Browsing by Author "Moilanen, Pekka"

Filter results by typing the first few letters
Now showing 1 - 7 of 7
  • Determination of a research concept for materials testing under supercritical water conditions
    (2006) Penttilä, Sami
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
    Seosmateriaalien ja puhtaiden metallien korroosio korkean lämpötilan vesiolosuhteissa on tullut kiinnostuksen kohteeksi johtuen ylikriittisen veden kasvavasta käytöstä lämmönsiirron väliaineena voimalaitoksissa. Kirjallisuudessa aikaisemmin suoritetut painohäviö- / painonlisäyskokeet ylikriittisissä olosuhteissa kuvaavat yleensä vain yleistä korroosiota. Kuitenkin muodostuvan oksidikerroksen sähkökemiallisia ilmiöitä, kuten korroosiota, voidaan parhaiten tutkia käyttämällä sähkökemiallisia menetelmiä. Tämän työn tarkoituksena oli hahmotella kokonaisvaltainen konsepti materiaaliominaisuuksien tutkimiseksi ylikriittisen veden olosuhteissa sekä suorittaa sarja kokeita kyseisissä olosuhteissa (T = 500 - 700 °C, p = 300 bar ja DO2 = 0 - 3,5 ppm). Kirjallisuusosassa on selvitetty ylikriittisen veden ominaisuuksia ja sen vaikutuksia rakennemateriaaleihin. Kirjallisuudesta löytyy muutamia tutkimuksia ehdotetuille kandidaattimateriaaleille. Tällä hetkellä yhtäkään kandidaattimateriaalia ei ole vahvistettu sopivaksi joko suojakuori- tai rakennemateriaaliksi SCWR:lle (Supercritical Water Reactor). Kirjallisuuden mukaan kandidaattimateriaalit voidaan jakaa kolmeen ryhmään, jotka ovat austeniittiset ruostumattomat teräkset, ferriittis/martensiittiset teräkset ja nikkelipohjaiset seokset. Kokeellisessa osassa käytettiin ylikriittistä autoklaavia. Ylikriittisen autoklaavin in-situ mittauksia ja ympäristöolosuhteita monitoroitiin on-line menetelmillä. Tässä työssä käytettyjä sähkökemiallisia menetelmiä olivat kontaktiresistanssimittaus (CER) ja kontakti-impedanssimittaus (CEI). Tämän lisäksi suoritettiin painonlisäysmittaukset ja esitettiin suunnitelmat murtumismekaanisten kokeiden suorittamiseksi ylikriittisen veden olosuhteissa modifioimalla servosäädettyä paljelaitteistoa. Painonlisäyskokeisiin ja resistiivisyysmittauksiin perustuen austeniittisella ruostumattomalla teräksellä (AISI316L) ylikriittisissä olosuhteissa muodostuvan oksidikerroksen hallitseva komponentti on rauta. Kromin vaikutus AISI316L:n käyttäytymiseen ylikriittisellä alueella ei ole niin dominoiva kuin alikriittisellä alueella.
  • Development and 3D design of an in-reactor material creep test device
    (2010) Huotilainen, Santtu
     School of Engineering | Master's thesis
    The objective of this work was to develop a material test device suited for irradiation creep experiments, i.e. capable of operating in nuclear reactor environment and conforming to size limitations. The device consists of a supporting structure, pneumatic loading units, measuring devices, a pneumatically operated mover for one of the measuring devices, and a pressurised tubular specimen. The foreseen main test materials are zirconium alloys. A 3D model of the device has been created during the development process. With the developed device, it is possible to pressurise the tubular specimen and apply an external axial load to it by pneumatic loading units. Thus, it is possible to control the biaxial stress state, i.e. biaxiality ratio, on the tube specimen wall. The biaxiality ratio can be controlled on-line, while the device is in-reactor. Furthermore, the changes in the dimensions of the specimen can be measured continuously. The work consists of a literary survey, a design part, and an experimental part. The literary survey includes an overview of the most common zirconium alloys and their properties, and the effects of irradiation on zirconium alloys. The design part includes a detailed report on the development of the device, including the supporting structure and the pneumatically operated units. The experimental part includes an experimental program, a description of preliminary tests carried out at VTT research hall, and the results of the preliminary tests. In the preliminary tests, the bellows of the pneumatic loading units were calibrated. The calibration includes the determination of the effective cross-section and the own stiffness or the spring rate of the bellows. After the calibration, biaxial tests were carried out by applying internal pressure and the pneumatic axial loading to the specimen. Various biaxiality ratios with different pressure levels were tested, and strains were measured with strain gauges attached on the surface of the specimen. The results show that the device is accurate, and the measured strains correspond to the calculated theoretical strains. Furthermore, the device is considered suitable for in-reactor testing.
