Academic literature on the topic 'Siemens Industrial Turbomachinery AB'

The extension of gas fuel flexibility in the Siemens SGT-300 single shaft (SGT-300-1S) is reported. A successful development program has increased the capability of the Siemens Industrial Turbomachinery, Lincoln (SITL) dry low emissions (DLE) burner configuration to a fuel range covering a Wobbe index (WI) from 15 to 49 MJ/Sm3. The WI reported in this paper is at a 15 °C fuel temperature. The standard SGT-300-1S SITL DLE combustion hardware allows for gas and liquid fuels within a specified range typically associated with natural gas and diesel, respectively. The range of the WI associated with natural gas is 37–49 MJ/Sm3. Field operation of the standard production SGT-300-1S has confirmed the reliable operation with an extension to the fuels range to include processed landfill gas (PLG) from 30 to 49 MJ/Sm3. The further extension of the fuel range for the SGT-300-1S SITL DLE combustion system was achieved through high pressure testing of a single combustion system at engine operating conditions and representative fuels. The variations in the fuel heating value were achieved by blending natural gas with diluent CO2 and/or N2. Various diagnostics were used to assess the performance of the combustion system, including the measurement of combustion dynamics, temperature, fuel supply pressure, and the emissions of NOx, CO, and unburned hydrocarbons (UHCs). The results of the testing showed that the standard production burner can operate for a fuel with a WI as low as 23 MJ/Sm3, which corresponds to 35% CO2 (by volume) in the fuel. This range can be extended to 15 MJ/Sm3 (54.5% CO2 in the fuel) with only minor modification to control losses through the burner and to maintain similar fuel injection characteristics. The SITL DLE combustion system is able to cover a WI range of 15 to 49 MJ/Sm3 in two configurations. The results of testing showed a lowering in the WI, by diluting with CO2 and/or N2, so that a benefit in the NOx reduction is observed. This decrease in the WI may lead to an increased requirement of the fuel supply pressure.

Examensarbetet sammanfattar de mekanismer som binder kapital i den speciella miljö som råder i företagets gasturbintillverkning. De pågående verksamhetsutvecklande åtgärderna recenseras ur ett kapitalbindningsperspektiv och rekommendationer inför det fortsatta kapitalbindningsarbetet hos företaget presenteras. Rapporten visar även hur gängse mätmetoder och nyckeltal behöver anpassas för de långa ledtiderna och den höga grad av kundanpassning som företagets produkter kännetecknas av.

This report is the result of a master thesis work which has been carried out at Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT). The aim of the study has been to examine the possibilities of improving the internal material handling at SIT by making the flow of materials more efficient.

SIT develops, manufacture and sell steam and gas turbines to industrial customers all over the world. The site in Finspång consists of a number of workshops which are geographical spread across a fairly large area. This creates a need for material movements and transports that does not add any value to the final products being made.

To examine the possibilities of making the material handling at SIT more efficient, a description of the present situation and a mapping of the internal material flows have been made. With the mapping as a starting point, a proposal for how to improve the material flow is presented and analyzed regarding both quantitative and qualitative aspects.

The proposal, which is overarching and describes general effects rather than details, suggests that SIT relocate the core engine assembly department from the area called “Centrum” to the area called “Norrmalm” and locate the incoming goods area as close as possible to the place of the consumption of the material.

The analysis of the mapping shows that there is 180 kilometers of internal transports at SIT every week. In this distance, transport between different departments and different working stations in the same building, are not included. The need for transports exists mainly because of the fact that SIT has its incoming goods area located at Norrmalm, approximately 2.2 kilometers away from its warehouse building and by implementing the proposal given in this work, the weekly transport distance will decrease by 60 percent. Apart from the decrease in distance, the change will also make it possible to simplify the goods receiving process.

Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) manufactures gas turbines, conducts service and develop gas and steam gas turbines. The organization is located in Finspång and in Trollhättan with customers positioned all over the world. During later years the service operation has grown in volume significantly, and at the moment the organization returns number of parts for repair and recondition every year. During maintenance of a Customer turbine SIT uses both tools and instruments that when the maintenance is completed are returned to SIT in Finspång. The master thesis has studied the return processes for Siemens Industrial Turbomachinery AB for goods from the Customer site to Siemens Industrial Turbomachinery in Finspång and Trollhättan. The return processes can be divided into three main types: Planned Maintenance, Unplanned Maintenance and Tools and Instruments. The return processes and their adjacent processes have been mapped up in order to receive a picture over the present situation. The study has also summarized the demands from the processes before, during and after the return process. From the summarized demands, 26 actions have been formed that are directed at the return process. The actions have been prioritized and discussed during two seminars with personal with knowledge about the return process from different departments at Siemens. The prioritization and the authors’ own knowledge about the return process have resulted in suggestions for how Siemens Industrial Turbomachinery shall focus their work of improvement. The suggestions have been divided up into three steps so Siemens shall focus on the right action in the right order during the work of improvement. The actions include better communication, a reduced variation, correct hand over between processes and sub processes, change in work routines and an idea regarding necessary information for the process to be able to improve. One of the most important areas is that Siemens need to improve the basic data to be able to manage the returns when the maintenance of the customer turbine is planned. Siemens also needs to be able to carry out information regarding the return to the personal at customer site in a better way. The study has also examined how an internal measurement system would improve the return process. Of 22 measure points the study has suggested 6 measure points to be implemented in the return process that would help Siemens to better control their return process, make it easier to improve and to be able to make conclusions regarding future changes.
Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) tillverkar gasturbiner och bedriver service av både gas och ångturbiner. Verksamheten har man belägen i Finspång och Trollhättan och kunderna finns belägna i hela världen. Under senare år har Siemens Industrial Turbomachinery AB serviceverksamhet vuxit kraftigt och i dag returnerar företaget en stor mängd delar för reparation och rekonditionering. Vid ett underhåll på kundens turbin används både verktyg och instrument som hyrs ut till underhåll över hela värden och när underhållet är klart ska de returneras till Siemens Industrial Turbomachinery AB i Finspång. Examensarbetet har studerat Siemens Industrial Turbomachinery ABs returprocesser för gods från kundens plats till Siemens Industrial Turbomachinery ABs i Finspång och Trollhättan. Returprocesserna kan delas in i tre huvud typer: Planerade delar, Oplanerade delar och Verktyg och Instrument. Returprocesserna och dess angränsade processer har kartlagts för att få en bild av nuläget, arbetet har även sammanställt kraven utifrån processerna före, under och efter returprocessen. Utifrån kravbilden har 26 åtgärder tagits fram som berör returprocesserna. Åtgärderna har prioriterats och diskuterats på två seminarier med Siemens personal från flera olika avdelningar som hanterar returer. Prioriteringen samt författarnas egen förståelse för processerna har utmynnat i ett förslag till hur Siemens ska gå till väga för att förbättra returprocesserna. Förslagen har då delats in i tre steg för att Siemens ska kunna fokusera på rätt sak i rätt ordning under förändringsarbetets gång. Åtgärderna behandlar bättre kommunikation, minskad variation i utfallet av processerna, korrekta överlämningar mellan processer och delprocesser, förändringar i arbetsrutiner och vilken information som krävs för att processerna ska fungera bättre. Ett av de viktigaste områdena är att Siemens måste förbättra underlaget för returerna när de planerar ett underhåll för kundens turbin. Siemens måste även bli bättre att föra ut information om returen till deras personal på plats hos kund. Studien har även undersökt hur ett internt mätsystem skulle förbättra processen. Av 22 mätpunkter har studien visat att 6 mätpunkter är intressanta för returprocesserna, de skulle hjälpa Siemens att skaffa kontroll på processen, styra mot förbättringar och kunna dra slutsatser om framtida förändringar.

