Konvertterituotteen nestejäähdytyspiirin tutkimus- ja kehitystyö
Ekola, Juha (2021-05-10)
10.05.2021
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021051029474
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021051029474
Tiivistelmä
Paine energiatehokkaisiin ratkaisuihin ja päästöjen merkittäviin vähennyksiin avaa mahdollisuuksia laivaliikenteen sähköistämiselle ja uusiutuvien energialähteiden entistä voimakkaammalle hyödyntämiselle. Yksi merkittävä kulmakivi sähköistämisen ratkaisuissa on nestejäähdytetty taajuusmuuttajateknologia. Konvertterituotteiden luotettavuus on yksi tärkeistä avaintekijöistä, kun puhutaan esimerkiksi laivajärjestelmistä ja merituulivoimasta. Laitteiden tulee olla vaatimukset täyttäviä ja toimintavarmoja käyttöolosuhteissa. Tässä tutkimuksessa perehdyttiin konvertterituotteen nestejäähdytyspiiriin. Nestejäähdytyspiirin tarkoitus on estää laitteen ylikuumentuminen.
Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa konvertterituotteen nestejäähdytyspiiriin sekä sen sisältämiin komponentteihin kohdistuvia säännöksiä ja vaatimuksia. Letkujen ja letkukokoonpanojen tyyppitestausvaatimuksiin perehtyminen oli osa tutkimusta. Yksityiset luokituslaitokset antavat merenkulun alalla laivoille luokitustodistuksen ja laitosten ohjeita on nouda-tettava luokitusten alaisten laitteiden kuten konvertterituotteiden suunnittelussa.
Kirjallisuuskatsauksen pohjalta luotiin ymmärrystä materiaalien soveltuvuuksista ja tärkeistä ominaisuuksista jäähdytyspiiriä koskien. Nestejäähdytyspiirissä materiaalien tulee olla yhteensopivia ja mekaanisesti riittävän lujia. Erilaisten korroosiomuotojen syntymistä on pyrittävä estämään. Vaatimukset materiaaleille vaihtelevat konvertterituotteen lopullisesta käyttökohteesta riippuen.
Luokituslaitosten asettamien vaatimuksien ja konvertterituotteita valmistavan yrityksen tarpeiden pohjalta valittiin työn kokeellisen osan käytännön testeihin soveltuvat materiaalit ja komponentit. Komponenteille luotiin soveltava testisuunnitelma, jonka tulosten pohjalta voitiin tarkastella komponenttien soveltuvuutta konvertterituotteeseen. Testauksen pääpainona oli valittujen osien käytettävyyden ja luotettavuuden tarkastelu eräässä yrityksen valmistamassa konvertterituotteessa.
Tutkimuksen havaintojen ja testitulosten perusteella voitiin päätellä, että diplomityössä tutkitut ja testatut komponentit olivat helppokäyttöisiä ja toiminnaltaan luotettavia. Komponenteista johtuvia nestevuotoja ei testeissä käynyt ilmi. Testatut komponentit olivat soveltuvia ja käyttökelpoisia kohteena olleeseen konvertterituotteeseen. Testattu letkutyyppi kuitenkin murtui valmistajan ilmoittamaa arvoa matalammalla paineella. Tämän tutkimuksen osana testejä varten kehitetyt apuvälineet ja menetelmät ovat soveltuvia vastaavissa komponenttitesteissä jatkossakin. Jatkotutkimuskohteina ehdotettiin murtumispainekokeiden suorittamista huonelämpötilaa korkeammissa lämpötilaolosuhteissa sekä kiihdytettyjä elinikätestejä letkukokoonpanoille. Demand for energy-efficient solutions and significant emission reductions opens up opportunities for the electrification of shipping and the increased use of renewable energy sources. Liquid cooled drive technology is an essential part of electrification. The reliability of drive systems is one of the key factors when it comes to, for example, ship systems and offshore wind power. The converter product must meet the requirements and be reliable in all operation conditions. In this study, the liquid cooling circuit of a converter product was introduced. The purpose of the cooling system is to prevent the device from overheating.
The aim of this thesis was to explore the regulations and requirements for the liquid cooling circuit of a converter product and for the components it contains. Understanding with the type testing requirements for hoses and hose assemblies was part of the study. In the maritime sector, private classification societies issue a classification certificate to ships and the instructions of the classification society must be followed in the design of the equipment subject to classifications.
Based on the comprehensive literature review, it was created additional understanding of the suitable materials for the cooling circuit. Materials must be compatible and mechanically durable. Efforts must be made to prevent the formation of various forms of corrosion. The requirements for materials vary depending on the final application.
