Koesuunnittelu polttimen tuotekehitysprojektissa : case: 11,1 MW monoblock-poltin
Hoppania, Elli (2011)
Hoppania, Elli
Lahden ammattikorkeakoulu
2011
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201105249242
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201105249242
Tiivistelmä
Noin 75 % Suomessa nykyisin tuotetusta energiasta syntyy erilaisissa polttoprosesseissa. Samaan aikaan polttaminen on suurin haitallisien päästöjen, kuten rikin ja typen oksidien ja hiukkaspäästöjen lähde. Kansainväliset sopimukset, direktiivit ja kansalliset lait asettavat siksi rajat päästöjen sallitulle määrälle.
Kokeellista tutkimusta käytetään prosessin ymmärtämiseen ja kehittämiseen, joten se on tärkeässä roolissa tuotekehitystoiminnassa. Kokeellisen tutkimuksen avulla voidaan havaita ne vaikutukset, jotka syötemuuttujien tarkoituksellinen muuttaminen aiheuttaa. Koesuunnittelu koostuu tekniikoista joiden avulla voidaan tehdä hyviä kokeita, analysoida data tehokkaasti ja tehdä johtopäätöksiä, jotka on suhteutettu kokeiden alkuperäisiin tavoitteisiin.
Tutkimus tehtiin Oilon Oy:n toimeksiannosta uuden tuotteen lanseerauksen yhteydessä. Tuote oli monoblock-tyyppinen kaasupoltin, jonka maksimiteho oli 11,1 MW. Työn tavoite oli tutkia, soveltuuko koesuunnittelumenetelmien käyttö polttimen tuotekehitykseen. Tärkein vaste kokeissa oli typen oksidien määrä savukaasuissa, ja tavoitepäästöarvoksi polttimelle asetettiin 39 ppm. Ohjelmistot ja asiantuntija-apua saatiin Numerola Oy:ltä. Tehtiin kaksi koesarjaa: ensin tutkittiin kolmea polttimen mekaanisen puolen ominaisuuksia koskevaa muuttujaa kolmella tasolla. Neljäs muuttuja, polttoaineteho, tutkittiin kahdella tasolla, sillä haluttiin tietää, mikä oli tutkittavien kolmen muuttujan vaikutus eri tehoalueilla. Tehtiin koe, johon kuului 20 koepistettä. Kokeiden analyysissä selvisi, että tärkeimmät NOx määrään vaikuttavat tekijät olivat primäärikaasusauvan sisähalkaisija sekä teho. Näillä tärkeimmillä muuttujilla tehtiin toinen koe, jossa koepisteitä oli 8. Lopulta alitettiin asetettu tavoiteraja maksimiteholla raja testikattilassa.
Tutkimuksen perusteella koesuunnittelu on tehokas menetelmä polttimen kehitystyössä, joskin vastaisuudessa on suositeltavaa pitäytyä klassisissa koeasetelmissa. Erityisen hyödyllistä koesuunnittelun soveltaminen on päätöksentekijöille, koska olennainen osa koesuunnittelua on tuottaa merkityksellisiä ja täsmällisiä johtopäätöksiä kokeiden tuloksista. Koesuunnittelu näyttää säästävän rahaa ja jopa aikaa.
Kokeellista tutkimusta käytetään prosessin ymmärtämiseen ja kehittämiseen, joten se on tärkeässä roolissa tuotekehitystoiminnassa. Kokeellisen tutkimuksen avulla voidaan havaita ne vaikutukset, jotka syötemuuttujien tarkoituksellinen muuttaminen aiheuttaa. Koesuunnittelu koostuu tekniikoista joiden avulla voidaan tehdä hyviä kokeita, analysoida data tehokkaasti ja tehdä johtopäätöksiä, jotka on suhteutettu kokeiden alkuperäisiin tavoitteisiin.
Tutkimus tehtiin Oilon Oy:n toimeksiannosta uuden tuotteen lanseerauksen yhteydessä. Tuote oli monoblock-tyyppinen kaasupoltin, jonka maksimiteho oli 11,1 MW. Työn tavoite oli tutkia, soveltuuko koesuunnittelumenetelmien käyttö polttimen tuotekehitykseen. Tärkein vaste kokeissa oli typen oksidien määrä savukaasuissa, ja tavoitepäästöarvoksi polttimelle asetettiin 39 ppm. Ohjelmistot ja asiantuntija-apua saatiin Numerola Oy:ltä. Tehtiin kaksi koesarjaa: ensin tutkittiin kolmea polttimen mekaanisen puolen ominaisuuksia koskevaa muuttujaa kolmella tasolla. Neljäs muuttuja, polttoaineteho, tutkittiin kahdella tasolla, sillä haluttiin tietää, mikä oli tutkittavien kolmen muuttujan vaikutus eri tehoalueilla. Tehtiin koe, johon kuului 20 koepistettä. Kokeiden analyysissä selvisi, että tärkeimmät NOx määrään vaikuttavat tekijät olivat primäärikaasusauvan sisähalkaisija sekä teho. Näillä tärkeimmillä muuttujilla tehtiin toinen koe, jossa koepisteitä oli 8. Lopulta alitettiin asetettu tavoiteraja maksimiteholla raja testikattilassa.
Tutkimuksen perusteella koesuunnittelu on tehokas menetelmä polttimen kehitystyössä, joskin vastaisuudessa on suositeltavaa pitäytyä klassisissa koeasetelmissa. Erityisen hyödyllistä koesuunnittelun soveltaminen on päätöksentekijöille, koska olennainen osa koesuunnittelua on tuottaa merkityksellisiä ja täsmällisiä johtopäätöksiä kokeiden tuloksista. Koesuunnittelu näyttää säästävän rahaa ja jopa aikaa.