Syftet med detta examensarbete är att analysera packinspektionsflödet samt att presentera förbättringsförslag för att effektivisera transportpackningsprocessen och reducera platsbristen på packytan. Arbetet är utfört på Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) i Finspång under sommaren och hösten 2009.

 

SIT är en del av det tyskägda företaget Siemens AG och är ett världsledande företag inom tillverkning av gas- och ångturbiner. Ett påtagligt problem är den platsbrist som råder och företaget har inga egna möjligheter att lagra ytterligare produkter, vare sig kortidslagring eller långtidslagring. Vidare är tillverkningskedjan ursprungligen utformad för att klara av ett fåtal kontinuerliga beställningar. I nuläget befinner sig företaget i en situation där de tillverkar fler turbiner än någonsin, vilket medför att både maskiner och personal utsätts för en högre belastning och tillverkningsprojekten måste bedrivas parallellt utan störningar för att kunna produceras i tid. En störning som företaget vill begränsa är den som uppstår vid packinspektioner. Under leveransfasen transportpackas leveransen och i ett fåtal av projekten kräver kunden en packinspektion innan leverans sker.

 

För att kartlägga packinspektionsmomentet har en nulägesbeskrivning av befintlig process konstruerats. Därifrån konstaterades att den störning som en packinspektion medför är en dominoeffekt som påverkar flera avdelningar i företaget såsom, spedition, transportpackning samt kvalitetsavdelningen. Nulägesbeskrivningen har sedan utgjort underlag för att ta fram de förbättringsförslag som presenteras för att reducera platsbristen på packytan. Majoriteten av förbättringsförslagen baseras på Lean-konceptet, där huvudsyftet har varit att minimera påverkan av packinspektionerna i verksamheten för att få ett bättre flöde, hålla hög kundservice samt minimera ytan som en packinspektion upptar. Ett exempel på detta kan vara att strukturera befintlig packinspektionsprocess.

 

Resultatet av de förbättringsförslag som redovisats i analysdelen påvisar att det går att få ett bättre flöde genom packinspektionsmomentet samtidigt som packytan inte blir lika belastad vid en packinspektion. I framtiden kommer de förbättringsförslag som behandlas att kunna tillämpas på andra avdelningar och företag som tillämpar packinspektioner. 

Detta examensarbete inom lean produktion anpassar, tillämpar och utvecklar metoden för värdeflödeskartläggning på Siemens Industrial Turbomachinery AB:s tillverkning av mellanväggar. Företaget ser en ökad efterfrågan på ångturbiner, där mellanväggar är ingående komponenter. Produktionen av mellanväggar sker idag i funktionell verkstad där mellanväggen genomgår drygt 20 operationer. Värdeflödeskartläggningen ska presentera ett förbättrat produktionssystem för mellanväggar som kan möta den prognostiseradeefterfrågan. Metoden för värdeflödeskartläggning har sitt ursprung hos Toyota och bilindustrin. Examensarbetet utvecklar metoden för kundorderstyrd lågvolymproduktion och presenterar en metodhandbok för leanimplementatörer. Den föreslagna datainsamlingsmetoden förutsätter att en tvärfunktionell grupp från värdeflödet sätts samman. Vid utbildning av gruppen är det viktigt med exempel från den egna branschen, helst den egna verksamheten för att skapa en positiv identifiering. Utifrån givna förutsättningar resulterade värdeflödeskartläggningen i en flödesgrupperad, U‐formad layout för mellanväggstillverkning. Flödesgruppen är i sin tur indelad i tre celler där produktionen styrs genom CONWIP. Vid den dimensionerande efterfrågan beräknas de föreslagna förändringarna resultera i en ledtidsreduktion på 70 % och kapitalbindningen i mellanväggar minska med 28,5 miljoner kr. För att nå dit måste fokus i organisationen flyttas till flöde och takttider, dagens system där ekonomistyrningen riktar in sig på beläggningstimmar i maskiner suboptimerar systemet. Utbildning är en förutsättning för att skapa den kulturförändring som krävs för att skapa en lärande organisation med ett snabbt materialflöde med få störningar. Den genomförda kartläggningen ger också riktade rekommendationer om var i värdeflödet vissa typer av insatser vore till stor nytta, dels kortsiktigt men även långsiktigt.
This master’s thesis in the area of Lean Production adjust, apply and develop the method for Value Stream Mapping at Siemens Industrial Turbomachinery AB:s production of diaphragms. The company stands to an increased demand of steam turbines, in which diaphragms are components. Today the manufacturing of diaphragms is carried out in a conventional workshop divided into functional departments. The production process consists of more than 20 operations. The aim for the Value Stream Mapping of the production process of diaphragms is to present an improved production system with ability to reach the future demand of diaphragms to steam turbines. The method for Value Stream Mapping origins from Toyota and the automobile industry and this master’s thesis develops the method for low volume make‐to‐order production and presents a methodology guide for lean implementers. The suggested methodology recommends that a cross‐functional team is gathered to map and develop the operations. When educating the team it is important to show examples from the same kind of industry, preferably from the own company, to create a positive feeling of identification. By the given presumptions the value stream mapping resulted in a product oriented layout with a u‐shaped material flow. The layout is divided into the three production cells in which each work in process is controlled by CONWIP. At the dimensioning demand the suggested improvements are calculated to result in a lead time reduction by 70 % and the capitalization in work in process is reduced by 2.7 million euros. To reach this target the focus in the organization needs to be changed into flow of material and takt time. Today’s capacity oriented focus sub‐optimizes the system – the goal is to deliver products at the right time, amount and quality to the customer at a low cost, not activate machines. Education is a key in the cultural change that is needed to create a learning organization with few disturbances and a fast material flow. The Value Stream Mapping of diaphragms resulted in directed suggestions where in the production flow certain lean production tools will generate most advantages for the Value Stream.

Denna rapport syftar till att undersöka hur Siemens Industrial Turbomachinery AB i Finspång har valt att arbeta med processförbättringsmetoden Six Sigma, som är en mycket populär metod för att genomföra processförbättringsprojekt och mycket attraktiv för företag som ska arbeta med sådana.

 

Metoden bygger på statistik och att fatta välinformerade beslut. Detta görs genom att samla team-medlemmar från den process som ska förbättras och genom att göra mätningar inom sagda process.  Man börjar ett projekt genom att definiera problemet, går vidare med att mäta den aktuella processen, analyserar sedan de data man fått in, försöker komma på lösningar och slutligen implementerar man den lösning man bedömt som bäst.

