BILAG TILHØRENDE OPTIMERING AF MASKINRUMSVENTILATION MORTEN STRANDBY CHRISTENSEN - A15514

Transkript

1 BILAG TILHØRENDE OPTIMERING AF MASKINRUMSVENTILATION MORTEN STRANDBY CHRISTENSEN - BACHELORPROJEKT DECEMBER AARHUS MASKINMESTERSKOLE

2 Indholdsfortegnelse BILAG 1 - DIESEL ENGINE ACCEPTANCE TEST RECORD... 3 BILAG 2 - TEKNISK DATA... 5 HJÆLPEMOTOR - VOLVO PENTA... 5 HJÆLPEGENERATOR PÅ DÆKKET - STAMFORD... 5 BOW THRUSTER - DETROIT DIESEL ENGINES... 5 DÆKSKRAN - NORLIFT... 6 VENTILATOR BAGBORD - MEZ... 6 BILAG 3 - OVERSIGT OVER MASKINRUMSVENTILATION... 7 BILAG 4 - DATA FOR VENTILATOR STYRBORD... 8 BILAG 5 - VENTILATIONSMÅLING BAGBORD... 9 BILAG 6 - INTERVIEW STYREG APS BILAG 7 - OLIEPRØVE BILAG 8 - FORBINDELSESOVERSIGT FREKVENSOMFORMER BILAG 9 - MASKINRUMSVOLUMEN OG LUFTFLOW BILAG 10 - LUFTBEHOV BILAG 11 - BESPARELSE VED REGULERING TOMT SKIB BILAG 12 - MÅLESCENARIER BILAG 13 - BEREGNINGER TIL TURBOLADERS VIRKNINGSGRAD Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 2 af 23

3 Bilag 1 - Diesel Engine Acceptance Test Record Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 3 af 23

4 Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 4 af 23

5 Bilag 2 - Teknisk data Hjælpemotor - Volvo Penta Hjælpegenerator på dækket - Stamford Bow thruster - Detroit Diesel Engines Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 5 af 23

6 Dækskran - Norlift Ventilator bagbord - MEZ Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 6 af 23

7 Bilag 3 - Oversigt over maskinrumsventilation Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 7 af 23

8 Bilag 4 - Data for ventilator styrbord Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 8 af 23

9 Bilag 5 - Ventilationsmåling bagbord Ventilationsskakt bagbord 2stk. 400x400mm Ventilationsskakten i bagbord udmunder i 2 lige store ventilationsskakte til henholdsvis turbolader og kompressorer. Der udført målinger på en af de lige lange sider på 400mm, hvor der er lavet målinger på 6 punkter fra 1 hul. Dette er foretaget på begge ventilationsskakte. Beregningerne for luftmængden er lavet med en korrigsionsfaktor på 0,96, da siderne har samme længde, og en usikkerhed på 1 procent. Da ventilationen i bagbord er to-trins reguleret, er der foretaget målinger for både LOW og HIGH hastighed. Til Turbolader Placering a (25mm) b (95mm) c (170mm) d (230mm) e (305mm) f (380mm) 1 (200mm) LOW 6,18 m/s 5,11 m/s 4,62 m/s 3,90 m/s 4,57 m/s 5,92 m/s 1 (200mm) HIGH 11,54 m/s 11,08 m/s 9,20 m/s 8,64 m/s 10,01 m/s 10,67m/s LOW Gennemsnitshastigheden for målingerne v gnsbb.turbolow = v gnsbb.turbolow = (a 1 + b 1 + c 1 + d 1 + e 1 + f 1 ) 6 (6,18 + 5,11 + 4,62 + 3,90 + 4,57 + 5,92) 6 = 5,05m/s Beregning af luftflow Q BB.TurboLOW = v gnsbb.turbolow A k u k f Q BB.TurboLOW = v gnsbb.turbolow (L1 L2) k u k f Q BB.TurboLOW = 5,05 (0,4 0,4) 0,99 0,96 = 0,77m 3 /s HIGH Gennemsnitshastigheden for målingerne v gnsbb.turbohigh = v gnsbb.turbohigh = (a 1 + b 1 + c 1 + d 1 + e 1 + f 1 ) 6 (11, ,08 + 9,20 + 8, , ,67) 6 = 10,19m/s Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 9 af 23

