Design and Optimization of the Free End of an Engine-Generator Set : Wärtsilä 20V34DFB for a Power Plant Installation

Abstract

The thesis was done at Citec as an assignment for Wärtsilä. The objective of this thesis was to design a shorter base frame for the 20V34DFB engine and adjust the piping accordingly on the conceptual level. The natural frequencies of the pipes and the base frame were calculated. The thesis included building the structure model using NX and Finite Element Method model using Abaqus and also creat-ing a natural frequency calculation report for the free end piping and the base frame. It is important that the base frame and the free end pipes do not start to resonate with the critical excitations from the engine. That would be very wearing on the structure. In order to avoid this, natural frequencies of the newly designed base frame and pipes were calculated and problematic modes were tuned. Three challenging components were found after calculating the natural frequencies of the 20V34DFB generating set. They were optimized by modifying the structure and optimizing additional supports. The local natural modes of the components were shifted to safe frequency areas away from the main engine excitations. All the objectives of the thesis work were completed.

Opinnäytetyö tehtiin Citecillä toimeksiantona Wärtsilälle. Opinnäytetyön tavoit-teena oli suunnitella lyhempi yhteinen alusta 20V34DFB–moottorille sekä muoka-ta putkia alustaan sopivaksi. Suunnittelu tehtiin konseptitasolla. Putkien sekä alus-tan ominaistaajuudet laskettiin ja analysoitiin. Opinnäytetyö sisältää rakennemallin luomisen NX:llä, elementtimentelmämallin luomisen Abaquksella sekä ominaistaa-juuslaskentaraportin vapaanpään putkille ja alustalle. Yhteisen alustan ja vapaan pään putkien suunnittelussa on tärkeää, etteivät moot-torin kriittiset herätetaajuudet osu rakenteellisten ominaistaajuuksien lähelle. Tämä olisi rakenteelle erittäin kuluttavaa. Suunniteltujen putkien ja alustan ominaistaa-juudet analysoitiin sekä ongelmalliset ominaismuodot säädettiin paremmiksi. Ominaistaajuuksien analysoinnin seurauksena löytyi kolme haastavaa komponent-tia. Nämä komponentit optimoitiin muokkaamalla tuentaa sekä niiden rakennetta. Paikalliset ominaismuodot saatiin muutosten seurauksena siirrettyä turvallisille taa-juus alueille pois moottorin kriittisiltä herätetaajuuksilta. Opinnäytetyön kaikki ta-voitteet saatiin saavutettua.