 

Vi gjorde en kvalitativ fallstudie på företaget och intervjuade över ett dussin personer som hade olika grader av bekanthet med Six Sigma, för att få utsagor från personer med olika perspektiv på metoden.  Av detta fick vi veta att de som har varit med i ett förbättringsprojekt eller har utbildat sig inom Six Sigma var begränsade till en knapp tiondel av de anställda på företaget, men att de som var insatta i metoden var ganska väl insatta.

 

Vi går igenom ett antal faktorer inom Six Sigma och projekt baserade på metoden och ställer dessa mot relaterade teorier så att vi kan dra slutsatser.

 

Slutligen tar vi upp våra slutsatser och avslutande reflektioner där vi kommer fram till att mycket av problemen med metoden ligger i om man inte använder den fullt ut utan försöker klara sig utan att ge de resurser som krävs men att metoden annars ger ett stabilt ramverk för processutveckling.

Siemens Industrial Turbomachinery AB i Finspång är ett företag som bland annat levererar gasturbinanläggningar till hela världen. Inför huvudleveransen av anläggningen från Finspång genomgås en process, kallad avropsprocessen, där förberedelser görs i form av bland annat utplock ur förrådet, packning och administration. Processen är idag ojämn då arbetet stoppas och startas flertalet gånger, dessutom krävs mycket handpåläggning och påtryckningar för att driva processen framåt. Avdelningar som ingår i det studerade systemet är främst projektstöd, förråd, montage och packning. Projektstöd har en administrativ roll och skapar den systemmässiga transporten med allt som ska levereras, där bland annat genereras plocklistor till förrådets kö. Förrådet i sin tur plockar material som ska levereras, och skickar det sedan till packningen som förpackar materialet enligt de behov som krävs beroende på transportsätt. Montagets del i processen är att montera av material som inte kan levereras monterat på maskinen och skicka det till packningen som packar på samma sätt som beskrivs ovan. Syftet med examensarbetet är att kartlägga den nuvarande avropsprocessen för leverans av gasturbinanläggningar och ge åtgärdsförslag på hur material- och informationsflödet i processen kan utjämnas. Åtgärdsförslagen ska utvärderas med hänsyn till interna risker och kostnader. En kartläggning upprättades med hjälp av SIPOC-modellen för att skapa en detaljerad bild av hur avropsprocessen fungerar, med samtliga ingående avdelningarnas material och informationsflöden. Kartläggningen analyserades, och utifrån analysen identifierades ett antal orsaker till det ojämna flödet. De identifierade orsakerna strukturerades därefter med hjälp av Ishikawadiagram och samlades till följande huvudorsaker; att materialet hemkommer sent till SIT AB, att avropsmötet är bristfälligt, att processen för att skapa avrop är otydlig, att arbetssättet i förrådet brister, samt att vissa triggers är bristfälliga. Huvudorsakerna som framkom i orsaksanalysen diskuterades sedan i en åtgärdsanalys där diskussioner kring möjliga åtgärder fördes utifrån relevanta teorier. Dessa diskussioner sammanställdes sedan till mer konkreta åtgärdsförslag. Förslagen som framkom beskrivs kortfattat nedan: 1. Sent material. Steg ett är att arbetet som påbörjats med att införa proactive planning, som åtgärd till grundproblemet, fortsätter. Detta kompletteras med att den lista med material som riskerar att bli sent fortfarande skapas och lämnas till internprojektledaren som tar reda på om materialet hinner komma hem i tid. Om det inte hinner hem är det viktigt att information om detta förmedlas till berörda avdelningar så att onödig väntetid inte uppstår, detta förslagsvis av internprojektledaren som har störst helhetsinsikt. 2. Bristande avropsmöte. Ett förslag har tagits fram på hur checklistan för avropsmötet kan utvecklas för att underlätta förberedelser inför mötet. Denna ska distribueras av internprojektledaren tillsammans med övrig information till mötet i samband med kallelsen. Det kan även vara bra att förtydliga de rutiner för genomförande som finns, till exempel gällande vem som håller i mötet. Ett uppföljande möte kan även hållas veckan innan packveckan för att följa upp och informera om läget i projektet. 3. Otydlig process för avrop. Projektstöd bör inte invänta klartecken från packningen utan istället i största möjliga utsträckning göra samtliga avrop under samma dag och ange fredagen innan packveckan i deras avrop. Om materialet inte finns hemma i tid ska projektstöd invänta inlagringen på förrådet innan de gör sina avrop, och i de fallen föreslås att dagens datum skrivs in i avropet så att utskriften av listan görs så fort som möjligt. När avropet skapats skriver förrådet ut alla listor och lämnar till packningen för nytt plockdatum. Packningen föreslås alltid ge det nya datumet till förrådet exakt tre dagar innan de vill ha materialet för att minska risken för att de ska behöva ändra datumen flera gånger. I de fall förrådet i Centrum ska plocka på samma lista rekommenderas att det nya plockdatumet distribueras via mejl. Förslaget innebär att förrådet inte kan utföra mätningar genom SAP, och därför har en möjlig manuell mätning tagits fram i form av ett Excel-dokument. 4. Arbetssätt förråd. Det första som tas upp är att dokumentera strulet för att kunna prioritera att lösa det strul som orsakar mest problem. Ett förslag för hur detta skulle kunna se ut har tagits fram i ett Excel-dokument. Viktigt är även att tid avsätts för förrådet för att kunna arbeta fram bra rutiner och processer för sitt arbete och att en person finns ansvarig för att driva förrådets arbete med förbättringsarbete. Förutom detta kan förbättringar uppnås för packningen om förrådet börjar göra muntliga överlämningar i samband med att de levererar material. För att förenkla detta vid de tillfällen då den ansvariga packaren inte finns tillgänglig är förslaget att en whiteboardtavla sätts upp med en kolumn för varje packare där plocklistan till det som lämnas över sätts upp. Det sista som tas upp i detta förslag är att förrådet borde skriva ut de korrekta märklapparna från början och märka materialet med dessa. Då lapparna inte går att få ut i plockordning är det viktigt att fortsätta att arbeta med detta för att hitta en bra lösning. 5. Otydliga triggers. Gällande triggern för att platslistan ska skapas förslås att packningen hör av sig till projektstöd när de vill ha listan. Behovet är tydligare hos dem och därför är det mer naturligt att de styr när de vill ha den.

Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT AB) i Finspång är ett företag vars verksamhet är inriktad på tillverkning av gas- och ångturbiner för främst industriella tillämpningsområden. Företaget har cirka 2 100 anställda och är en del av den tyska storkoncernen Siemens AG. Inom SIT AB har det sedan tidigare funnits en delad mening kring vilka orsaker som främst bidrar till förluster inom företagets produktion. I dagsläget genomförs flera olika typer av driftsuppföljningar, ett problem är dock att dessa inte är synkroniserade för att ge en tydlig förlustbild på maskinspecifik nivå. Till följd av detta önskar nu produktionsansvariga på SIT AB undersöka möjligheten att mäta utrustningseffektiviteten hos sina maskinresurser genom införande av mätetalet Overall Equipment Effectiveness (OEE). Genom ett pilotprojekt ska en metod för mätning av OEE på SIT AB utvecklas, denna ska sedan implementeras och testas på två av företagets fleroperationsmaskiner. Pilotprojektet genomförs i form av ett examensarbete, arbetet ska ligga till grund för rekommendationer gällande hur mätresultaten ska användas samt hur SIT AB ska gå tillväga för att kunna genomföra OEE-mätningar i större skala.

