Ανάλυση και συγκριτική αξιολόγηση δεδομένων από εργοστασιακές δοκιμές και δοκιμές θαλάσσης μεγάλων δίχρονων ναυτικών κινητήρων Diesel

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται δύο ίδιες ναυτικές μηχανές Diesel βάσει μετρήσεων που λήφθηκαν κατά τις δοκιμές στο ναυπηγείο (shop tests) και τις δο- κιμές θαλάσσης (sea trials) των πλοίων στα οποία είναι εγκατεστημένες. Υπάρχουν δη- λαδή τέσσερις σειρές μετρήσεων, δύο για κάθε μηχανή. Οι μετρήσεις από τα shop tests αποτελούν τις καμπύλες αναφοράς για την κάθε μηχανή βάσει των οποίων συγκρίνεται η απόδοση τους στα sea trials. Οι περισσότερες μετρήσεις των λειτουργικών μεγεθών των μηχανών ανάγονται στις ίδιες συνθήκες αναφοράς με χρήση των σχέσεων διόρθω- σης που παρέχει ο κατασκευαστής, ώστε να είναι συγκρίσιμες μεταξύ τους καθώς οι δύο μηχανές βρίσκονται σε διαφορετικά ναυπηγεία και οι μετρήσεις έχουν ληφθεί διαφορε- τικές εποχές. Μετά τη διόρθωση οι τιμές των λειτουργικών μεγεθών αποτυπώνονται σε διαγράμματα, συναρτήσει κυρίως του φορτίου, ώστε να φανεί αν υπάρχει συσχέτιση μεταξύ τους ή κάποια ουσιαστική διαφορά. Έπειτα, αφού απομονωθούν τα σημαντι- κότερα μεγέθη εξ αυτών και βγουν τα πρώτα συμπεράσματα σχετικά με τη λειτουργία των δύο μηχανών εξετάζεται η λειτουργία των υπερπληρωτών των μηχανών. Οι μηχανές αυτές είναι υποχρεωτικά υπερπληρούμενες και φέρουν ζεύγος στροβι- λοϋπερπληρωτών το οποίο καθορίζει τα χαρακτηριστικά του αέρα στην είσοδο των κυ- λίνδρων, επηρεάζοντας έτσι τη συμπεριφορά όλη της μηχανής. Υπολογίζονται οι λόγοι πίεσης, οι παροχές αέρα και καυσαερίων και οι ισεντροπικοί βαθμοί απόδοσης συμπιε- στή και στροβίλου για κάθε υπερπληρωτή, με σκοπό να αποφανθούμε, για τη σωστή ή όχι λειτουργία τους. Παράλληλα ελέγχεται η αξιοπιστία των μετρήσεων μέσω των υπολογισμών αυτών. Τέλος γίνεται μια συνολική παρουσίαση των αποτελεσμάτων που βρέθηκαν και γίνεται εκτίμηση της κατάστασης των μηχανών και η συγκριτική αξιολό- γηση τους.

The current diploma thesis examines two identical large two-stroke marine diesel engines according to measurements taken during the shop tests and sea trials of the ships they are installed. There are four series of measurements, two for each engine. The measurements from the shop tests form the reference curves that constitute the comparative criterion of the engines’ sea trial performance. Most of those measurements are corrected to the same reference conditions using correction formulas provided by the manufacturer of the engine. This way the engines can be compared despite the fact that they are placed in different shipyards and are subject to different climate conditions. After the correction, the measurements are plotted on diagrams, versus the engine’s load, in order to notice if there is a correlation or any actual disparity between them. Afterwards, since the most important of those measurements are isolated and the first conclusions concerning the performance of the two engines emerge, the operation of the turbochargers is analyzed. Those engines are necessarily supercharged and bring a couple of turbochargers which specify the scavenge air’s thermodynamical characteristics at the engine’s inlet manifold, thus affecting the behavior of the whole engine. Pressure ratios, air and exhaust gas flows and isentropic efficiencies of compressor and turbine of each turbocharger are calculated, in order to decide if the turbochargers operate properly or not. At the same time, the credibility of the measurements is checked through these calculations. Finally, there is an overall presentation of the conclusions we arrived at and the comparative evaluation of the engines.