Practical tests were made with materials and components which fulfilled the requirements issued by the classification society and a company which manufactures converter products. An applicable test plan was created for these components. The focus of the testing was to study the usability and reliability of the selected parts in a converter product manufactured by the company.
Based on the findings and test results of the study, it could be concluded that the components studied and tested in the thesis were easy to use and reliable in operation. Liquid leakage due to components was not detected in the tests. The components tested were suitable and usable for the converter product. However, the tested hose type burst at a lower pressure than specified by the manufacturer. The equipment and methods developed for testing are applicable to similar component tests. As further research subjects, it was proposed to perform burst pressure tests at a temperature higher than room temperature and highly accelerated life tests for hose assemblies.
Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa konvertterituotteen nestejäähdytyspiiriin sekä sen sisältämiin komponentteihin kohdistuvia säännöksiä ja vaatimuksia. Letkujen ja letkukokoonpanojen tyyppitestausvaatimuksiin perehtyminen oli osa tutkimusta. Yksityiset luokituslaitokset antavat merenkulun alalla laivoille luokitustodistuksen ja laitosten ohjeita on nouda-tettava luokitusten alaisten laitteiden kuten konvertterituotteiden suunnittelussa.
Kirjallisuuskatsauksen pohjalta luotiin ymmärrystä materiaalien soveltuvuuksista ja tärkeistä ominaisuuksista jäähdytyspiiriä koskien. Nestejäähdytyspiirissä materiaalien tulee olla yhteensopivia ja mekaanisesti riittävän lujia. Erilaisten korroosiomuotojen syntymistä on pyrittävä estämään. Vaatimukset materiaaleille vaihtelevat konvertterituotteen lopullisesta käyttökohteesta riippuen.
Luokituslaitosten asettamien vaatimuksien ja konvertterituotteita valmistavan yrityksen tarpeiden pohjalta valittiin työn kokeellisen osan käytännön testeihin soveltuvat materiaalit ja komponentit. Komponenteille luotiin soveltava testisuunnitelma, jonka tulosten pohjalta voitiin tarkastella komponenttien soveltuvuutta konvertterituotteeseen. Testauksen pääpainona oli valittujen osien käytettävyyden ja luotettavuuden tarkastelu eräässä yrityksen valmistamassa konvertterituotteessa.
Tutkimuksen havaintojen ja testitulosten perusteella voitiin päätellä, että diplomityössä tutkitut ja testatut komponentit olivat helppokäyttöisiä ja toiminnaltaan luotettavia. Komponenteista johtuvia nestevuotoja ei testeissä käynyt ilmi. Testatut komponentit olivat soveltuvia ja käyttökelpoisia kohteena olleeseen konvertterituotteeseen. Testattu letkutyyppi kuitenkin murtui valmistajan ilmoittamaa arvoa matalammalla paineella. Tämän tutkimuksen osana testejä varten kehitetyt apuvälineet ja menetelmät ovat soveltuvia vastaavissa komponenttitesteissä jatkossakin. Jatkotutkimuskohteina ehdotettiin murtumispainekokeiden suorittamista huonelämpötilaa korkeammissa lämpötilaolosuhteissa sekä kiihdytettyjä elinikätestejä letkukokoonpanoille.
The aim of this thesis was to explore the regulations and requirements for the liquid cooling circuit of a converter product and for the components it contains. Understanding with the type testing requirements for hoses and hose assemblies was part of the study. In the maritime sector, private classification societies issue a classification certificate to ships and the instructions of the classification society must be followed in the design of the equipment subject to classifications.
Based on the comprehensive literature review, it was created additional understanding of the suitable materials for the cooling circuit. Materials must be compatible and mechanically durable. Efforts must be made to prevent the formation of various forms of corrosion. The requirements for materials vary depending on the final application.
Practical tests were made with materials and components which fulfilled the requirements issued by the classification society and a company which manufactures converter products. An applicable test plan was created for these components. The focus of the testing was to study the usability and reliability of the selected parts in a converter product manufactured by the company.
Based on the findings and test results of the study, it could be concluded that the components studied and tested in the thesis were easy to use and reliable in operation. Liquid leakage due to components was not detected in the tests. The components tested were suitable and usable for the converter product. However, the tested hose type burst at a lower pressure than specified by the manufacturer. The equipment and methods developed for testing are applicable to similar component tests. As further research subjects, it was proposed to perform burst pressure tests at a temperature higher than room temperature and highly accelerated life tests for hose assemblies.