Kaasuturbiinitekniikan kehittäminen yksiulotteisen prosessimallinnusohjelman avulla

Tämä diplomityö on tehty osana toimeksiantaja yrityksen pulssikaasuturbiinin kehittämisprojektia. Yritys on kehittänyt uuden tyyppistä kaasuturbiinia, jonka toiminta periaate poikkeaa tavallisesta kaasuturbiinista palotapahtuman jaksottamisen ansioista. Kehityksen kohteena oleva kaasuturbiini on teholtaan 100–300 kW eli kyseessä on mikroturbiini. Työn tarkoituksena on käyttää yksidimensioista prosessin mallinnusohjelmaa, jolla pyritään mallintamaan pulssikaasuturbiinin polttoprosessi mahdollisimman tarkasti. Mallinnusohjelmaksi valikoitui GT-POWER, joka on moottorin polttoprosessin mallinnus- ja simulointiohjelma. Työn tavoitteena on saada pulssikaasuturbiinimalli vastaamaan todellisuutta sekä optimoida polttoprosessi niin, että hyötysuhde olisi mahdollisimman korkea, huomioiden kuitenkin rajoitteet kuten turbiiniin sisäänmenevän kaasun lämpötila. Toisena tavoitteena on luoda malli, joka vastaa mahdollisimman tarkasti kehitteellä olevaa prototyyppi pulssikaasuturbiinia. Prototyyppimallin ja varsinaisen pulssikaasuturbiinimallin välinen ero on se, että varsinainen malli on kaksiportainen ja protomalli vain yksiportainen. Työn tutkimusongelma on kuinka saada pulssikaasuturbiinimalli vastaamaan todellisuutta? sekä kuinka mallin hyötysuhdetta voisi vielä parantaa? Teoriaosuus käsitteli kaasuturbiinitekniikkaa yleisesti, sisältäen kaasuturbiinin keskeiset komponentit, kaasuturbiinikategoriat, käytettävät polttoaineet sekä niistä aiheutuvat päästöt. Mikroturbiinikategoriaa tarkasteltiin myös hieman lähemmin ja läpi käytiin mikroturbiinisovelluksia sekä -markkinoita. Viimeinen teorialuku käsitteli mallinnusohjelma GT-POWER:ia. Työn tuloksena saatiin luotua pulssikaasuturbiinimalli, joka vastaa hyvin tarkasti todellisuutta. Mallin optimoinnin tuloksena saatiin hyötysuhteeksi 36,2 %, joka on mikroturbiinille todella hyvä lukema. Lisäksi luotiin realistinen GT-POWER-malli prototyyppi pulssikaasuturbiinista. Protomallin hyötysuhteeksi saatiin lopulta 21,2 %.fi=Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.|en=Thesis fulltext in PDF format.|sv=Lärdomsprov tillgängligt som fulltext i PDF-format

Design Under Randomness : How Variation Affects the Engineering of Biological Systems

Synthetic biology offers a powerful method to design and construct biological devices for human purposes. Two prominent design methodologies are currently used. Rational design adapts the design methodology of traditional engineering sciences, such as mechanical engineering. Directed evolution, in contrast, models its design principles after natural evolution, as it attempts to design and improve systems by guiding them to evolve in a certain direction. Previous work has argued that the primary difference between these two is the way they treat variation: rational design attempts to suppress it, whilst direct evolution utilizes variation. I argue that this contrast is too simplistic, as it fails to distinguish different types of variation and different phases of design in synthetic biology. I outline three types of variation and show how they influence the construction of synthetic biological systems during the design process. Viewing the two design approaches with these more fine-grained distinctions provides a better understanding of the methodological differences and respective benefits of rational design and directed evolution, and clarifies the constraints and choices that the different design approaches must deal with.Peer reviewe

Design Methodologies and the Limits of the Engineering-Dominated Conception of Synthetic Biology