10 Beregning af luftflow Q BB.TurboHIGH = v gnsbb.turbohigh A k u k f Q BB.TurboHIGH = v gnsbb.turbohigh (L1 L2) k u k f Q BB.TurboHIGH = 10,19 (0,4 0,4) 0,99 0,96 = 1,55m 3 /s Til Kompressorer Placering a (25mm) b (95mm) c (170mm) d (230mm) e (305mm) f (380mm) 1 (200mm) LOW 1,46 m/s 1,27 m/s 1,14 m/s 1,04 m/s 1,29 m/s 1,42m/s 1 (200mm) HIGH 2,62 m/s 2,46 m/s 2,20 m/s 2,07 m/s 2,25 m/s 2,54 m/s LOW Gennemsnitshastigheden for målingerne v gnsbb.komplow = v gnsbb.komplow = (a 1 + b 1 + c 1 + d 1 + e 1 + f 1 ) 6 (1,46 + 1,27 + 1,14 + 1,04 + 1,29 + 1,42) 6 = 1,27m/s Beregning af luftflow Q BB.KompLOW = v gnsbb.komplow A k u k f Q BB.KompLOW = v gnsbb.komplow (L1 L2) k u k f Q BB.KompLOW = 1,27 (0,4 0,4) 0,99 0,96 = 0,19m 3 /s HIGH Gennemsnitshastigheden for målingerne v gnsbb.komphigh = v gnsbb.komphigh = (a 1 + b 1 + c 1 + d 1 + e 1 + f 1 ) 6 (2,62 + 2,46 + 2,20 + 2,07 + 2,25 + 2,54) 6 = 2,36m/s Beregning af luftflow Q BB.KompHIGH = v gnsbb.komphigh A k u k f Q BB.KompHIGH = v gnsbb.komphigh (L1 L2) k u k f Q BB.KompHIGH = 2,36 (0,4 0,4) 0,99 0,96 = 0,36m 3 /s Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 10 af 23

11 Bilag 6 - Interview STYREG ApS Interviewet er foretaget af undertegnet, og besvaret af en Service Engineer for STYREG ApS, som har erfaring med regulering af maskinrumsventilation. Interviewet er lavet d.11/ kl.13:30, hos STYREG ApS i Galten. Der er benyttet transskribering, hvor svarerne er markeret med anførselstegn og kursiv. - Hvilke krav sætter rederierne oftest til maskinrumsventilationen? Det kommer an på hvilken certificering de har, og hvilken klasse som de skal certificeres efter, eksempelvis Lloyd og Det Norske Veritas. Når man kigger i produktkataloget for Danfoss frekvensomformer, under designguide kan man finde de certificeringer som den har, og det er der på hver komponent. - Hvordan er jeres regulering af maskinrumsventilation, som regel opbygget? Dem vi har lavet, har haft fire ventilatorer, som har kørt master slave. Dette er med en PIregulering på differenstryk i forhold til atmosfærisk tryk. - Hvad indstiller i Sætpunktet til? Differenstrykket sættes til 10mbar over atmosfærisk tryk - Hvilken form for regulering bruges? Der bruges lukket sløjfe PI regulering. På 95 procent af de reguleringer vi er ude ved fungerer PI regulering fint, og så er der de sidste 5 procent hvor vi skal lave lidt forstærkning, eller kører lidt med I ledet, for at trimme den ind. Dette er da den er for lang tid om at blive stabil og finde sit sætpunkt, hvis der kommer en ændring. - Hvordan reagere en sådan regulering på et hurtigt trykfald, eksempelvis ved åbning af dør? Det har der ikke været problemer med, med denne regulering. Det indregulere rimelig hurtigt med, alt efter rampetiden. På denne regulering med en 17,8kWs elmotor er rampetiden på 45 sekunder fra 0-50Hz med 2 sekunder i P-ledet og 8 sekunder i I-ledet. - Hvad hedder modeltypen til en 15kWs elmotor? Skal der bare bruges en er det fint med 102 HVAC, som står for Heating Ventilation and Air Condition. Der laves en 15kWs frekvensomformer, man skal dog være opmærksom på elmotorens strømforbrug. Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 11 af 23