OEE avser mätning av total utrustningseffektivitet genom ett enda mätetal. Syftet med beräkningen är att åskådliggöra omfattningen av de sex stora produktionsförluster som definieras inom ramen för Total Productive Maintenance. Efter förlustanalys kan välriktade förbättringsåtgärder vidtas med avsikt att öka utrustningseffektiviteten hos den studerade resursen.

Inom denna undersökning konstateras att OEE är ett mätetal som främst är framtaget för applikation i processliknande industrier. Eftersom SIT AB bedriver tillverkning i en huvudsakligen funktionell verkstadsmiljö krävs viss anpassning för att öka mätetalets tillämpbarhet på företaget. En sådan anpassning får även stöd i litteraturen där det klargörs att det är viktigare att åstadkomma en mätning som kan ligga till grund för förbättringsarbete än att strikt följa grunddefinitionen av OEE. Som stöd för metodanpassningen genomfördes en fallstudie på Kongsberg Terotech AS (KTT), ett av nordens ledande företag inom branschen för underhåll av verktygsmaskiner. KTT har stor erfarenhet inom OEE-mätning genom arbete som rådgivare på uppskattningsvis 15-20 olika företag där verksamhetsområdena sträcker sig från enstyckstillverkning till processindustri och från skärande bearbetning till livsmedelindustri.

Den metod som utvecklats för mätning av OEE på SIT AB är helt baserad på storheten tid. Mätningen sker genom tidsregistrering inom ett diskret antal fördefinierade förlustkategorier, framtagna specifikt för de studerade maskinerna. Genom utvecklandet av en specialdesignad blankett kan datainsamlingen skötas av maskinernas operatörer under pågående ordinarie arbete. Mätningarnas manuella utförande utgör ett hinder för exakt stopptidsmätning, konceptet kan dock införas med kort varsel och utan krav på dyra investeringar i avancerad mätutrustning.

På inrådan från KTT genomfördes OEE-mätning under en period om fyra veckor i respektive maskin. Förlustdata kunde insamlas från 95 av 96 möjliga skift och dataunderlaget omfattar 564 respektive 576 planerade produktionstimmar i vardera resurs. Trots att de båda fleroperationsmaskinerna i princip är identiska till utförandet uppvisades förlustbilder som i jämförelse är relativt olika. Av detta dras slutsatsen att maskinerna bör behandlas individuellt vid vidtagandet av eventuella förbättringsåtgärder.

OEE-mätning är något som enbart ska utföras i syfte att underlätta och motivera kontinuerligt förbättringsarbete kopplat till företagets tillverkningsprocesser. Den framtagna mätmetoden kan hjälpa SIT AB att värdera förbättringspotentialen hos den studerade produktionsutrustningen, insamlad data kan även användas för att prioritera hur förbättringsinsatserna ska fokuseras. Huvuddragen i metoden kan även användas för mätning i stor skala, förlustkategorier bör dock väljas utgående från den maskin där mätningarna ska introduceras. En tydlig nackdel är att metoden i nuvarande utförande inte säkerställer god kvalitet i insamlad data, detta kan innebära viss risk för att beslut fattas på felaktiga grunder. Metoden kan vara lämplig att använda som introduktion till OEE-mätning eller i det fall att företaget vill undvika mer omfattande investeringar kopplat till mätningarna. Om SIT AB i framtiden vill satsa på OEE-mätning rekommenderas att datainsamlingen automatiseras.

Det förbättringsarbete som ska följa av genomförda OEE-mätningar bör skötas av förbättringsgrupper tillsatta för ändamålet. Förbättringsgrupperna innehåller med fördel personal med olika kunskapsområden. En tvärfunktionell sammansättning bör innebära att förbättringsarbetet kan skötas på ett mer mångsidigt sätt än vid behandling av enskilda personalgrupper. Den viktigaste förutsättningen för ett lyckat förbättringsarbete är att alla beslut kan baseras på fakta från verkligheten, mätningar som exempelvis OEE utgör konkreta verktyg för att åstadkomma denna situation. För att kunna styra och förbättra centrala produktionsprocesser måste dessa ständigt utvärderas. I detta sammanhang kan införandet av OEE-mätning komma att spela en central roll för verksamheten på SIT AB.

Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT AB) in Finspong is a company dedicated to the production of gas- and steam turbines mainly for industrial applications. The company has around 2 100 employees and is a part of Siemens AG based in Germany. There have previously been different opinions regarding what the largest causes of losses within the company’s production are. Today a number of different ways to follow up on the production is used, a problem with these are however that they are not synchronized to give a clear view of the losses on any specific machine. As a result the production managers at SIT AB now want to look into the possibility of measuring the machines´ effectiveness by introduction of the technique Overall Equipment Effectiveness (OEE). A method for measuring OEE at SIT AB will be developed through a pilot study, this will then be implemented and tested on two of the company’s multifunctional machines. The pilot study is to be performed in the form of a master’s thesis, the paper will be the basis for recommendations regarding how the results of the measurements shall be used and how SIT AB should go about making the measurements usable on a grander scale.

OEE is used to show a resource’s total effectiveness with a single parameter. The calculations are aimed at illustrating to which extent the six big losses defined within Total Productive Maintenance affect the production. After the losses have been analysed improvement measures can be taken in order to increase the previously measured resource effectiveness.

Within this thesis it is concluded that OEE is developed mainly for use in mass-producing industries. Since SIT AB conducts production with similarities closer to a work-shop some adjustments have to be made in order to make OEE more applicable in the company. Such adjustments are supported by the literature where it is stated that it is more important to achieve a measurement which can be used as a basis for improvement rather then to strictly follow the original definition of OEE. As a support for the work with these adjustments a case study was conducted at Kongsberg Terotech AS (KTT), one of the leading companies regarding maintenance of tooling machines in the Nordic countries. KTT has gained a lot of experience when it comes to measuring OEE since they have worked as counsellors at approximately 15-20 different companies ranging from production of single units to mass-production and from metalwork to the food industry.

The method developed for the measurement of OEE at SIT AB is completely based on the entity time. The information is gathered by means of time being registered within a discrete number of predefined loss-categories designed specifically for the studied resources. Since a specially designed form is used the gathering of information can be performed by the operators during regular work. Exact registration of losses is hindered by the measurements being performed manually, however this allows the concept to be introduced with short notice and without the need of expensive investments regarding advanced equipment.

