling (DAC) on marshalling yard train processing time and yard capacity. DAC is seen as an enabling technology for automation in yards and the use of longer and faster trains on the line. The marshalling yard of Hallsberg will be used as a case study. The initial findings indicate that an increase in train length from 700 meters to 800 meters has a negligible impact on train schedules. In comparison to the prevailing scenario, the implementation of technologies that facilitate reduced inter-train spacing and halving of block separation enhances the capacity of the railway network. It is similarly important to accelerate train speeds by 10% in order to enhance the utilization of rail freight routes, which results in a more homogeneous traffic flow on the line due to a speed closer to that of passenger trains, thereby increasing the capacity of the network. The results of Hallsberg's marshalling yard demonstrate that the introduction of DAC Type 4 has led to an enhanced capacity for handling trains at the arrival, classification, and departure yards. Further capacity gains are possible with the adoption of DAC Type 5, which allows for the production of longer trains in all three parts of the marshalling yard. This is since a greater number of wagons are arriving, thereby enabling the formation of trains to be completed more expeditiously. However, the introduction of longer trains has led to a challenge in terms of the number of trains arriving at the marshalling yard. This is due to the fact that longer trains require a longer uncoupling and classification process. The primary rationale for enhancing capacity from the base to DAC Type 4 and DAC Type 5, in conjunction with the implementation of longer trains across all sections of the marshalling yard, is the reduction in uncoupling times. The integration of findings from the mixed-integer linear optimization model and the AnyLogic model for Hallsberg's marshalling yard serves to emphasize the significance of longer trains and the introduction of DAC Type 4 and DAC Type 5. The total travel time for trains traveling from Stockholm to Gothenburg, with a classification stop at Hallsberg, can be reduced by up to 33% for a single train. / Optimering av rutt- och schemaläggning är en komplex uppgift och en kritisk utmaning inom transport och järnvägssektorn, med tanke på involveringen av olika intressenter och komponenter. Dessutom har detta problem en direkt inverkan på kostnaderna för järnvägstjänster och deras miljöpåverkan. Medan många studier har behandlat rutt- och schemaläggning för persontåg, har färre fokuserat på problemet för godståg. Det primära syftet med denna studie är att förbättra utnyttjandet av rutt- och schemaläggningen av godståg genom minskad restid. En linjär optimeringsmodell med blandade heltal har utvecklats för att bestämma den optimala tågruttläggningen och transporttiden, samt för att identifiera de centrala drifts- och infrastrukturvariabler som påverkar godstågens restid. Att förbättra effektiviteten av järnvägsfrakt innebär dessutom att man utnyttjar automatisering och digitalisering inom järnvägsgodstransporter för att förbättra järnvägsprestanda, multimodala tjänster och service för slutanvändarna. Simuleringsverktyget AnyLogic har använts för att utvärdera inverkan av digital automatisk koppel (DAC) på servicetid på rangerbangård och bangårdskapacitet, särskilt i samband med modellering av Hallsbergs rangerbangård. De första resultaten tyder på att en ökning av tåglängden från 700 meter till 800 meter har en försumbar inverkan på tågtidtabellerna. Jämfört med det rådande scenariot ökar implementeringen av signalteknik som underlättar minskat avstånd mellan tågen och halvering av blockseparationen och därmed kapaciteten i järnvägsnätet. Likaså är det viktigt att öka tåghastigheterna med 10 % för att förbättra utnyttjandet av godsrutter på järnväg. Resultaten för Hallsbergs rangerbangård visar att införandet av DAC Typ 4 leder till en utökad kapacitet för att hantera tåg vid ankomst-, klassificerings- och avgångsbangårdarna. Ytterligare kapacitetsvinster är möjliga med antagandet av DAC Typ 5, som möjliggör automatiserad produktion av längre tåg i alla tre delar av rangerbangården. Detta beror på ett större antal inkommande vagnar, vilket gör att tågbildningen kan slutföras snabbare. Införandet av längre tåg har dock lett till en utmaning när det gäller antalet tåg som kommer till rangerbangården. Detta beror på att längre tåg kräver en längre frånkopplings- och klassificeringsprocess. Det primära skälet till att öka kapaciteten från utgångsbasen till DAC Typ 4 och DAC Typ 5, i samband med implementeringen av längre tåg över alla sektioner av rangerbangården, är minskningen av frånkopplingstider. Integrationen av resultaten från den linjära optimeringsmodellen med blandade heltal och AnyLogicmodellen för Hallsbergs rangerbangård understryker betydelsen av längre tåg och införandet av DAC Typ 4 och DAC Typ 5. Den totala restiden för tåg som reser från Stockholm till Göteborg, med rangerstopp i Hallsberg, kan sänkas med upp till 33 % för ett enskilt tåg. Omvänt, för tåg som reser från Göteborg till Stockholm, är minskningar av total restid med upp till 13 % för det första tåget och 11 % för det andra tåget.

