Käyttötehon vaihteluihin mukautuva uppomäntäpumppu osana käänteisosmoosilaitosta
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2016-05-16
Department
Major/Subject
Koneensuunnittelu
Mcode
K3001
Degree programme
Konetekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
88+6
Series
Abstract
Uusiutuvien energianlähteiden hyödyntämisen haasteena on niiden tuottaman tehon vaihtelevuus verrattuna perinteisesti teollisuudessa käytettyihin fossiilisten polttoaineiden ja ydinvoiman tuottamaan tasaiseen ja ennalta tiedettyyn tehoon. Uusiutuvan energian käyttöönotto edellyttääkin siten uusien laitteiden suunnittelua, jotka mahdollistavat tuotetun tehon maksimaalisen hyödyntämisen, riippumatta tehon vaihtelevuudesta. Käänteisosmoosilaitoksessa myös laitteiden kuorma voi olla vaihtelevaa, jos suolanpoistoon käytettävien kalvoyksiköiden määrää muutetaan käytettävissä olevan syöttötehon perusteella. Vaihtelevaan tehoon ja kuormaan mukautuva pumppu voisi olla eräs ratkaisu mahdollisimman korkean hyödyn tuottamiseksi uusiutuvista energianlähteistä. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää vesihydraulinen korkeapainepumppu, jolla on erinomainen hyötysuhde ja joka kykenee mukautumaan tehonvaihteluihin. Diplomityössä suunniteltiin vesi-hydraulinen uppomäntäpumppu sekä simulointiin laskennallisesti sen toimintaa tasaisella sekä vaihtelevalla kuormalla. Nämä simulaatiot tehtiin tuuliturbiinikäyttöisestä käänteisosmoosilaitoksesta, jossa suunniteltu pumppu on kytketty mekaanisesti tuuliturbiiniin. Vertailujärjestelmänä pidettiin laitosta, jossa tuulisähkö ensin taltioidaan akkuihin ja sitten tavallisen pumpun pyörittävää sähkömoottoria käytetään talletetulla sähkövirralla. Työssä tutkittiin myös uppomäntäpumpun sopivuutta erilaisten uusiutuvan energian talteenottolaitteiden kanssa sekä perustellaan miksi käänteis-osmoosi soveltuu parhaiten suolaveden suodatukseen. Suunnitelmien perusteella on valmistettu adaptiivinen uppomäntäpumppu, jota tutkitaan jatkotutkimuksissa. Simuloinneista saatujen tulosten perusteella adaptiivisella pumpulla voitaisiin tuottaa 20 % enemmän puhdasta vettä verrattuna saman kokoluokan sähköisesti avustettuun järjestelmään kun pumppausjärjestelmää käytetään vaihtelevalla teholla. Lisäksi adaptiivista pumppua käyttämällä koko järjestelmän investointi- ja huoltokustannukset pienenevät, koska sähköisen järjestelmän laitteistoa ei tarvita.Renewable energy sources produce fluctuating power. In the industry, however, the processes are designed to work with constant power which the fossil fuels and nuclear energy produce. Accordingly, for increasing the use of renewable energy sources, new state-of-the-art machinery must be developed to utilize the generated fluctuating power more efficiently. Moreover, as in reverse osmosis, the load can also fluctuate if the number of desalinating membranes is changed proportionately to the available power. Design of a power-adaptive pump could re-solve the challenge of the fluctuating power and increase the usage of renewable energy sources. The goal of this master’s thesis was to develop a water hydraulic high-pressure plunger pump, which has excellent efficiency and can adapt to fluctuating power. In the master’s thesis, a water hydraulic plunger pump was designed and simulated with constant as well as variable load. The simulations were made using a wind turbine powered reverse osmosis facility, where the designed power-adaptive pump is mechanically attached to the wind turbine. A comparison system was one that first stores the electrical energy into batteries and then uses that electrical energy to drive a motor which drives a normal plunger pump. An aim of the thesis is to identify the possible renewable energy converters that the power-adaptive pump could be compatible with and powered by in a reverse osmosis system. Another aim is to demonstrate why reverse osmosis is the best desalination method. A plunger pump was manufactured according the design introduced in this thesis. The pump will be tested as follow-up research. According to the simulations, the power-adaptive plunger pump produces 20 % more desalinated water than the same size electrically aided system when the pumping system was driven with a fluctuating power source. Furthermore, by using a power-adaptive pump, the investment and maintenance costs are significantly lower because then the electrical support system is not needed.Description
Supervisor
Pietola, MattiThesis advisor
Calonius, OlofKajaste, Jyrki
Keywords
uppomäntäpumppu, käänteisosmoosi, energia, adaptiviinen