For manual data collecting KTT advised that the measurements should be performed for a period of four weeks in each machine. Data containing the losses could be gathered from 95 out of 96 shifts, which means observation of 564 and 576 planned production hours respectively in each machine. Despite the identical features of the multifunctional machines they presented different losses. This leads to the conclusion being drawn that all machines must be treated individually when it comes to deciding improvement measures.

Measuring OEE should only be carried out when the purpose is to create a basis for continuous improvement of the company’s production processes. The developed measuring technique can aid SIT AB in evaluating the potential for improvement of the studied equipment, the data can also be used to prioritize where improvement measures should be taken first. The main part of the technique can be used for measurements on a grander scale, the loss categories should however be chosen in accordance with the specific machine being studied. A clear down side is that the method in its current state does not secure good quality data, this can potentially mean that decisions are made based on false information. The method is suited for an introduction to OEE or if a company wants to avoid extensive investments. For the best possible result an automatic data collecting system is advised.

Improvement activities based on the OEE measurements should be carried out in groups appointed for the task. These groups should consist of staff with different areas of expertise, a cross functional composition will hopefully mean that the work with improvements can be undertaken in a versatile manner. The most important prerequisite for successful work with improvements is that all decisions are based on facts, measuring OEE can be used as a tool to present the reality. In order to be able to control and improve important production processes these must be constantly evaluated. In this context the introduction of OEE measurements can play an important role for the production system at SIT AB.

Siemens Industrial Turbomachinery AB, nedan utskrivet som Siemens, är en svensk turbintillverkare placerad i Finspång som tillhör den tyska koncernen Siemens AG. Turbintillverkningen i Finspång började 1911 under namnet STAL men har sedan dess bytt ägarstruktur flertalet gånger. STAL-Laval, ABB STAL och Alstom Power är ett urval av de namn verksamheten har haft innan den blev en del av Siemens.

Ett problem som Siemens står inför vid produktionsplanering av gasturbiner är de mycket långa ledtider inom den egna produktionen samt från underleverantörerna. Den totala ledtiden för en gasturbin är cirka 2,5 år samtidigt som de flesta kunder beställer sin gasturbin cirka ett år innan leverans. Produktionsplaneringen förlitar sig därför mycket på prognoser vilket skapar en osäkerhet. Detta gör det svårt att sätta en huvudplan som matchar den sanna efterfrågan från kunderna. Problemet förenklas inte av att en turbin är en mycket komplex produkt med djupa och breda produktstrukturer. Utan en säker huvudplan blir det svårt för Siemens att planera för tillverkning och inköp på ett effektivt sätt. Vid examensarbetets utförande fanns ett tydligt behov av att förbättra planeringsprocessen på Siemens för att på sikt få en stabilare och bättre planering.

Advanced Planner and Optimizer (APO) är ett så kallat avancerat planeringssystem från den tyska affärssystemsleverantören SAP. SAP levererar dessutom Siemens affärssystem R/3. APO kan användas för att planera och styra en hel supply chain med hjälp av sofistikerade matematiska metoder. APO är kopplat till R/3 så data kan överföras dem emellan men arbetet som utförs i APO sker i en fristående miljö så att scenariosimulering kan genomföras.

Examensarbetets syfte är att analysera hur APO kan stödja produktionsplaneringen på Siemens. För att göra detta har tre frågor ställts och besvarats. Dessa frågor är:

• Vilka behov finns i dagsläget på Siemens i Finspång?
• Vilka funktioner finns i planeringssystemet APO och hur fungerar de?
• Går det att matcha Siemens nuvarande behov med funktionerna i APO?

Under arbetets första skede behandlades de två första frågeställningarna parallellt. Först när dessa besvarats analyserades matchningen dem emellan som efterfrågas i fråga tre.

De behov som har observerats är:

• Ersätta och förbättra dagens simuleringsverktyg Testsystem 4 som kommer att försvinna oktober 2010
• Möjliggöra kapacitetsutjämning och simulering vid taktisk planering för att skapa bättre beslutsunderlag till huvudplanen
• Kvotering vid köpa/tillverka-beslut måste effektiviseras för att ge ett bättre underlag till den egna verksamheten och till externa leverantörer
• Minska beroendet av nyckelpersoner samt komma ifrån betydelsen av tumregler vid planeringsarbete
• Förenkla arbetet med prognossammanställning och utveckla arbetet kring prognosuppföljning.

De funktioner i APO som studerats under examensarbetes gång är Demand Planning (DP), Supply Network Planning (SNP) och Production Planning and Detailed Scheduling (PP/DS). DP kan sammanställa en efterfrågeplan och har verktyg för prognostisering och prognosuppföljning. SNP är ett verktyg för taktiskt planering som klarar av att beläggningsutjämna produktionen genom de tre lösningsmetoderna Optimizer, Heuristics och Capable-To-Match. PP/DS använder matematiska metoder för att underlätta den operativa planeringen i ett företag.

Författarnas första rekommendation till Siemens är att använda modulen SNP till att förbättra den taktiska planeringen. Detta kan ske genom att huvudplanerare kan kontrollera beläggningsutjämning tidigt samt simulera olika planer för att välja den som anses bäst. På så sätt kommer Siemens planerare få ett bra beslutsunderlag att basera sina beslut på. Genom att använda SNP på detta sätt kommer även behovet av att ersätta TS4 uppfyllas. SNP kan även användas till att hantera behovet av bättre kvotering genom att bygga en separat modell dedikerad till denna uppgift vilket kommer leda till effektivare arbetsrutiner i den operativa planeringen.

Den andra rekommendationen är att DP används som ett verktyg för att ge stöd vid efterfrågeplanering och prognosuppföljning. Om SNP samt DP nyttjas till de uppgifter beskrivna ovan kommer möjlighet ges till att avlasta nyckelpersoner och även undvika beroendet av tumregler.

Eftersom det inte finns något överhängande behov av att förbättra detaljplaneringen rekommenderas inte att implementera PP/DS innan de under examensarbetet identifierade behoven har åtgärdats.

Oavsett hur APO ska används på Siemens är det mycket viktigt att implementeringsarbetet sker grundligt och att mycket fokus läggs på förberedelser. Ett avancerat planeringsverktyg som APO måste implementeras smart om det ska kunna användas fördelaktigt. Beroende på hur APO används kommer det eventuellt att medföra en del förändringar i hur dagens planeringsarbete ser ut vilket är viktigt för Siemens att inse och rätta sig efter. Därför är det av yttersta vikt att implementeringsarbetet utförs av konsulter med mycket kunskap och erfarenhet av APO tillsammans med personal på Siemens med god kunskap om verksamheten och dagens arbete.

Siemens Industrial Turbomachinery AB, called only Siemens below, is a Swedish gas turbine manufacturer located in Finspång and is a part of the German group Siemens AG. The production of gas turbines in Finspång was first started in 1911 a company named STAL. Since then the site has changed name numerous times and was at times part of groups such as ABB and Alstom Power before it finally became a part of Siemens AG.