Solid waste management is a global issue that affects everyone. The management of waste collection routes is a critical challenge in urban environments, primarily due to inefficient routing. This thesis investigates the use of real-time virtual replicas, namely Digital Twins to optimize waste collection routes. By leveraging the capabilities of digital twins, this study intends to improve the effectiveness and efficiency of waste collection operations. The ‘gap’ that the study aims to uncover is hence at the intersection of smart cities, Digital Twins, and waste collection routing. The research methodology comprises of three key components. First, an exploration of five widely used metaheuristic algorithms provides a qualitative understanding of their applicability in vehicle routing, and consecutively waste collection route optimization. Building on this foundation, a simple smart routing scenario for waste collection is presented, highlighting the limitations of a purely Internet of Things (IoT)-based approach. Next, the findings from this demonstration motivate the need for a more data-driven and intelligent solution, leading to the introduction of the Digital Twin concept. Subsequently, a twin framework is developed, which encompasses the technical anatomy and methodology required to create and utilize Digital Twins to optimize waste collection, considering factors such as real-time data integration, predictive analytics, and optimization algorithms. The outcome of this research contributes to the growing concept of smart cities and paves the way toward practical implementations in revolutionizing waste management and creating a sustainable future. / Sophantering är ett globalt problem som påverkar alla, och hantering av sophämtningsrutter är en kritisk utmaning i stadsmiljöer. Den här avhandlingen undersöker användningen av virtuella kopior i realtid, nämligen digitala tvillingar, för att optimera sophämtningsrutter. Genom att utnyttja digitala tvillingars förmågor, avser den här studien att förbättra effektiviteten av sophämtning. Forskningsmetoden består av tre nyckeldelar. Först, en undersökning av fem välanvända Metaheuristika algoritmer som ger en kvalitativ förståelse av deras applicerbarhet i fordonsdirigering och således i optimeringen av sophämtningsrutter. Baserat på detta presenteras ett enkelt smart ruttscenario för sophämtning som understryker bristerna av att bara använda Internet of Things (IoT). Sedan motiverar resultaten av demonstrationen nödvändigheten för en mer datadriven och intelligent lösning, vilket leder till introduktionen av konceptet med digitala tvillingar. Därefter utvecklas ett ramverk för digitala tvillingar som omfattar den tekniska anatomin och metod som krävs för att skapa och använda digitala tvillingar för att optimera sophämtningsrutter. Dessa tar i beaktning faktorer såsom realtidsdataintegrering, prediktiv analys och optimeringsalgoritmer. Slutsatserna av studien bidrar till det växande konceptet av smarta städer och banar väg för praktisk implementation i revolutionerande sophantering och för skapandet för en hållbar framtid.