12 - Hvilke forhold skal man tage sig ved installation af frekvensomformer på et net med ITsystemjording? Det man skal huske, hvis der er RFI-filter i frekvensomformeren, så har den forbindelse til stel, og det vil man helst ikke have på IT-net. Så der er en parameter, som skal slås fra, hvor man kan slå RFI-filteret fra, hvilket vi gør på alle IT installationer. Hvad er et RFI-filter helt præcis? RFI er er Radio Frequencent Interference, så det er et filter for at undgå at vi har for meget støj. Men på IT-net vil vi helst ikke have noget som afleder til stel, så det er altid slået fra. - Er der andre særlige ting, som man skal være opmærksom på ved en installation på et skib, i forhold til på land? Eksempelvis: vibrationer, kapslingsklasse og lignende. At man sørger for kabelafslutninger, ved specielt motorkabler og styreledninger er skærmet 360 grader rundt, ellers ricikere man støj. Dvs. en 360 graders af metal aflastning hvor kablet er afisoleret, så det første skærmen rammer er metalaflastningen. Hvad angående vibrationer og kaplingsklasse? Vand har en fantastisk egenskab til, at komme ind over alt, så en IP55 på skibe. På en IP55 er det ikke andet end køleblæser og displayet, som egentlig har kontakt med omgivelserne. Alle print indvendigt er intern kølet, så alt den fugtige luft der er udvendigt, har ikke kontakt med printet. Printet i frekvensomformeren kan fås som ekstra coatede og rockediced, som er meget bedre til at håndtere vibrationer, da der ekstra coating og alle komponenter på printet er limet fast. Dette er marinemindet og det er det som vi har sat op. Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 12 af 23

13 Bilag 7 - Olieprøve Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 13 af 23

14 Bilag 8 - Forbindelsesoversigt frekvensomformer Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 14 af 23

15 Bilag 9 - Maskinrumsvolumen og luftflow Tegningen ovenfor, er original i målstok 1:100. Bredden på maskinrummet er målt til 14cm og længden 20cm. Maskinrumsareal: A = 1 l b 2 A = = 140m2 2 Højden i maskinrummet er gennemsnitlig målt til 5m. Maskinrumsvolumen: V = A h V = = 700m 3 Luftflow med 6 luftskift i timen: Q = Luftskift V Q = = 4200m 3 /h Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 15 af 23

16 Bilag 10 - Luftbehov Hovedmotor: Mak 6m32c DS/EN ISO 8861: Pkt Airflow for combustion for main propulsion diesel engine(s) P dp = Hovedmotors effekt (Bilag 1) m ad = Luft der kræves til forbrændig ρ = massefylde for luft For 4 takst dieselmotor: m ad = 0,0020 kg/kw s (ISO8861) q dp = P dp m ad ρ Luft ved 28,9 C, og 40,59Pa over atmosfærisk tryk på 1,010bar. ρ = 1,15 kg/m 3 q dp = ,0020 1,15 = 5,01m 3 /s Dette er med 100% belastning af hovedmotoren. Da der ved normal drift sejles med en pitch på 89%, korrigeres luftbehovet derefter. q dp_89 = q dp Pitch 5,01 0,89 = 4,46m 3 /s Hjælpemotor: Volvo Penta DS/EN ISO 8861: Pkt Airflow for combustion for diesel generator engine(s) P dg = Hjælpemotors effekt (Bilag 2) m ad = Luft der kræves til forbrændig ρ = massefylde for luft For 4 takst dieselmotor: m ad = 0,0020 kg/kw s (ISO8861) q dg = P dg m ad ρ Luft ved 28,9 C, og 40,59Pa over atmosfærisk tryk på 1,010bar. ρ = 1,15 kg/m 3 q dg = 252 0,0020 1,15 = 0,44m 3 /s Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 16 af 23

