Puulajin vaikutus haketusenergiaan
Mäenpää, Eero Antti Akseli (2021)
2021
Konetekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Mechanical Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-25
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105235313
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105235313
Tiivistelmä
Haketusenergia kuvaa tietynlaisen hakkugeometrian ja puulajin lujuusominaisuuksien yhteisvaikutusta tarvittavaan energiamäärän haketettua kiintokuutiota kohden. Haketusenergia on tärkeä konesuunnittelun lähtöarvo, joka vaikuttaa hakun ja sen tärkeimpien komponenttien kokoon. Haketusenergian ymmärtäminen ja täsmällisempi tieto auttaa laitetoimittajia valitsemaan tehtaille oikean koneen, jolloin vältytään ali- tai ylimitoitukselta.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli ymmärtää vaakasyöttöisen kiekkohakun haketuksen ottamaa energiaa. Haketusenergia on tässä tutkimuksessa määritetty laskennallisesti ja mittauksilla tehdasolosuhteissa. Mittaukset suoritettiin heinäkuussa 2020 Metsä Fibre Joutsenon sellutehtaalla. Tehdasmittaukset pystyttiin Joutsenossa suorittamaan männylle ja kuuselle. Tehdasmittaukset suoritettiin samalle hakulle, joten hakun geometrian vaikutus pysyi vakiona.
Hakelastun muodostumisesta johdettiin lausekkeet, joihin lähtöarvoiksi asetettiin kirjallisuudesta saadut puulajien lujuusominaisuudet sekä Joutsenoon asennetun hakun tekniset tiedot. Lausekkeeseen jääneet valittavat parametrit valittiin, niin että ne toteuttavat kuusen mittaustuloksen Joutsenosta. Kun parametrit oli tarkennettu kuusen tulokseen, lujuusominaisuudet vaihdettiin männyn vastaaviin. Männyn laskennallista tulosta verrattiin Joutsenossa mitattuun arvoon, ja voitiin katsoa, että laskenta toteuttaa molempien puulajien mittaustulokset.
Mittaus suoritettiin molemmille puulajeille yksittäismittauksella sekä pitkän ajan keskiarvona. Yksittäismittauksessa hakkuun syötettiin yksitellen tarkkaan mitattuja puita, ja energian kulutuksesta haettiin ja kohdennettiin niitä vastaavat kulutukset. Pitkän ajan keskiarvo mitattiin usean tunnin ajanjaksoina. Ajanjakson kulutettu energia kohdennettiin sinä aikana ajettuun kapasiteettimäärään. Kapasiteetti saatiin puunlastaukselta vuorokohtaisesti. Molemmissa mittauksissa energia saatiin mittaamalla yhden hakkumoottorin energiakulutusta moottorikeskuksesta. Yksittäismittauksen tulokset olivat linjassa vanhojen mittausten kanssa, ja niitä käytettiin vertailuarvoina laskennallisille tuloksille.
Mittaustulokset olivat samankaltaisia aiempien mittausten kanssa. Ensimmäisiä laskentatuloksia voi täten pitää lupaavina. Mittauksia tarvitaan kuitenkin lisää, jotta laskennallinen malli voidaan todentaa ensin useammalla puulajille, ennen kuin haketusenergian voi määrittää pelkän laskennan pohjalta. Chipping energy describes the combined effect of a certain type of chipping geometry and the strength properties of a wood species on the amount of energy required per chipped solid metric cube. Chipping energy is an important initial value in machine design, which affects the size of the chipper and its most important components. Understanding the chipping energy and more accurate information will help equipment suppliers choose the right machine for their customers, thus avoiding under- or oversizing.
The aim of this study was to understand the energy taken up by the chipping of a horizontal feed disc chipper. The chipping energy in this study has been determined theoretically and by measurements under factory conditions. The measurements were performed in July 2020 at Metsä Fiber's Joutseno pulp mill. Factory measurements could be performed on pine and spruce in Joutseno. Factory measurements were performed for the same chipper, so the effect of chipper geometry remained constant.
Equations were formed for the formation of wood chips, based on the strength properties of wood species obtained from the literature and the technical data of the chipper installed in Joutseno. The selectable parameters left in the expression were chosen so that they complete the measurement result of spruce from Joutseno. After adjusting the parameters to the result of spruce, the strength properties were changed to those of pine. The calculated result of pine was compared with the value measured in Joutseno, and it could be considered that the calculation completes the measurement results of both tree species.
