Βελτιστοποίηση λειτουργίας 2-Χ ναυτικού κινητήρα με τη χρήση στατιστικών μεθόδων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την βελτιστοποίηση της λειτουργίας ενός σύγχρονου ναυτικού κινητήρα. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε για 3 συνεχή χρόνια σε φορτηγό πλοίο της ποντοπόρου ναυτιλίας με 2-Χ κινητήρα και scrubber για την αποθειοποίηση του HSFO που χρησιμοποιεί ως καύσιμο της ΜΕ. Στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται βιβλιογραφική ανασκόπηση για τους κινητήρες diesel των πλοίων και τα κυριότερα λειτουργικά μεγέθη αυτών. Στη συνέχεια αναφέρονται οι κατηγορίες των κινητήρων diesel και γίνεται σύγκριση των 2-Χ και 4-Χ κινητήρων, καθώς και ανάλυση της λειτουργίας τους. Για τη μείωση της κατανάλωση καυσίμου και κατεπέκταση της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου(SFOC), σημαντικό ρόλο έχει ο υπερπληρωτής και πιο συγκεκριμένα ενός 2-Χ κινητήρα. Επιπλέον γίνεται αναφορά στη καύση και τα καύσιμα που χρησιμοποιούνται κατά τη πλεύση, η ανάφλεξη και αυτανάφλεξη αυτών, η οποία είναι ανάλογη του είδους του καυσίμου. Ενώ γίνεται αναφορά και στα εναλλακτικά καύσιμα. Γίνεται ανάλυση της ναυτιλίας και της ρύπανσης από τους αέριους ρύπους και οι κατηγορίες αυτών. Αναφορικά με τη μείωση των ρύπων, εκτός από τη κατηγορία του καυσίμου υπάρχουν και άλλες λύσεις, όπως η χρήση scrubbers και άλλες τεχνικές για το καθαρισμό των ρύπων. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στο Διεθνές Πλαίσιο Μείωσης Αέριων Ρύπων από τη ναυτιλία με κανονισμούς, αλλά και πως μπορεί να επιτευχθεί βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο, αναλύονται οι μέθοδοι και τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για τη παρακολούθηση και τη μείωση των αέριων ρύπων. Η ανάλυση έγινε με το στατιστικό πρόγραμμα SPSS και πραγματοποιήθηκε έλεγχος κανονικότητας, έλεγχος Shapiro-Wilk, έλεγχος Kolmogorov-Smirnov, ανάλυση συσχέτισης, συντελεστής γραμμικής συσχέτισης Pearson, ανάλυση Παλινδρόμησης, πολλαπλή Παλινδρόμηση και τη μέθοδο Stepwise. Στη συνέχεια γίνεται η περιγραφή και λειτουργία του κινητήρα MAN B&W DIESEL ENGINE 7S65ME-C8.2 και των βασικών εξαρτημάτων. Έπειτα υπάρχουν πίνακες σχετικά με την απόδοση της μηχανής (θερμοκρασίες, ταχύτητα, πίεση, δείκτη καυσίμου κλπ.), καθώς και τις καμπύλες απόδοσης για λειτουργία της μηχανής στο 100%. Επειδή ο συγκεκριμένος τύπος της μηχανής χρησιμοποιεί scrubber για την αποθειοποίηση του καυσίμου, γίνεται αναφορά σε αυτό και τα κύρια χαρακτηριστικά του και στα υπολείμματα που του καυσίμου. Το πιο σημαντικό κομμάτι της εργασίας είναι η παρουσίαση και επεξεργασία των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν, εκ των οποίων ως ανεξάρτητες μεταβλητές έχουν επιλεγεί η ταχύτητα περιστροφής της μηχανής, η ταχύτητα περιστροφής του υπερπληρωτή και θερμοκρασία εισόδου και εξόδου των καυσαερίων στο στρόβιλο του turbocharger, ενώ εξαρτημένη μεταβλητή επιλέχθηκε η ειδική κατανάλωση καυσίμου (Specific Fuel Oil Consumption (SFOC)) και το καύσιμο HSFO. Στη συνέχεια ακολουθούν τα αποτέλεσμα που προέκυψαν σχετικά με τη συσχέτιση των μεταβλητών για τη παρακολούθηση και τη μείωση των αέριων ρύπων που προέρχονται από ναυτικούς κινητήρες diesel. Ενώ στο τελευταίο κεφάλαιο αναγράφονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη παρακολούθηση της 2-Χ μηχανής για 3 έτη.