Προσομοίωση λειτουργικής συμπεριφοράς δίχρονου ναυτικού κινητήρα ντήζελ με βάση τις εργοστασιακές δοκιμές και τις δοκιμές θαλάσσης με έμφαση στα χαμηλά φορτία

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία προσεγγίζει σε πρώτο επίπεδο σε θεωρητική βάση τη δυνατότητα λειτουργίας ενός ναυτικού κινητήρα σε χαμηλό φορτίο και κατά συνέπεια σε χαμηλές ταχύτητες περιστροφής εκτός του πεδίου σχεδιασμού του. Πρόκειται για μια σύγχρονη στρατηγική με σκοπό το περιορισμό της ημερήσιας κατανάλωσης καυσίμου με συνέπεια την μείωση κόστους αλλά και τον περιορισμό των απόλυτων τιμών των εκπεμπόμενων ρύπων.

Γίνεται αναφορά στις σημερινές διατάξεις που ενισχύουν τη χρήση του παραπάνω μέτρου με στόχο την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης αλλά και σε νέους δείκτες που έχουν εισαχθεί στη ναυτιλία με σκοπό την «ποσοτικοποίηση» της απόδοσης του κάθε πλοίου λειτουργώντας και ως μέτρο σύγκρισης. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά σε τροποποιήσεις που έχουν προταθεί κυρίως από τους κατασκευαστές των κινητήρων για την καλύτερη δυνατή εφαρμογή του μέτρου και την αντιστάθμιση τυχόν προβλημάτων που θα μπορούσαν να προκύψουν κατά την λειτουργία του κινητήρα σε σημεία εκτός σχεδιασμού (περιοχές χαμηλού φορτίου). Για τη διερεύνηση γίνεται χρήση ειδικού λογισμικού προσομοίωσης ναυτικών κινητήρων Ντήζελ που έχει ενσωματωθεί σε διαγνωστικό λογισμικό που έχει αναπτυχθεί από τον Καθ. κ. Δ. Χουντάλα.

Στη συνέχεια, προσεγγίζεται θεωρητικά το διαγνωστικό λογισμικό και κυρίως η δυνατότητα της προσομοίωσης που παρέχει. Κάνοντας χρήση πραγματικών μετρήσεων για διαφορετικά φορτία του κινητήρα προσδιορίζονται οι καμπύλες τάσης των λειτουργικών παραμέτρων του κινητήρα που καθιστούν εφικτή την εκτίμηση τους σε όλο το εύρος φορτίου εως και τα χαμηλά. Πρόκειται για μια σημαντική διερεύνηση διότι δεν υπάρχουν επαρκή δεδομένα για τις λειτουργικές παραμέτρους σε περιοχές χαμηλού φορτίου.

Τέλος γίνεται προσδιορισμός των λειτουργικών παραμέτρων των αντίστοιχων σημείων από το διαγνωστικό πρόγραμμα PYTHIA-V με χρήση της προσομοίωσης. Στη παρούσα εργασία εξετάζονται δύο μεθοδολογίες οσον αφορά στη περιγραφή της λειτoυργίας του υπερπληρωτή. Στη πρώτη χρησιμοποιούνται λειτουργικά δεδομένα του υερπληρωτή (πίεση σάρωσης κλπ) που εκτιμώνται , με χρήση των τιμών που μετρήθηκαν στην διάρκεια των επίσημων δοκιμών και στη δεύτερη προσομοιώνεται η λειτουργία του υπερπληρωτή χρησιμοιποιώντας τη μέθδο της λειτουργικής ομοιότητας. Αυτό είναι πρακτικά αναγκαίο διότι δεν υπάρχουν διαθέσιμοι χάρτες λειτουργίας για το συμπιεστή και το στρόβιλο. Ο τελικός στόχος είναι η σύγκριση των αποτελεσμάτων με τις αντίστοιχες μετρήσεις και η εξακρίβωση της δυνατότητας λειτουργίας του λογισμικού για τον προσδιορισμό σημείων λειτουργίας για χαμηλά φορτία.

This thesis, at first stage, approximates at theoretical base, the functionality of a marine engine at low load operation and therefore at low rotational speeds outside the field of design. It is a modern strategy used in order to reduce the daily fuel consumption resulting in cost savings and reduce the absolute values ​​of the emitted pollutants.

A reference is made to the current provisions supporting the use of these measures in order to increase the energy efficiency and to new indicators introduced in shipping to "quantify" the performance of each vessel. Then reference is made to the changes that have been proposed mainly by manufacturers of engines for the best possible implementation of the measure and compensate for any problems that might arise during the operation of the engine in locations out of the design (areas with low load). It is made use of a special simulation software for diesel marine engines incorporated into diagnostic software developed by Prof. D. Chountalas.

Then, we approached theoretically the diagnostic software and particularly the possibility of the simulation that provides. Using actual measurements for different engine loads we specified the trend curves of operating parameters of the engine that makes it possible to estimate the entire load range up and down. This is an important investigation because there is insufficient data on operational parameters in low load operation.

Finally, determination of operating parameters of the corresponding points from the diagnostic program PYTHIA-V using simulation is made. The present study examined two ways for the description of the operation of turbocharger. In the first, we used operational data which are estimated, using the values ​​measured during the official shop tests and sea trials and in the second one, the operation of the turbocharger is simulated using the method of the functional similarity. This is important because there are no data for the compressor and the turbine in this field of operation. The ultimate goal is to compare the results with the corresponding measurements and to verify the operability of the software to determine operating points for low loads.