The measurement was performed for both tree species by individual measurement and as a longterm average. In a single measurement, accurately measured logs were fed into the chipper one by one, and the corresponding consumption was retrieved and allocated from the energy consumption measurements. The longterm average was measured over several-hour periods. The energy consumed during the period was allocated to the amount of capacity driven during that period. Capacity was obtained from log loading for each work shift. In both measurements, energy was obtained by measuring the energy consumption of one chipper motor from the motor center. The results of the single measurement were in line with the old measurements and were used as benchmarks for the calculated results.
The measurement results were similar to previous measurements. The first calculation results can thus be considered promising. However, more measurements are needed so that the theoretical model can first be verified by more than one tree species before the chipping energy can be determined from the calculation alone.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli ymmärtää vaakasyöttöisen kiekkohakun haketuksen ottamaa energiaa. Haketusenergia on tässä tutkimuksessa määritetty laskennallisesti ja mittauksilla tehdasolosuhteissa. Mittaukset suoritettiin heinäkuussa 2020 Metsä Fibre Joutsenon sellutehtaalla. Tehdasmittaukset pystyttiin Joutsenossa suorittamaan männylle ja kuuselle. Tehdasmittaukset suoritettiin samalle hakulle, joten hakun geometrian vaikutus pysyi vakiona.
Hakelastun muodostumisesta johdettiin lausekkeet, joihin lähtöarvoiksi asetettiin kirjallisuudesta saadut puulajien lujuusominaisuudet sekä Joutsenoon asennetun hakun tekniset tiedot. Lausekkeeseen jääneet valittavat parametrit valittiin, niin että ne toteuttavat kuusen mittaustuloksen Joutsenosta. Kun parametrit oli tarkennettu kuusen tulokseen, lujuusominaisuudet vaihdettiin männyn vastaaviin. Männyn laskennallista tulosta verrattiin Joutsenossa mitattuun arvoon, ja voitiin katsoa, että laskenta toteuttaa molempien puulajien mittaustulokset.
Mittaus suoritettiin molemmille puulajeille yksittäismittauksella sekä pitkän ajan keskiarvona. Yksittäismittauksessa hakkuun syötettiin yksitellen tarkkaan mitattuja puita, ja energian kulutuksesta haettiin ja kohdennettiin niitä vastaavat kulutukset. Pitkän ajan keskiarvo mitattiin usean tunnin ajanjaksoina. Ajanjakson kulutettu energia kohdennettiin sinä aikana ajettuun kapasiteettimäärään. Kapasiteetti saatiin puunlastaukselta vuorokohtaisesti. Molemmissa mittauksissa energia saatiin mittaamalla yhden hakkumoottorin energiakulutusta moottorikeskuksesta. Yksittäismittauksen tulokset olivat linjassa vanhojen mittausten kanssa, ja niitä käytettiin vertailuarvoina laskennallisille tuloksille.
Mittaustulokset olivat samankaltaisia aiempien mittausten kanssa. Ensimmäisiä laskentatuloksia voi täten pitää lupaavina. Mittauksia tarvitaan kuitenkin lisää, jotta laskennallinen malli voidaan todentaa ensin useammalla puulajille, ennen kuin haketusenergian voi määrittää pelkän laskennan pohjalta.
The aim of this study was to understand the energy taken up by the chipping of a horizontal feed disc chipper. The chipping energy in this study has been determined theoretically and by measurements under factory conditions. The measurements were performed in July 2020 at Metsä Fiber's Joutseno pulp mill. Factory measurements could be performed on pine and spruce in Joutseno. Factory measurements were performed for the same chipper, so the effect of chipper geometry remained constant.
Equations were formed for the formation of wood chips, based on the strength properties of wood species obtained from the literature and the technical data of the chipper installed in Joutseno. The selectable parameters left in the expression were chosen so that they complete the measurement result of spruce from Joutseno. After adjusting the parameters to the result of spruce, the strength properties were changed to those of pine. The calculated result of pine was compared with the value measured in Joutseno, and it could be considered that the calculation completes the measurement results of both tree species.
The measurement was performed for both tree species by individual measurement and as a longterm average. In a single measurement, accurately measured logs were fed into the chipper one by one, and the corresponding consumption was retrieved and allocated from the energy consumption measurements. The longterm average was measured over several-hour periods. The energy consumed during the period was allocated to the amount of capacity driven during that period. Capacity was obtained from log loading for each work shift. In both measurements, energy was obtained by measuring the energy consumption of one chipper motor from the motor center. The results of the single measurement were in line with the old measurements and were used as benchmarks for the calculated results.
The measurement results were similar to previous measurements. The first calculation results can thus be considered promising. However, more measurements are needed so that the theoretical model can first be verified by more than one tree species before the chipping energy can be determined from the calculation alone.