Siemens has got a problem in their production planning process due to very long lead times, both within the own production and from their suppliers. The production lead time for a gas turbine is approximately 2.5 years although Siemens’s customers usually order a gas turbine one year before delivery. The production planners therefore have to rely on forecasts which create uncertainties. This makes it hard to make a master plan that match the actual demand. The complexity of a gas turbine and its deep and wide product structures makes it even harder. Without a good master plan it is very hard to plan effectively further down in the planning hierarchy for the procurement and manufacturing planners. There is clearly a need to improve the production planning process to be able to in time create a more stable and better plan.

Advanced Planner and Optimizer (APO) is a so called advanced planning system from SAP. SAP also delivers Siemens’s ERP-system R/3. APO can be used to plan and control an entire supply chain by using sophisticated mathematical methods. APO is connected to R/3 making data transfer in between easy and also allowing scenario testing outside the actual ERP-system.

The purpose of this master thesis is to analyze how APO can support the production planning process at Siemens. To do that, these three questions have been asked:

• What are the present needs at Siemens in Finspång?
• What functions are available in APO and how do they work?
• Is it possible to match the needs at Siemens with the functions in APO?

Firstly the questions number one and two were answered simultaneously. Not until those questions were answered the answer to the third one was explored by analyzing the match between the two first.

The present needs found at Siemens were:

• To replace and improve the current simulation tool TS4 which will be gone in October 2010
• To make capacity leveling and simulation possible at a tactical planning level that can enable better decision making for the master plan
• Quotation at the make/buy decision has to become more effective to make planning easier at their own workshops as well as at their external suppliers
• To decrease dependence of key human resources and also to stop relying on rules of thumb during the production planning
• To simplify the tasks forecast aggregation and to develop the work regarding follow-up of forecasts

The APO functions that have been investigated are Demand Planning (DP), Supply Network Planning (SNP) and Production Planning and Detailed Scheduling (PP/DS). DP can aggregate a demand plan and has got tools for statistical forecasting and forecast follow-up. SNP is a tool for tactical planning that also can handle capacity leveling through the three different solving methods Optimizer, Heuristics and Capable-To-Match. PP/DS use mathematical methods to handle detailed planning at a short planning horizon.

The authors’ first recommendation is to use the SNP module to improve their tactical planning. This could be done by letting the master planner control capacity leveling early on and also run different scenarios and then choosing the best one. This will provide Siemens’s production planners with reliable information to base decisions on. Also by using SNP in this way the need of a TS4 replacement will be met. SNP can also be used to manage the need of better quotation by building a separate model that is dedicated especially for this task which will increase the work efficiency in operational planning.

The second recommendation is that DP is being used as a supportive tool for demand planning and forecast follow-up. If both SNP and DP are used for the tasks mentioned above it will also be possible to decrease dependence of key human resources and avoid planning by rules of thumb.

Since there is no obvious need of improved detailed planning at the moment, PP/DS is not recommended to be implemented before the other recommended modules.

No matter how APO is going to be used at Siemens it is of utter importance that the implementation is thought through and well planned with a lot of focus on the preparations. An advanced planning system such as APO has to be implemented smartly if it is to work properly. Depending on how APO is to be used there might be some changes in the present way of working with planning which is important for Siemens to realize before executing the implementation. It is also very important that the implementation is being done by a team of skilled consultants with expert knowledge and plenty of experience of APO implementations together with people with a broad knowledge of Siemens’s business.

Gas turbine development is constantly moving forward and for higher efficiency hotter turbine inlet temperature is required. Because of that, one of the largest design problems is to find efficient ways to cool the hot parts in the gas turbine. This master thesis at Linköping University has been written at Siemens Industrial Turbomachinery AB in Finspång. The task was to develop and evaluate new alternative cooling and mounting concepts for a transition duct in Siemens latest gas turbine, SGT-750. Transition duct is a hot part and have the task to guide the hot gas from the combustion chamber to the turbine inlet in a gas turbine. The transition duct of today is cooled by a relative large amount of compressor air which needs to be reduced in case of a power upgrade. The current mounting solution requires three combustion chambers to be removed for one transition duct maintenance, which is time consuming. A literature study and a market research including patent searches was made to get an overview of solutions used today. Concept was then generated from function/means tree together with morphology matrixes. This was divided in two branches, one for cooling and one for mounting and sealing. The concepts were evaluated with Go-/no go screening, datum method and weighted objectives method. Further development and combination of the concepts led to different concept suggestions which will ease and shorten the maintenance and reduce the cooling air consumption with kept material temperature.

My first contact with diagnostic ultrasound was in 1969, when I attended a demonstration of a Siemens Vidoson at Falun hospital, Sweden. A few Vidoson systems were installed in Sweden by the end of the 1960s. I was at that time sales engineer at the Medical Electronics Department at LIC, supplier of products to the public Swedish healthcare system. I joined Roche Bio-Electronics in 1971. There were some early ultrasound products — Fetasonde continuous wave (Cw) Doppler and Arteriosonde blood pressure units made in Cranbury, United States, and a French echoencephaloscope. I visited Lund several times in 1972 and became fascinated by the pioneering ultrasound work performed by Dr Inge Edler. Roche Bio-Electronics was transferred to Kontron, Zürich in 1973. I was entrusted to start up the Swedish subsidiary Kontron AB in February 1973. Bio-Electronics service engineer, Åke Larsén, also accepted the Kontron offer. I decided to focus on ultrasound in 1974, left Kontron, and joined a small trading company, wabloprodukter, as a third part-owner, starting an electromedical department, without salary but 10 % commission on sales. wablo became distributor for Parks Medical Electronics, Oregon, one of the early Doppler manufacturers. Doptone, the first fetal pulsedetector, was released in 1965 by Smith Kline Instruments (SKI), after a technology transfer agreement with Professor Rushmer’s team, headed by Don Baker, Bioengineering Department, University of washington, Seattle. Later, in 1965, Loren Parks released Parks first fetal and vascular Cw Doppler instruments. The two first wablo years became economically tough. I was close to giving up, but made a final week sales trip in southern Sweden in May 1975. On Friday of that week, visiting Allmänna Sjukhuset, Malmö (part of Lund University), Professor Lindell, of the Clinical Physiology Department said: ‘we have tried to find a Parks distributor, so far without success, we need to order two 806 Dopplers’. That became the turning point, and I decided to continue. During the coming years wablo delivered thousands of Parks Dopplers in the Nordic countries. Most of them are still today, 30 + years later, in daily clinical use! At the 2nd European Ultrasound Congress, Munich 1975, the Advanced Diagnostic Research (ADR) booth was crammed.

Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) Finspong is increasingly asked by customers to consider if a wider range of gas compositions may be operated in its gas turbines. A large part of these fuel compositions contain high concentrations of highly reactive components like hydrogen and ethane. Such fuel compositions are characterized by higher flame speeds than the standard natural gas which introduce increased risk for flashback and premature combustor and/or fuel nozzle distress. The SIT approach for fuel flexibility testing, Experimental Burner In Test engine (EBIT) uses a separate feed for testing a selected fuel composition in one burner in a standard gas turbine installation where the other burners use fuel from the standard fuel system. The separate feed is operated as a slave to engine governor heat demand, but can also be controlled independently. This paper describes how EBIT was used to test the capability of the SIT 3rd generation DLE burner to satisfactorily operate using highly reactive fuel components such as ethane and hydrogen. Combustion monitoring techniques and measurements to check flame behavior and assess flashback potentials of the tested fuel compositions are described. Results from testing show that the SIT 3rd generation DLE burner allows extending the levels of reactive fuel components accepted for operation on the SGT-700 33MW engine and SGT-800 50MW engine.

