Moodianalyysilaitteiston kartoitus ja käyttöönotto tuulivoimageneraattoreita valmistavassa yrityksessä

Abstract

Opinnäytetyön aihe on moodianalyysiin eli mekaanisten värähtelyominaisuuksien mittaamiseen tarvittavan laitteiston selvittäminen ja käyttöönotto. Työn tavoitteena oli selvittää ja hankkia tarvittavat mittalaitteet, joilla kohdeyritys, The Switch, pystyy jatkossa suorittamaan perinteisiä moodianalyysejä. Opinnäytetyön case-osuudessa suoritettiin esimerkkimittaus, jonka perusteella tuli laatia mittausohje kokeellisen moodianalyysin suorittamisesta.

Tutkimusmenetelminä opinnäytetyössä käytettiin tiedon tutkimista eri lähteistä, lähinnä ulkomaalaisesta kirjallisuudesta ja eri värähtelymittalaitevalmistajien kotisivuilta.

The Switch on vuonna 2006 perustettu teknologiayritys, joka toimittaa megawattiluokan kestomagneettigeneraattoreita tuulivoima käyttöön sekä tehonmuokkaimia uusiutuviin energiaratkaisuihin. Lisäksi The Switch valmistaa polttokennojen tehoelektroniikkajärjestelmiä sekä suurnopeuskoneita, mutta pääasiallinen liiketoimintavolyymi saadaan tuulivoimasovelluksista.

Työ aloitettiin selvittämällä moodianalyysiin ja mekaanisiin värähtelyihin liittyvää teoriatietoa ja periaatteita. Lisäksi kartoitettiin The Switchillä olevia mittalaitteita sekä niiden soveltuvuutta kokeelliseen moodianalyysiin. Seuraavaksi selvitettiin hankittavat mittalaitteet. Niistä tehtiin tarjouspyynnöt sekä hankintapäätökset yrityksen toimesta. Mittausohjelmiston toimituksessa ilmenneen viivästyksen vuoksi case-osuuden mittaukset suoritettiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston moodianalyysilaitteistolla yhteistyössä tutkija Janne Heikkisen kanssa. Mittauksista saatujen kokemusten perusteella kirjoitettiin mittausohje.

Työn lopputuloksena saatiin The Switchille hankittua tarvittavat mittalaitteistot, joilla he pystyvät suorittamaan kokeellisia moodianalyysejä omalla tehtaallaan. Esimerkkimittauksissa saatuja tuloksia käytettiin hyväksi myös Eero Schermanin opinnäytetyössä ”Koneteknisen laskennan menetelmät ja ohjeistus standardinopeustuulivoimalageneraattorin analysointiin”. Kyseisessä opinnäytetyössä mittaustuloksiani verrattiin Schermanin suorittamiin FEM-menetelmällä saatuihin laskentatuloksiin sekä verifioitiin simulointimallia mittaustulosteni perusteella.

The subject of thesis was modal analysis equipment research and introduction of wind power generator manufacturing company. The aim was to investigate and acquire the necessary instrumentation to the target company The Switch. With the necessary instrumentation The Switch will be able to carry out the traditional modal analysis. An example of measurement and measurement guide for experimental modal analysis was made in the case study.

The methods used to study were the information from various sources, mostly in foreign literature and different vibration measurement solutions from the manufacturers` websites.

The Switch is a leading supplier of megawatt-class permanent magnet generator and full-power converter packages for wind power and other new energy applications. The Switch also manufactures fuel cell power electronics systems and high-speed machines.

The work was started by examining the modal analysis and mechanical vibrations of theoretical knowledge and principles. At the beginning The Switch measuring devices and their suitability for the experimental modal analysis were studied. The acquired measurement devices were examined next. Then The Switch made an invitation for the tenders and a purchase decision for the necessary instruments. Because of the delivery delays, case measurements were carried out using Lappeenranta University of Technology modal analysis measuring devices in co-operation with researcher Janne Heikkinen. Then the measurement guide for experimental modal analysis based on the case measurements was written.

The final result of the thesis was that The Switch could purchase the necessary measurement equipment and be able to perform the experimental modal analysis of its own site. The case measurements were also used in Eero Scherman´s bachelor thesis “Methods of technical calculation and guidance for standard speed wind generator analysis”. In this thesis the measurement results were compared with Scherman´s results calculated with the FEM -method and the simulation model based on measurements was verified.