In Sweden, buildings are responsible for about 40 % of total energy use and about 10 % of total CO2 emissions Today more than 60 % of existing Swedish residential buildings are over 40 years old and are in need of major renovation. In addition, 15 % of all multi-family buildings and 27 % of all single-family houses were built before 1945. The increased energy use and threat from CO2 emissions of the building sector create a need for energy efficiency. The important role that renovation of residential buildings will play in reducing the total energy used by the Swedish building sector as well as in reducing primary energy use and CO2 emissions on both the national and global levels has been the impetus for the studies included in this thesis. The aim of the current research is to develop a methodology from a system perspective which can be used to analyze the energy use, optimal life cycle cost (LCC), energy efficiency measure (EEM) package, indoor environment, CO2 emissions, and primary energy use of a building or a community during major renovation. The developed methodology accomplished at three different levels, i.e. building level, cluster level and district level. The methodology considers both energy efficiency and economic viability during building renovation and will also play an important role in overall urban planning. The studied buildings include both non-listed and listed residential buildings and the tools used include building energy simulation (BES), survey, technical measurements, LCC optimization and building categorization. The results show that the combination of BES, technical measurements and surveys provides a holistic approach for evaluation of energy use and indoor environment of the studied residential buildings. The results from the current study also show that the 2020 energy target, i.e., reduction of energy use by 20 %, for the building sector can be achieved by all the studied building types and that the total LCC of these buildings are below the cost-optimal point. In comparison, the 2050 energy target, i.e., reduction of energy use by 50 %, for the building sector may be achieved by the non-listed buildings, but when the constraints relevant to listed buildings are added the cost-optimality changes as some EEMs in direct conflict with the building’s heritage value may not be implemented. The investigation of primary energy use and CO2 emissions by the residential buildings show that the higher the energy saving, the lower the primary energy use becomes, and vice versa. With the same energy saving, the heating system with higher primary energy factor results in higher primary energy use. From a CO2 emissions point of view, EEM packages proposed to help buildings connected to a CHP based district heating system, to reduce the energy use or LCC are not consistently effective. Since these EEM packages will reduce district heating demand, the electricity produced in the CHP plant will also decrease. When the biomass is considered a limited resource, measures such as investment in a biofuel boiler are not favourable from the CO2 emissions point of view. The current study has also shown that combining building categorization method and LCC optimization method will help the community to reduce its energy use, primary energy use and CO2 emissions in a systematic and strategic way. / I Sverige, står byggnadssektorn för cirka 40 % av den totala energianvändningen och cirka 10 % av CO2-utsläppen. Idag är mer än 60 % av befintliga svenska bostäder över 40 år gamla och i stort behov av renovering. Dessutom är 15 % av alla flerbostadshus och 27 % av alla småhus byggda före 1945. Den ökade energianvändningen och hotet från CO2-utsläpp från byggsektorn skapar ett behov av energieffektivisering. Grunden för studierna i denna avhandling är den stora betydelse som renoveringen av bostäder har, såväl för att kunna minska den totala energianvändningen som den primärenergianvändningen och CO2-utsläppen på både nationell och global nivå. Syftet med denna forskning är att utveckla en metodik ur ett systematiskt perspektiv som kan användas för att analysera energianvändning, finna optimal livscykelkostnad (LCC), skapa energieffektiviseringsåtgärdspaket, undersöka inomhusmiljöer, beräkna CO2-utsläpp och primärenergianvändning i en byggnad eller ett samhälle vid omfattande renovering. Den utvecklade metodiken som har använts i de aktuella studierna är på tre olika nivåer: byggnadsnivå, klusternivå och stadsdelsnivå. Metodiken avser både energieffektivitet och ekonomisk lönsamhet vid renovering av byggnader och kommer också att spela en viktig roll i