Opportunity gaseous fuels are of great interest for small and medium sized gas turbines. The variety of gaseous fuels that Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) is requested to make judgments on is continuously expanding. From such requests follows an increasing need for testing new fuels. The SIT novel approach for fuel flexibility testing, EBIT, has been to combine the single burner rig testing with a full scale engine test to give a cost effective and flexible solution. The combination of the two approaches is accomplished by using a separate feed of testing fuel to one or more burners in a standard gas turbine installation where the other burners use standard fuel from standard fuel system for engine operation. The separate feed of testing fuel can be operated as a slave to engine governor heat demand, but can also be controlled independently. This paper describes how EBIT has been implemented and tested. Combustion monitoring techniques and measurements to check behavior and predictions for full scale engine tests are presented. Results from testing with a blended natural gas with more than 50% of heat input from pentane, C5H12, in a SGT-700 engine shows that the EBIT concept is possible and powerful. The SIT 3rd generation DLE burner proves to be very fuel flexible and tolerant to high levels of pentane in the fuel. Less than 20% increase in NOx emissions can be expected when using pentane rich fuels. The burner is used in the SGT-800 47MW engine and the SGT-700 31MW engine.

Associated gases at oil wells are often rich in heavy hydrocarbons (HHC, here denoting hydrocarbons heavier than propane). HHC cause handling difficulties and the combustion properties are quite different from standard natural gas. For this and other reasons HHC rich associated gases are often flared or vented. This is an enormous waste of useable energy and a significant contribution to emissions of pollutants, global CO2 and other greenhouse gases. Siemens Industrial Turbomachinery AB in Finspong (SIT AB) recently tested a standard DLE 25 MW SGT-600 gas turbine and a standard 31 MW SGT-700 gas turbine with HHC rich natural gas. Pentane was chosen as a model substance for HHC. The tested gases had up to 30% of the fuel heating value from pentane. The unmodified standard DLE gas turbines proved to be very tolerant to the tested pentane rich gases. CO emissions were reduced with increasing pentane content in the fuel for the same power output. NOx was observed to increase linearly with the pentane content. Combustion dynamics was affected mildly, but noticeably by the pentane rich fuel. This result, together with earlier presented results for the same DLE engines on nitrogen rich natural gases, gives an accepted and tested total LHV range of 25–50 MJ/kg and Wobbe index range of 25–55 MJ/Nm3. No special adaptation of the gas turbines was necessary for allowing this wide fuel range. The benefit of increased and proven fuel flexibility is obvious as it allows the gas turbine owner to make full use of opportunity fuels and to supply power at low fuel cost.

Gas turbines are widely used power generation equipment and very important for its efficiency and flexible operability. With the increasing demand of low carbon or less greenhouse gas emission from gas turbine, usage of clean fuel (i.e. hydrogen) is highly recommended. Adaptation with various type of fuels without any operability issues are the primary focus of interest while design and development of a low NOx gas turbine combustion system. Due to chemical and physical property variation of different fuel, a common combustion system design is complex and require extensive testing. The present paper is focused on fuel flexibility of an industrial prototype burner, designed and manufactured by Siemens Industrial Turbomachinery AB, Sweden. In this work, a baseline case (Methane fuel) is compared with different custom fuel blends (mixture of methane with natural gas and hydrogen). The primary and secondary combustion characteristics were modified when hydrogen blended fuels were introduced. The Lean Blowout limit was extended for the primary and secondary flames. The secondary flame macro structure was captured using Planar Laser Induced Fluorescence and natural luminosity imaging; whereas primary flame location was characterized by the thermocouple readings. Operational stability map and emission (NOx and CO) capability of the burner was determined from the experiment. Numerical calculation using ANSYS FLUENT was performed to simulate the combustion process and compare the results with experiment. The experimental and simulation effort provided information about the flame macrostructure and operability (lean operability limit was extended by 100 K) of the new technology burner when the combustion system was exposed to different type of fuels.

Abstract Hydrogen is one of the leading options for storing energy from renewables and surplus electricity. Hydrogen is also a major constituent in various streams in the chemical industry and cannot always be used for better purposes than flaring or heat and power generation. Siemens has identified the 24MWe SGT-600 3rd generation DLE gas turbine as a candidate for having a high hydrogen capability. The burners for using hydrogen in the SGT-600 have been developed for and by Additive Manufacturing technology. The advantages of this technology have been integrated into the presented design and therefore allowing: • Rapid prototyping with possibilities for fast turnaround of tests and screening of various concepts • Manufacturing of complex geometries with smart gas passages, very innovative cooling and mixing concepts • Small series and minimum waste with reduced cost • Good repeatability and stability of product quality Burner development was carried out according to “the standard method within the industry”, meaning CFD-analysis, atmospheric single burner combustion testing followed by pressurized single burner combustion testing and finally a full-scale machine test at the SIEMENS Industrial Turbomachinery AB (SIT) test rig facility in Sweden. The rig is used for full scale testing of gas turbines in the power output range from 15MW to 62MW. It allows testing not only with standard natural gas but also gas mixtures with e.g. hydrogen or nitrogen can be run. The test facility has liquid fuel capability. During the burner development process, a project including two SGT-600 running on up to 60 volume % hydrogen was awarded to Siemens. This meant that a very definite target for the development was set and the results of these efforts are presented in this paper. An adapted 3rd gen. DLE burner design proved to be capable of using 100% hydrogen at SGT-600 full load conditions at the single burner high pressure tests giving only 35 ppm NOx@15%O2. This was a major step in the development of a hydrogen burner for the SGT-600. The following full engine test with the same burner type showed the possibility to run with 60 vol-% H2 at 0–100% load while keeping stable combustion and achieving emissions below 25 ppm NOx@15%O2 in the standard operating range of the SGT-600. At lower loads higher hydrogen contents were tested (95 vol-%) but the flow capacity of the fuel system limited the full exploration of hydrogen capability of the SGT-600 3rd gen. DLE gas turbine. The 3rd gen. DLE burner is also used in the 33MWe SGT-700 and the 62MWe SGT-800, which will also benefit from the development of the increased SGT-600 hydrogen capability. The results open the possibility of using H2 rich gas more widely in all gas turbine configurations using 3rd gen. DLE burner.

Out of Phase Thermo Mechanical Fatigue (OP TMF) 100–950°C tests with 5 min hold time, some including intermediate ageing for 4000h at 950°C after 25 cycles, have been performed on IN738LC at Siemens Industrial Turbomachinery (SIT) AB. In the standard tests, the variation in stress range during the tests was neutral. When tests with intermediate ageing were added to the analysis, the combination of test data strongly suggest that the neutral response above was because of a fairly even competition between softening due to degradation (particle coarsening etc.) and work hardening. We have concluded that the work hardening occuring for a lab hold time of 5 min. will be insignificant under more realistic, i.e. component-near, hold times. Based on this, we have devised a method for reduction of lab TMF test results, with their too short hold times, to handle actual, i.e. significantly longer, component hold times.

