Cooling system optimization in medium-speed engines

Tässä työssä optimoidaan keskinopean Wärtsilä 32 -dieselmoottorin jäähdytysjärjestelmää ja tutkitaan taajuusmuuttajien käyttömahdollisuutta kiertopumppujen yhteydessä niin, että järjestelmässä saataisiin kiertämään vain kulloinkin tarvittava määrä vettä. Tutkimuksen mallinnus on toteutettu laatimalla aiemmin käytössä olleista yksinkertaisista simulointimalleista yksi malli, johon on sisällytetty sekä virtauksen että lämmönsiirron laskenta, jotka on aiemmin mallinnettu erillisillä ohjelmilla. Diplomityö on osa projektia, joka on tehty Sähkötekniikan osaston tutkijan Mikko Pääkkösen kanssa yhteistyössä. Tämän diplomityö keskittyy lähinnä virtausteknisiin ja lämmönsiirtoon liittyviin asioihin, kun taas sähkötekniikan osuus on esitetty Mikko Pääkkösen raportissa. Tulosten perustella voidaan sanoa, että taajuusmuuttajakäyttö kannattaa kiertopumppujen yhteydessä. Käyttämällä pumppujen virtaussäätöä voidaan jäähdytysjärjestelmästä jättää monia komponentteja, kuten termostaattiventtiilejä pois. Mallinnetut yksinkertaiset piiriratkaisut näyttävät toimivan ainakin yleisellä tasolla. Tutkimusta pumppujen säädöstä ja tässä projektissa luoduista jäähdytysjärjestelmäkonfiguraatioista kannattaa jatkaa.

This thesis investigates the opportunities of using frequency converters with cooling system circulation pumps as well as general optimization of a Wärtsilä 32 medium-speed diesel engine cooling system. The empirical part of the study is carried out with a Matlab Simulink simulation model, which is modified from the previous, simpler models. New cooling system configuration ideas are tested with this model. The Master’s thesis is a part of a study made with M.Sc. Mikko Pääkkönen from the Department of Electrical Engineering. The thesis concentrates on flow dynamics and heat transfer issues, while an electrical investigation can be found in M. Pääkkönen’s report. According to the simulation results, it seems that the use of frequency converters for controlling the circulation pumps is worth considering. Several components can be left out from the configuration, if the flow adjustment is performed by variable frequency drives (VFD) instead of temperature control valves and the like. Further investigation of the cooling pump control and the new cooling system concepts is preferable.