Synthetic biology is described as a new field of biotechnology that models itself on engineering sciences. However, this view of synthetic biology as an engineering field has received criticism, and both biologists and philosophers have argued for a more nuanced and heterogeneous understanding of the field. This paper elaborates the heterogeneity of synthetic biology by clarifying the role of design and the variability of design methodologies in synthetic biology. I focus on two prominent design methodologies: rational design and directed evolution. Rational design resembles the design methodology of traditional engineering sciences. However, it is often replaced and complemented by the more biologically-inspired method of directed evolution, which models itself on natural evolution. These two approaches take philosophically different stances to the design of biological systems. Rational design aims to make biological systems more machine-like, whereas directed evolution utilizes variation and emergent features of living systems. I provide an analysis of the methodological basis of these design approaches, and highlight important methodological differences between them. By analyzing the respective benefits and limitations of these approaches, I argue against the engineering-dominated conception of synthetic biology and its “methodological monism”, where the rational design approach is taken as the default design methodology. Alternative design methodologies, like directed evolution, should be considered as complementary, not competitive, to rational design.Peer reviewe

Tarvitseeko biologia muitakin kuin biologeja? : Synteettisen ja systeemibiologian näkökulmia tieteidenvälisyyteen

Kuluvaa vuosisataa kutsutaan toisinaan ”biologian vuosisadaksi”. Genomiprojektien myötä DNA:n ”lukemisesta” on tullut osa biologista tutkimusta, ja synteettisen biologian kaltaiset tutkimushaarat pyrkivät tekemään geeniteknologisin välinein myös DNA:n ”kirjoittamisesta” arkipäivää. Tavan-omaisen kokeellisen ”märkälaboratorion” rinnalle on noussut ”kuivalaboratorio”, jossa mallinnetaan ja analysoidaan dataa. Yhä useammissa biologian projekteissa ja laboratorioissa työskentelee molekyylibiologeja, insinöörejä, fyysikkoja ja tietojenkäsittelytieteilijöitä. Mutta mitä tieteidenvälisyys todella tarkoittaa tulevaisuuden biologiassa? Tulisiko biologien pätevöityä monitieteisemmiksi, vai onko kyse pikemminkin monitieteisestä yhteistyöstä eri alojen osaajien välillä?Non peer reviewe

Tarvitseeko biologia muitakin kuin biologeja? : Synteettisen ja systeemibiologian näkökulmia tieteidenvälisyyteen

Kuluvaa vuosisataa kutsutaan toisinaan ”biologian vuosisadaksi”. Genomiprojektien myötä DNA:n ”lukemisesta” on tullut osa biologista tutkimusta, ja synteettisen biologian kaltaiset tutkimushaarat pyrkivät tekemään geeniteknologisin välinein myös DNA:n ”kirjoittamisesta” arkipäivää. Tavan-omaisen kokeellisen ”märkälaboratorion” rinnalle on noussut ”kuivalaboratorio”, jossa mallinnetaan ja analysoidaan dataa. Yhä useammissa biologian projekteissa ja laboratorioissa työskentelee molekyylibiologeja, insinöörejä, fyysikkoja ja tietojenkäsittelytieteilijöitä. Mutta mitä tieteidenvälisyys todella tarkoittaa tulevaisuuden biologiassa? Tulisiko biologien pätevöityä monitieteisemmiksi, vai onko kyse pikemminkin monitieteisestä yhteistyöstä eri alojen osaajien välillä?Non peer reviewe

Exploring biological possibility through synthetic biology

This paper analyzes the notion of possibility in biology and demonstrates how synthetic biology can provide understanding on the modal dimension of biological systems. Among modal concepts, biological possibility has received surprisingly little explicit treatment in the philosophy of science. The aim of this paper is to argue for the importance of the notion of biological possibility by showing how it provides both a philosophically and biologically fruitful category as well as introducing a new practically grounded way for its assessment. More precisely, we argue that synthetic biology can provide tools to scientifically anchor reasoning about biological possibilities. Two prominent strategies for this are identified and analyzed: the design of functionally new-to-nature systems and the redesign of naturally occurring systems and their parts. These approaches allow synthetic biologists to explore systems that are not normally evolutionarily accessible and draw modal inferences that extend in scope beyond their token realizations. Subsequently, these results in synthetic biology can also be relevant for discussions on evolutionary contingency, providing new methods and insight to the study of various sources of unactualized possibilities in biology.Peer reviewe