den övergripande stadsplaneringen. De studerande byggnaderna i denna avhandling innefattar både historiska och icke-historiska bostäder. De använda verktygen inkluderar building energy simulering (BES), enkätundersökning, tekniska mätningar, LCC-optimering och byggnadskategorisering. Resultaten visar att kombinationen av BES, tekniska mätningar och enkätundersökning ger en god helhetsbild för utvärdering av energianvändning och inomhusmiljö av den studerade byggnaden. Resultaten från den aktuella studien visar också att 2020-energimålet, d.v.s. en minskning av energianvändningen med 20 % till 2020 av byggsektorn, kan uppnås i alla undersökta byggnader och att den totala LCC av dessa byggnader ligger under den kostnadsoptimala punkten. I jämförelse, kan 2050-energimålet, d.v.s. en minskning av energianvändningen med 50 % till 2050, kan uppnås i icke-historiska byggnader, men med hänsyn tagen till begränsningarna för historiska byggnader, ändras de kostnadsoptimala lösningarna, eftersom vissa energieffektiviseringsåtgärder är i direkt konflikt med byggnadens kulturhistoriska värde och därför inte kan genomföras. Undersökningen av primärenergianvändning och CO2-utsläpp i de studerade byggnaderna visar, att ju högre energibesparingen är, desto lägre blir primärenergianvändningen, och vise versa. Med lika mycket energibesparing, resulterar värmesystemet med högre primärenergifaktor i högre primärenergianvändning. Sett från CO2-utsläppssynvinkel, är de energieffektiviseringsåtgärdspaket, som kan hjälpa byggnader anslutna till ett kraftvärmebaserat fjärrvärmesystem att minska energianvändningen eller LCC, inte effektiva, eftersom dessa åtgärdspaket kommer att minska fjärrvärmeanvändningen. Detta leder till att mängden producerad el i ett kraftvärmeverk också kommer att minskas. När biobränsle betraktas som en begränsad resurs, är åtgärder som investering i en biobränslepanna inte energieffektiva från en CO2-utsläppssynvikel. Den aktuella studien visar också att kombinationen av byggnadskategorisering och LCC-optimering kommer att hjälpa byggnadssektorn att minska sin energianvändning, primärenergianvändning och CO2-utsläpp på ett systematiskt och strategiskt sätt.

<p>The development in the steam turbine business is heading for applications with much higher steam parameters since this enables a raised efficiency. Steam parameters refer to the pressure and the temperature of the steam. The aim of this study was to generate concepts for steam turbine inlet control valves designed for higher pressure and temperature in comparison with the present design. Future steam power plants using solar energy, based on tower technology, request this kind of performance and are an important potential market.</p><p>This master thesis at Linköping University has been written in collaboration with Siemens Industrial Turbomachinery AB. The performed work has incorporated literature studies, functional analysis and solid mechanics analysis, flow analysis, evaluation of sealings and cup springs and development of the dimensioning data for the future control valve. The aim was to find a design concept that sustains the new and higher steam parameters and is tolerant concerning vibrations.</p><p>A systematical way to work has been applied during the project and a detailed planning was continuously followed and adjusted. Major methods used were product design specification, quality function deployment, morphological matrices, decision matrices and failure mode and effect analysis. Important programs used during the project were Pro/ENGINEER, MATLAB, FloEFD and MS Excel.</p><p>Today’s valves are dimensioned for much lower performance than the new requirements in terms of pressure and temperature. The main problem for the present design is that the opening and closing forces requirements, with the new higher pressure, get unreasonably large. Therefore were many of the developed concepts equipped with a pressure balancing feature. This feature also gives another desirable result; the vibrations (that is the source of many of the problems with the present design) will also be reduced.</p><p>During the early concept development phase, 15 different concepts were generated and after the concept evaluation only three concepts remained. These concepts were further developed in different areas of interest and finally one of the three was chosen to be the winning concept. The new valve design will most likely meet the requirements and has the potential to be refined for even higher pressure for future demands.