  • Pneumatic servo controlled fracture resistance measuring device
    (1995) Moilanen, Pekka
     Helsinki University of Technology | Master's thesis
  • Pneumatic servo-controlled material testing device capable of operating at high temperature water and irradiation conditions
    (2004-06-21) Moilanen, Pekka
     Doctoral dissertation (monograph)
    Special requirements set for the constructional materials used in energy production have strongly influenced the challenges in the component design work. Many material parameters such as corrosion, fracture mechanics, fatigue and oxide films are needed as input data for such work. The generation of reliable data calls also for more sophisticated testing systems. The newly developed pneumatic loading technology (patented in Finland and international patents pending) provides important potential benefits and has already been successfully applied to testing many kinds of materials in different test environments. As the moving parts that penetrate the pressure boundary are not needed, the friction force at the sealing element location is avoided. Therefore the load control with pneumatic loading unit is more accurate than with the conventional servo-hydraulic devices. This enables testing of small size samples which is an advantage e.g. when testing irradiated materials or testing materials inside the reactor core of a nuclear power plant and especially in determining environmentally assisted crack growth rates of structural materials. Furthermore, the new design enables simultaneous testing of several samples, which helps produce more reliable statistical data in a more economical way. This thesis summarizes my work done at the Technical Research Centre of Finland over the past 9 years to increase the knowledge of factors affecting material testing devices and material properties in gas and aqueous coolants at high temperatures. The developed pneumatic servo-controlled material testing device has been used to perform crack growth rate tests as a function of stress intensity factor K for AISI 316 stainless steel and Inconel 182 weld metal in Boiling Water Reactor (BWR) coolant by using small size (10x10x55 mm) three point bending specimens. The load and displacement were controlled during these tests by the pneumatic servo-controlled fracture measuring device (PSCFM device) and based on test results crack growth rates for Inconel weld metal and AISI 316 have been calculated. During the tests, accuracy with very slow constant displacement rates of 1.2 10-5 mm/min and 1.2 10-6 mm/min and long term stability of the pneumatic material testing system under high temperature water environment, has been verified. Furthermore, the crack growth rate for Inconel 182 weld metal as a function of sulphate content (10, 20, 30 ppb) of BWR coolant has been determined. These results shows that the crack growth rate of Inconel 182 weld material is strongly affected by the sulphate content of BWR coolant. Furthermore, prototypes of pneumatically powered fatigue (PSCFAT-device), controlled distance electrode (PSCCDE-device) and tensile (PSCINCORE-device) devices have been designed and tested. The units, which were based on proven technology, operated well and gave reliable test results for the material design parameters. The PSCFAT device was tested at room temperature and the degree of specimen bending and general system performance were measured. A strain controlled axial fatigue test in a 12 MPa autoclave at 100°C was also performed. The test material was AISI 316 stainless steel and the specimen failed in its midsection due to fatigue after 15600 cycles. The preliminary tests with pneumatically powered controlled distance electrode arrangement equipment (PSCCDE) is presented. The equipment was tested in air at room temperature and in typical BWR environments. The test material was pure nickel and its oxide film properties were tested in BWR environment as a function of potential. The design work for the pneumatic tensile testing device which is capable of working in a real reactor core is introduced. Prototype design, load calibrations, load frame for thin specimen tensile testing, and reactor installation with 30 m gas lines is presented. Furthermore, the PSCINCORE device was used to determine stress and strain curves for pure Cu specimen in the BR-2 reactor at Mol in Belgium. Reactor pool water temperature was 90°C, neutron flux ∼0.3∗1014 n cm-2s-1s (E>1 MeV) and damage rate ∼2∗10-4 h-1. The test type was constant displacement rate test with strain rate ∼10-7 1/s. Some of the results gained in this work are unique, whenever possible however, the test results have been verified by comparison to earlier results with alternative techniques. Invariably, the comparisons prove applicability of the pneumatically powered technology developed in this work.