In the present work, a downscaled prototype 4th generation Dry Low Emission gas turbine (SGT-750) burner (designed and manufactured by Siemens Industrial Turbomachinery AB, Sweden) was investigated using an atmospheric experimental facility. The primary purpose of the research is to analyze flame stability and emission capability of the burner. OH Planar Laser-Induced Fluorescence (OH-PLIF), and chemiluminescence imaging were performed to characterize the flame structure and location. From the OH-PLIF images, the reaction zone and post flame region could be identified clearly. The chemiluminescence images provide an estimation of the overall heat release from the secondary combustion zone inside the Quarl. Emission was measured using a water-cooled emission probe, placed at the exit of the combustor to sample NOx and CO concentrations. The global equivalence ratio (Φ) was varied from rich to lean limit (flame temperature change from 1950 K to 1570 K) for understanding the stable and instable reaction zones inside the Quarl. Total thermal power was varied from 70 kW to 140 kW by changing global Φ and burner throat velocity (60 to 80 m/s). Near the lean blowout (LBO) event (at global Φ ∼ 0.4), instability of reaction zone is revealed from the flame images. Incorrect modulation of Pilot and RPL fuel splits show instable flame. Flame instability mitigation was possible using higher amount of RPL and Pilot fuel (trade-off with emission performance). The main flame LBO margin was extended by applying higher Pilot fuel and using higher preheat air temperature. Numerical analysis was carried out using Fluent to understand the scalar and vector fields. A basic chemical reactor network model was developed to predict the NOx and CO emission with experimental results. NOx emission prediction showed good agreement with experiment; whereas the model is failed to capture accurate CO emission in the lean operating points.

The “4th Generation DLE” (4G-DLE) gas turbine burner has been developed at Siemens Industrial Turbomachinery AB in Finspong, Sweden (SIT). The present document describes the design concepts of the 4G-DLE burner; emission performance and fuel flexibility capacity. These features were explored at atmospheric conditions at SIT. High concentrations of H2 and N2 mixed with natural gas were used in the experiments. Emissions (NOx, Unburned hydrocarbons, CO), combustion dynamics and temperature operation range were evaluated. Moreover, operation characteristics of the burner were investigated through forced flashback, flameouts and unfavorable ignition situations. The fuel flexibility concerning H2 stretched up to 90% vol. in a mixture with natural gas. In the case of N2 it was possible to use over 50% vol. mixed with natural gas. The operation was stable in all cases. The 4G-DLE burner showed good NOx emission performance that was linearly dependent on the flame temperature, while CO levels were also low. This fact reveals the high mixing level achieved in the burner. Finally; the burner operated over in a wide flame temperature range (approximately 200 K), showing both good stability and good emission levels.

Lean premixed dry low emission (DLE) combustion system in a gas turbine engine is a globally accepted concept to reduce pollutant emissions and to improve combustion efficiency. This study is focused on an industrial downscaled prototype burner (4th Generation Dry Low Emission Burner for SGT-750 designed and manufactured by Siemens Industrial Turbo machinery AB), which has been tested extensively at atmospheric conditions. To enhance the operability and alleviate flame dynamics behavior, multiple fuel and air circuits (i.e. Rich-Pilot-Lean (RPL), Pilot and Main) are engaged in the burner. Primarily, present study evaluates the RPL-Pilot interaction effect on the main combustion zone. A highly swirled flow from the burner exit produces a central recirculation zones (CRZ) to recirculate the hot vitiated gas for sustaining the combustion process. The main flame is stabilized in the inner shear layer (ISL), which is found in the diverging section (named as Quarl). The total power of the burner was varied between 70–140 kW and the fuel used for the experiment was 99.5% pure methane. A short length quartz liner was used for the experiment and the residence time of the combustor is 9 ms. At the liner exit, emission sampling (CO, NOx) has been conducted using a water-cooled emission probe. Optical measurements were permitted, as the Quarl and combustor liner were optically accessible. Planar laser-induced fluorescence of OH molecule (OH-PLIF) and natural chemiluminescence measurements were conducted to visualize the flame characteristics and its response by changing the RPL and Pilot fuel splits. A comprehensive study was performed by varying the RPL residence time to investigate the main flame stabilization and pollutant formation of the burner. Higher RPL residence time exhibits NOx benefits but at the same time flame instability was increased. Pilot fuel percentage modification demonstrate negative impact on NOx formation due to the limited mixing of fuel and air. With the increase of Pilot fuel split, CO emission decreases, which is advantageous for increasing the LBO margin. The study has identified a number of critical situations where the flame was stabilized without any RPL and Pilot combustion. Apart from the experimental results, a simple reactor network model has been applied for predicting NOx emission. Different kinetic mechanisms were assessed and the prediction results are compared to experimental results. Heat loss from the combustor wall played a significant role on emission formation and was included in the reactor model. This study provides a good understanding of the new DLE industrial burner concept and the RPL-pilot interaction effect on the emission.

The Siemens gas turbine SGT-800 has an annular combustor and 30 dry low emission burners. In order to further reduce the emission levels and to obtain improved understanding of the flow and associated flame dynamics, single burner rig tests have been performed. The laboratory measurements are complemented by Large Eddy Simulation (LES) to analyze the effect on the flame dynamics due to the transient fuel distribution and mixing process in the burner. The study includes both atmospheric and high pressure conditions. The computational model was developed jointly by Siemens Industrial Turbomachinery AB (SIT) and FOI. It is based on a finite rate chemistry LES model using a Partially Stirred Reactor (PaSR) turbulence chemistry interaction model and a two-step CH4/air mechanism developed by FOI. The results are compared to measurements performed jointly by SIT and Lund Institute of Technology. The experimental data includes wall temperature, pressure fluctuations, light intensity variation and simultaneous Planar Laser Induced Fluorescence of OH and acetone. The study is further complemented by Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) calculations of the fuel concentration field evaluated to laser measurements in a water rig using the same burner configuration. Different burner fuel distributions are examined and the corresponding influence on the downstream mixing, fuel distribution and flame dynamics are studied. The results indicate that the fuel distribution upstream the flame, the detailed modeling of the fuel supply manifold, including the specification of numerical boundary conditions, and the flow in the fuel and air supply pipes, have significant influence on the flame dynamics. This is proven by the successful combustion LES of an unstable flame that experiences high flame dynamics and that a modification of the boundary conditions alters the dynamics resulting in a more stable flame. This is well in accordance with the experimental data and previous experience at SIT. The modal structures caused by the interaction between the flow, acoustics and flame dynamics are analyzed using the Proper Orthogonal Decomposition (POD) technique. The dominating modes in general originate from the burner mixing tube air-fuel-mass flow-interaction and flame-combustion chamber interaction.