</p> / <p>Utvecklingen inom ångturbiner går mot applikationer med mycket högre ångdata eftersom detta möjliggör en ökad effektivitet. Ångdata refererar till ångans tryck och temperatur. Uppgiften var att generera koncept för inloppsreglerventiler (till ångturbiner) dimensionerade för högre tryck och temperatur jämfört med dagens design. Framtida ångkraftverk som drivs av solenergi, så kallade soltorn, efterfrågar denna prestanda och är en viktig framtida marknad.</p><p>Detta examensarbete vid Linköpings Universitet har skrivits i samverkan med Siemens Industrial Turbomachinery AB. Det genomförda arbetet har innefattat litteraturstudier, funktionsanalys och hållfasthetsanalys, flödesanalys, utvärdering av tätningar och tallriksfjädrar samt framtagning av dimensioneringsunderlag för den framtida reglerventilen. Målet var att finna ett koncept som klarar av dessa nya och högre ångdata och är tåligt beträffande vibrationer.</p><p>Ett systematiskt arbetssätt har anammats under projektet och en detaljerad planering upprättades och uppdaterades kontinuerligt. Viktiga metoder som använts är PDS (Product Design Specification), QFD (Quality Function Deployment), morfologisk matris, relativ beslutsmatris och feleffektanalys. Viktiga program som använts i projektet är Pro/ENGINEER, MATLAB, FloEFD och MS Excel.</p><p>Dagens ventiler är dimensionerade för mycket lägre prestanda än de nya kraven kräver i termer av tryck och temperatur. Det huvudsakliga problemet med den nuvarande designen var att kraven på de öppnande och stängande krafterna, med dessa nya ångdata, blir orimligt höga. Därför har många av de framtagna koncepten utrustats med tryckbalanserande funktion. Denna funktion ger också ett annat önskvärt resultat; vibrationerna (som är källan till många problem med dagens design) kommer även de att reduceras.</p><p>Under den tidiga konceptutvecklingsfasen genererades 15 olika koncept och efter konceptutvärderingen återstod bara tre. Dessa koncept vidareutvecklades inom olika intressanta områden och slutligen valdes ett av koncepten som det vinnande. Den nya ventildesignen kommer med stor sannolikhet att uppfylla kraven och har potential att förfinas för ännu högre tryck för framtida krav.</p>

The development in the steam turbine business is heading for applications with much higher steam parameters since this enables a raised efficiency. Steam parameters refer to the pressure and the temperature of the steam. The aim of this study was to generate concepts for steam turbine inlet control valves designed for higher pressure and temperature in comparison with the present design. Future steam power plants using solar energy, based on tower technology, request this kind of performance and are an important potential market. This master thesis at Linköping University has been written in collaboration with Siemens Industrial Turbomachinery AB. The performed work has incorporated literature studies, functional analysis and solid mechanics analysis, flow analysis, evaluation of sealings and cup springs and development of the dimensioning data for the future control valve. The aim was to find a design concept that sustains the new and higher steam parameters and is tolerant concerning vibrations. A systematical way to work has been applied during the project and a detailed planning was continuously followed and adjusted. Major methods used were product design specification, quality function deployment, morphological matrices, decision matrices and failure mode and effect analysis. Important programs used during the project were Pro/ENGINEER, MATLAB, FloEFD and MS Excel. Today’s valves are dimensioned for much lower performance than the new requirements in terms of pressure and temperature. The main problem for the present design is that the opening and closing forces requirements, with the new higher pressure, get unreasonably large. Therefore were many of the developed concepts equipped with a pressure balancing feature. This feature also gives another desirable result; the vibrations (that is the source of many of the problems with the present design) will also be reduced. During the early concept development phase, 15 different concepts were generated and after the concept evaluation only three concepts remained. These concepts were further developed in different areas of interest and finally one of the three was chosen to be the winning concept. The new valve design will most likely meet the requirements and has the potential to be refined for even higher pressure for future demands. / Utvecklingen inom ångturbiner går mot applikationer med mycket högre ångdata eftersom detta möjliggör en ökad effektivitet. Ångdata refererar till ångans tryck och temperatur. Uppgiften