  • Sähkökäytöt osana digitalisaatiota
    (2016-12-12) Kivistö, Jarno
     Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
    Työssä tutkitaan digitalisaation tuomia uusia mahdollisuuksia sähkömoottoreiden ja teollisuusvaihteiden kunnonvalvontaan. Digitalisaatio on vuosina 2014 ja 015 ollut keskeinen puheenaihe teknologia-alan yrityksissä. Tämän työn kannalta olennaista digitalisaation kannalta on datan tallentaminen datakeskuksiin ja mahdollisuudet datan käsittelyyn ja raportointiin. Työssä käsitellään palvelutuotekonseptia ja mahdollisuuksia miten kunnonvalvonnasta voitaisiin luoda toimiva palvelutuote. Sähkökäyttöjen kunnonvalvontaan on kehitetty lukuisia eri tekniikoita. Tekniikoista saatavia hyötyjä tutkitaan tässä työssä ja lopun yhteenvedossa rajataan pois tekniikoita, joita ei voida hyödyntää tämän työn tavoitteena olevana palvelutuotteena. Perinteiset kunnonvalvontatekniikat eivät tunnista digitalisaation myötä tulevia mahdollisuuksia, kuten datan tallentamista ja vertailua nykyarvon ja historiassa kerättyjen arvojen välillä. Työn aikana ei rakennettu testilaitteistoa tutkimuksia varten, eikä työn aikana lähtenyt pilottiprojekteja käyntiin. Työn tutkimukset ja tulokset perustuvat tutkijoiden julkaisuihin ja niiden analysointiin.
  • Taajuusmuuttajien turvatoiminnot osana koneturvallisuuden sähköisiä ohjausjärjestelmiä
    (2015-06-10) Lehto, Pyry
     Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
    Diplomityössä vertaillaan koneturvallisuuden keskeisten turvatoimintojen toteuttamista perinteisillä turvarele- ja kontaktoritekniikkaan pohjautuvilla ratkaisuilla ja taajuusmuuttajien sisäänrakennetuilla turvatoiminnoilla. Vertailussa on otettu huomioon euromääräiset suhteelliset komponenttikustannukset, toteutuksen tilantarve sekä tarvittavien liitäntäpisteiden määrä. Vertailtavat toiminnot ovat turvallinen momentin poisto (safe torque off, STO), turvallinen pysäytys 1 (safe stop 1, SS1) sekä turvallisesti rajoitettu nopeus (safely-limited speed, SLS). Vertailun tuloksena havaitaan, että hyödyntämällä taajuusmuuttajien sisäänrakennettuja turvatoimintoja on tarvittavasta turvatoiminnosta riippuen mahdollista säästää 18–50 prosenttia komponenttikustannuksissa ja 23–30 prosenttia asennuspinta-alan tarpeessa. Lisäksi kytkentäpisteitä tarvitaan turvatoiminnosta riippuen 69–77 prosenttia vähemmän, kun käytetään taajuusmuuttajan sisäänrakennettuja turvatoimintoja. Kytkentäpisteiden määrä vaikuttaa tarvittavaan asennusaikaan ja siten asennustyön kustannuksiin. Vertailun perusteella taajuusmuuttajien sisäänrakennettuja turvatoimintoja hyödyntämällä on saavutettavissa merkittäviä säästöjä turvatoimintojen toteutuksessa. Tämä havainto tukee käsitystä, että taajuusmuuttajien sisäänrakennettujen turvatoimintojen käyttö teollisuuden koneturvallisuussovelluksissa tulee yleistymään. Myös turvaväylätekniikan käyttö teollisuudessa tulee markkinatutkimusten perusteella yleistymään. Väylätekniikkaa hyödynnettäessä on kuitenkin otettava huomioon pahimman tapauksen vasteajan määrittämisessä väylätiedonsiirron mahdolliset viiveet ja virheet. Lisäksi on otettava huomioon muut mahdolliset prosessin aiheuttamat viiveet turvatoimintojen suorituskyvyn varmistamiseksi. Vertailun ja turvaväylätarkastelun lisäksi diplomityö antaa yleiskatsauksen teollisuuden konesovellutusten turvallista toimintaa ja käyttöä koskevaan sääntelyyn sekä sääntelyn vaatimuksiin vastaamiseen standardisoinnin avulla.
  • Tutkimus säädettävien sähkökäyttöjen osuudesta Suomen teollisuuskäytöistä
    (1988) Moilanen, Pekka
     Helsinki University of Technology | Master's thesis