17 Dette er med 100% belastning af en hjælpemotor. Da hjælpemotorerne er forskelligt belastet ved fyldt og tomt skib, korrigeres luftbehovet derefter. Fyldt skib 2x80kW q dg_fyldt = ,0020 1,13 0,28m 3 /s Tomt skib 2x50kW q dg_tomt = ,0020 1,13 0,18m 3 /s Luftflow til forbrænding ved fyldt skib q c_fyldt = q dp_89 + q dg_fyldt q c_fyldt = 4,46 + 0,28 = 4,74m 3 /s Luftflow til forbrænding ved tomt skib q c_tomt = q dp_89 + q dg_tomt q c_tomt = 4,46 + 0,18 = 4,64m 3 /s Total luftflow ved fyldt skib Q total_fyldt = 1,5 q c_fyldt Q total_fyldt = 1,5 4,74 = 7,11m 3 /s Total luftflow ved tomt skib Q total_tomt = 1,5 q c_tomt Q total_tomt = 1,5 4,64 = 6,96m 3 /s Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 17 af 23

18 Bilag 11 - Besparelse ved regulering Tomt skib Hvor meget luft skal tilføres fra ventilatoren i styrbord, ved tomt skib, hvor ventilationen i bagbord kører HIGH hastighed. Luftbehovet i maskinrummet ved Tomt skib er fundet i bilag 10, og den leverede luftmængde fra ventilatoren i bagbord ved HIGH hastighed er fundet i bilag 5. Q SBny_tomt = Q total_tomt (Q BB.TurboHIGH + Q BB.KompHIGH ) Q SBny_tomt = 6,96 (1,55 + 0,36) = 5,05m 3 /s Ventilatorens mærkedate, som er brugt i nedstående beregninger er fundet i databladet (Bilag 4). Det nye omdrejningstal ventilatoren i styrbord skal køre med. Q SBny_tomt Q SB = n ny_tomt n SB 5,05 8,23 = n ny_tomt 2880 Ligningen løses for n_ny vha. CAS-værktøjet WordMat. n ny_tomt = 1767 o/min Den statiske trykforskel over ventilatoren i styrbord. p ny_tomt p SB = ( n 2 ny_fyldt ) n SB p ny_tomt 1153 = ( ) 2 Ligningen løses for p_ny vha. CAS-værktøjet WordMat. p ny_tomt = 434,03 Pa Det nye effektforbrug for ventilatoren i styrbord. P ny_tomt P SB = ( n 3 ny_tomt ) n SB P ny_tomt 15 = ( ) 3 Ligningen løses for P_ny vha. CAS-værktøjet WordMat. P ny_tomt = 3,46kW Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 18 af 23

19 Nye driftsdata: n ny_tomt = 1767 o/min p ny_tomt = 434,03 Pa P ny_tomt = 3,46kW Til sidst findes besparelsen i kilowatt P Besparelse_tomt = P SB P ny_tomt P Besparelse_tomt = 15 3,46 = 11,54kW Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 19 af 23

20 Bilag 12 - Målescenarier Fyldt skib Målingerne er taget ved sejlads i Østersøen, fra Hirtshals DK til Świnoujście PL. Vejeret: Temperatur 13 C, Vind 11,7m/s, Bølger 2m med 5sek. periode. (Windy) Tryk Atmosfærisk tryk (Bar) Differenstryk Testo (hpa) Gennemsnit Testo (Pa) Differenstryk U-tube (mm) Differenstryk U-tube (Pa) Scenarie 1 1,010 0,32/0,50 40, ,16 Scenarie 2 1,010 0,92/1,15 102, ,60 Scenarie 3 1,010 0,16/0,36 25, ,44 Scenarie 4 1,010-0,09/-0,93-50, ,72 Brændstofforbrug hovedmotor Start trip (l) Slut trip (l) I alt (l) Tid (min.) Forbrug trip (l/h) Forbrug flowmåler (l/h) Scenarie ,70 Scenarie ,93 Scenarie ,65 Scenarie ,23 Andre Temp. E.R. ( C) Luftfugtighed E.R. (%RH) Hastighed (Knob) Effekt Gen.1 (kw) Effekt Gen.2 (kw) Effekt Gen.3 (kw) Scenarie 1 28,9 35,4 13, Scenarie ,3 13, Scenarie 3 28,3 32,9 13, Scenarie 4 28,8 33,5 13, Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 20 af 23