Höyryjärjestelmän kunnossapidon kehittäminen

Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää Metson Paper Oy:n Rautpohjan yksikön koelaitoksen höyryjärjestelmän kunnossapitoa. Tavoitteena oli suorittaa kriittisyysanalyysi höyryjärjestelmän venttiileille ja luoda sen perusteella huolto-ohjelma. Lisäksi tavoitteeksi asetettiin höyryjärjestelmän putkistojen nimeäminen, hierarkian luominen sekä putkistojen merkitseminen fyysisiin kohteisiin. Kriittisyysanalyysi toteutettiin PSK 6800 -kriittisyysanalyysipohjan avulla, joka oli sopeutettu koelaitos ympäristöön. Lähtökohtana oli korostaa turvallisuuden merkitystä järjestelmään arvioidessa. Analyysin perusteella venttiilit jaoteltiin järjestykseen kriittisyyden mukaan ja luotiin huolto-ohjelma, jossa ennakoivat kunnossapitotoimet keskitettiin kriittisimpiin venttiileihin. Putkistojen hierarkian luominen aloitettiin nimeämällä putkistot PI -kaavioihin. Nimeämisen perustana käytettiin Metso teknistä positiointistandardia. Putkistot nimettiin ja merkittiin myös fyysisiin kohteisiin helpottamaan tunnistamista. Putkistojen nimeämisen pohjalta kokosin molempien koekoneiden osalta linjaluettelot dokumentointia varten. Viimeisenä vaiheena oli luoda järjestelmän hierarkia. Työn saavutuksina voidaan pitää venttiilien kriittisyystarkastelun tuloksena saavutettua mahdollisuutta keskittää kunnossapitoresursseja kriittisimpiin kohteisiin. Huolto-ohjelma tulee toimimaan hyvänä pohjana venttiilien kunnossapidolle. Työn avulla on myös mahdollisuus kohdentaa höyryjärjestelmän putkistoihin liittyviä tapahtumia. Putkistojen nimeäminen kentälle ja PI- kaavioihin helpottaa putkistojen tunnistamista, seuraamista sekä kohdentamista. Jatkossa tulisi huolto-ohjelma sekä koekoneiden hierarkiat syöttää kunnossapitojärjestelmää, jotta niiden hyöty pääsisi oikeuksiinsa ja täytäntöön.The aim of this bachelor`s thesis was to develop the steam system maintenance in Metso`s Technology Center. The aim was to complete a criticality analysis for the valves of the steam system and to create a maintenance plan based on that analysis. Another goal was to name those steam pipelines and to create a hierarchy. A criticality analysis was implemented by using the PSK 6800 criticality analysis, which was modified to fit in with the Technology Center's environment. The main point in the evaluation was safety. Based on the analysis the steam system valves were divided according to their criticality. The maintenance plan which concentrates on those critical valves was created. The hierarchy of the steam pipelines was started by naming those pipelines in the PI-chart. Metso's technical positioning standard was used in naming. The pipelines were named and marked also in the pipes for easier identifying. Also line charts were gathered for both pilot machines. The last phase was to create the hierarchy of those steam pipelines. The achievement of this thesis is the possibility to focus maintenance resources on the most critical valves. The maintenance plan will give a good base for the steam line maintenance. This thesis also gives a possibility to focus those steam pipeline events in the right place. The naming of the steam pipelines will make the pipeline identification easier and more consistent. In future, the maintenance plan and the pilot machine hierarchy should be transfer in the powermaint