Conceptual design and solution evaluation of a cooling and fuelling auxiliary unit for Wärtsilä 31DF

Abstract

Auxiliary systems for marine vessel applications are often delivered and used as individual and separate components. The purpose of this thesis was to initiate development of a modular auxiliary unit, whose main functionality was to feed and regulate cooling water and fuel oil for Wärtsilä 31DF engines. The goal was to design a 3D-model concept of the auxiliary unit regarding requirements and functionalities from the Offshore market segment.

The thesis presents different types of functional schemes, auxiliary system components and technical specifications, and theory about product development and marine market segments. The theory chapter supports development of the conceptual design.

Different functional solutions were presented during the design phase, and system components were selected based on the determined functionalities. Siemens NX was used to design different 3D-models and the auxiliary unit assembly, based on the selected system components.

The thesis resulted in a modular cooling and fuelling unit variant for Wärtsilä 31DF, which covered the 12V, 14V and 16V cylinder configurations. The modular thinking and functional maps were key solutions to develop a flexible auxiliary unit that could be offered to the broad market. The work enables further development and evaluation of different layout solutions, to determine a final solution used for detail design.

Hjälpsystem för marina fartygsapplikationer levereras och används ofta som enskilda och separata komponenter. Syftet med detta examensarbete var att initiera utveckling av en moduluppbyggd hjälpenhet, vars huvudsakliga funktionalitet var att mata och reglera kylvatten och dieselbränsle för Wärtsilä 31DF-motorer. Målet var att utforma ett 3D-modellkoncept av hjälpenheten med avseende på krav och funktionaliteter från Offshore-marknadssegmentet.

I arbetet presenteras olika typer av funktionsdiagram, systemkomponenter och tekniska specifikationer samt teori om produktutveckling och marinmarknadssegment. Teoridelen fungerar som beslutsgrund för konceptlösningen.

Under designfasen presenterades olika funktionslösningar. Utgående från de bestämda funktionslösningarna valdes specifika systemkomponenter. Siemens NX användes för att designa 3D-modeller, utgående från de valda systemkomponenterna.

Arbetet resulterade i en 3D-modell för en moduluppbyggd kylnings- och bränslehjälpenhet för Wärtsilä 31DF, som täckte de olika cylinderkonfigurationerna 12V, 14V och 16V. Modultänkandet och funktionsdiagrammen var viktiga lösningar för att förstärka utvecklingen av en flexibel hjälpenhet som kunde erbjudas till en bred andel av den marina marknaden. Arbetet möjliggör vidareutveckling och utvärdering av olika layoutlösningar, för att bestämma en slutlig lösning för detaljdesign.

Merialusten sovellukset kuten tukijärjestelmät toimitetaan ja käytetään usein erillisinä osina. Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli alkaa kehittää modulaarista avustusyksikköä, jonka päätoiminto on jäähdytysveden ja dieselpolttoaineen syöttäminen ja säätäminen Wärtsilä 31DF -moottoreille. Tavoitteena oli suunnitella 3D-konseptimalli avustusyksiköstä Offshore-markkinasegmentin vaatimusten ja toimintojen perusteella.

Työssä esitellään erilaisia toimintakaavioita, järjestelmäkomponentteja ja teknisiä eritelmiä, sekä tuotekehityksen ja merimarkkinasegmenttien teoriaa. Teoreettinen osa toimii konseptiratkaisun päätöksenteon perustana.

Suunnitteluvaiheen aikana esitettiin erilaisia toiminnallisia ratkaisuja. Määritettyjen toiminnallisten ratkaisujen perusteella valittiin tiettyjä järjestelmäkomponentteja. Siemens NX-ohjelmistoa käytettiin 3D-mallien suunnitteluun, valittujen järjestelmäkomponenttien perusteella.

Lopputulos on 3D-konseptimalli modulaariselle jäähdytys- ja polttoaineavustusyksikölle Wärtsilä 31DF-moottoreille, joka kattaa sylinterikokoonpanot 12V, 14V ja 16V. Modulaarinen ajattelutapa ja toimintakaaviot ovat tärkeitä ratkaisuja joustavan avustusyksikön kehittämisessä. Avustusyksikköä voidaan tarjota laajalle osalle merimarkkinoita. Työn avulla voidaan edelleen kehittää ja arvioida eri ratkaisuja, jotta voidaan määrittää lopullinen ratkaisu yksityiskohtaiseen suunnitteluun.