var att generera koncept för inloppsreglerventiler (till ångturbiner) dimensionerade för högre tryck och temperatur jämfört med dagens design. Framtida ångkraftverk som drivs av solenergi, så kallade soltorn, efterfrågar denna prestanda och är en viktig framtida marknad. Detta examensarbete vid Linköpings Universitet har skrivits i samverkan med Siemens Industrial Turbomachinery AB. Det genomförda arbetet har innefattat litteraturstudier, funktionsanalys och hållfasthetsanalys, flödesanalys, utvärdering av tätningar och tallriksfjädrar samt framtagning av dimensioneringsunderlag för den framtida reglerventilen. Målet var att finna ett koncept som klarar av dessa nya och högre ångdata och är tåligt beträffande vibrationer. Ett systematiskt arbetssätt har anammats under projektet och en detaljerad planering upprättades och uppdaterades kontinuerligt. Viktiga metoder som använts är PDS (Product Design Specification), QFD (Quality Function Deployment), morfologisk matris, relativ beslutsmatris och feleffektanalys. Viktiga program som använts i projektet är Pro/ENGINEER, MATLAB, FloEFD och MS Excel. Dagens ventiler är dimensionerade för mycket lägre prestanda än de nya kraven kräver i termer av tryck och temperatur. Det huvudsakliga problemet med den nuvarande designen var att kraven på de öppnande och stängande krafterna, med dessa nya ångdata, blir orimligt höga. Därför har många av de framtagna koncepten utrustats med tryckbalanserande funktion. Denna funktion ger också ett annat önskvärt resultat; vibrationerna (som är källan till många problem med dagens design) kommer även de att reduceras. Under den tidiga konceptutvecklingsfasen genererades 15 olika koncept och efter konceptutvärderingen återstod bara tre. Dessa koncept vidareutvecklades inom olika intressanta områden och slutligen valdes ett av koncepten som det vinnande. Den nya ventildesignen kommer med stor sannolikhet att uppfylla kraven och har potential att förfinas för ännu högre tryck för framtida krav.

In 2011 the mining industry purchased 14.5% of the electrical energy generated by Eskom. During 2011 in South Africa, dewatering pump systems on gold mines were the fourth largest electrical energy consumer on South African mines therefor making dewatering pumps ideal candidates to generate significant financial savings. These savings can be realised by controlling time-of-use (TOU) schedules. Previous studies concentrated on the impact of improving a pumping scheme of a single mineshaft. This dissertation will focus on the operations of a complete dewatering system consisting of multiple mineshafts. The case study will consist of a gold mine complex comprising of five different shafts - each with its own reticulation system – as well as the larger interconnected water reticulation system. Various pumping options were investigated, simulated and verified. The interaction between shafts was determined when load-shifting was scheduled for all the shafts taking each shaft’s particular infrastructure into account. The underground dewatering system was automated and optimised based on the simulation results. Mine safety protocols were adhered to while optimal pump operational schedules were introduced. / Thesis (MIng (Electrical and Electronic Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2013.

In 2011 the mining industry purchased 14.5% of the electrical energy generated by Eskom. During 2011 in South Africa, dewatering pump systems on gold mines were the fourth largest electrical energy consumer on South African mines therefor making dewatering pumps ideal candidates to generate significant financial savings. These savings can be realised by controlling time-of-use (TOU) schedules. Previous studies concentrated on the impact of improving a pumping scheme of a single mineshaft. This dissertation will focus on the operations of a complete dewatering system consisting of multiple mineshafts. The case study will consist of a gold mine complex comprising of five different shafts - each with its own reticulation system – as well as the larger interconnected water reticulation system. Various pumping options were investigated, simulated and verified. The interaction between shafts was determined when load-shifting was scheduled for all the shafts taking each shaft’s particular infrastructure into account. The underground dewatering system was automated and optimised based on the simulation results. Mine safety protocols were adhered to while optimal pump operational schedules were introduced. / Thesis (MIng (Electrical and Electronic Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2013.