21 Tomt skib Målingerne er taget ved sejlads i Østersøen, fra Świnoujście PL til Hirtshals DK. Vejeret: Temperatur 10 C, Vind 9m/s, Bølger 0,8m med 3sek. periode. (Windy) Tryk Atmosfærisk tryk (Bar) Differenstryk Testo (hpa) Gennemsnit Testo (Pa) Differenstryk U-tube (mm) Differenstryk U-tube (Pa) Scenarie 1 1,023 0,44/0,77 59, ,73 Scenarie 2 1,023 1,03/1,38 119, ,17 Scenarie 3 1,023-0,02/0,23 10, ,15 Scenarie 4 1,023-0,34/-0,93-62, ,29 Brændstofforbrug hovedmotor Start trip (l) Slut trip (l) I alt (l) Tid (min.) Forbrug trip (l/h) Forbrug flowmåler (l/h) Scenarie ,67 Scenarie ,10 Scenarie ,09 Scenarie ,25 Andre Temp. E.R. ( C) Luftfugtighed E.R. (%RH) Hastighed (Knob) Effekt Gen.1 (kw) Effekt Gen.2 (kw) Effekt Gen.3 (kw) Scenarie 1 27,1 22,9 13, Scenarie 2 26,1 26,8 12, Scenarie 3 26,5 24,5 12, Scenarie 4 27,0 24,0 12, Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 21 af 23

22 Bilag 13 - Beregninger til turboladers virkningsgrad Massestrøm brændstof m fuel = 537,8 kg/h (Bilag 1) m fuel = ( m fuel 3600 ) m fuel = ( 537, ) = 0,15kg/s Massestrøm luft Densiteten for luften i maskinrummet er fundet, ved 100 procent belastning i Bilag 1. Dette er med en temperatur på 22,5 C og et tryk op 0,995bar. Gaskonstanten for luft er fra Turbocharging Efficiencies (CIMAC). ρ luft = ρ luft = p ci R A T 0, ,10 (22, ) = 1,12kg/m3 Det tilførte luftflow til hovedmotoren med den nye densitet beregnes, som beskrevet i: DS/EN ISO 8861: Pkt Airflow for combustion for main propulsion diesel engine(s) P dp = 2880kW(Bilag 1) m ad = 0,0020 kg/kw s (ISO8861) q dp = Sidst findes massestrømmen af luft q dp = P dp m ad ρ ,0020 1,12 5,14m 3 /s m luft = q dp ρ luft m luft = (5,14 1,12) = 5,76kg/s Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 22 af 23

23 Massestrøm røggas m røg = m fuel + m luft m røg = 0,15 + 5,76 = 5,91kg/s Massestrøm vand Først findes hvor meget vand der tilføjes gennem luften i sekundet. Til dette er programmet EES - Moist Air anvendt ved med en temperatur på 22,5 C og RH36% (Bilag1), hvilket giver et vandforhold på 6,084 g/kg (Figur XXX). m vand = x m luft m vand = 6,084 5,76 = 35,04g/s = 0,035kg/s Trykforhold turbineside Temperature før og efter turbinen er fra Bilag 1, ved 100 procent belastning, og kappa-værdien for røggas er fra Turbocharging Efficiencies (CIMAC). ε T = ( T 2 T 1 ) K K 1 1,3427 ( ) ε T = ( ( ) ) 1, = 2,883 Morten Strandby Christensen 21. december 2018 Side 23 af 23