This thesis is an effort to investigate the operation and the performanceof modular multilevel converters (M2Cs). Proven to be the most promisingtopology in high-voltage high-power applications, it is necessary to put aneffort in understanding the physical laws that govern the internal dynamicsof such converters, in order to design appropriate control methods. AlthoughM2Cs belong to the well-studied family of voltage-source converters (VSCs),and claim a modular structure, their control is significantly more complicatedcompared to two- or three-level VSCs, due to the fact that a much highernumber of switches and capacitors are needed in such a topology. This thesishighlights the important parameters that should be considered when designingthe control for an M2C, through analyzing its internal dynamics, and alsosuggests ways to control such converters ensuring stable operation withoutcompromising the performance of the converter.Special focus is given on ac motor-drive applications as they are very demandingand challenging for the converter performance. Interactions betweenthe internal dynamics and the dynamics of the driven motor are experimentallyinvestigated. The problem of operating the converter when connectedto a motor standing still is visited, even under the condition that a greatamount of torque and current are requested, in order to provide an idea forthe converter requirements under such conditions. Finally, an optimization ofthe converter operation is suggested in order to avoid overrating the convertercomponents in certain operation areas that this is possible.All analytical investigations presented in this thesis are confirmed by experimentalresults on a laboratory prototype converter, which was developedfor the purposes of this project. Experimental verification proves the validityof the theoretical investigations, as well as the correct performance of thecontrol methods developed during this project on a real, physical converter,hoping that the results of this thesis will be useful for large-scale implementations,in the mega- or even giga-watt power range. / Denna avhandling är ett försök att undersöka drift och egenskaper avmodulära multinivåomvandlare (M2C:er). Eftersom denna topologi anses varaden mest lovande inom högspänings-högeffekt-tillämpningar är, och somett underlag för att kunna formulera lämpliga styrmetoder, är det nödvändigtatt lägga kraft i att försöka förståde fysikaliska lagar som styr den inredynamiken i sådana omvandlare. Även om M2C:erna tillhör den välstuderadefamiljen av spänningsstyva omvandlare (VSC:er), och har en modulärstruktur, är deras reglering avsevärt mer komplicerad jämfört med två- ellertre-nivåomvandlare, eftersom ett mycket större antal switchar och kondensatorerär nödvändiga i en sådan topologi. Denna avhandling sätter fingretpå de parametrar som måste beaktas när man konstruerar regleringen för enM2C, genom att analysera den interna dynamiken, samt att föreslå sätt attstyra sådana omvandlare såatt stabil drift kan säkerställas utan att negativtpåverka prestanda.Ett speciellt fokus läggs på växelströmsmotordrifter eftersom de är särskiltutmanande vad gäller prestanda. Växelverkan mellan den interna dynamikenoch motorns dynamik undersöks experimentellt. Problemet att driva motornvid stillestånd behandlas även i fallet med hög ström och högt moment för atterhålla kunskap om kraven påomvandlaren i sådana fall. Slutligen föreslås enoptimering av omvandlarens drifttillstånd för att undvika överdimensioneringav omvandlarens komponenter i de fall detta är möjligt.Alla analytiska undersökningar som läggs fram i denna avhandling är bekräftadegenom experimentella resultat från en laboratorieomvandlare, somutvecklats inom ramen för detta arbete. Den experimentella verifieringen bevisargiltigheten av alla teoretiska undersökningar. Den visar också på demycket goda prestanda som de utvecklade styrmetoderna har vid drift aven verklig fysisk omvandlare. Förhoppningen är att resultaten från detta arbetekan komma till använding i storskaliga implementerinar i mega- ellergiga-wattklassen. / <p>QC 20141201</p>