Engine Auxiliary System Guideline: Cooling Systems

Abstract

The thesis was done for Wärtsilä Technical Services organization. The assignment was to consolidate a guideline for cooling systems as an engine auxiliary system covering the Wärtsilä 4-stroke engines currently in production. The guideline was to include information considering both marine and power plants installations. The sources of information were internal documentation from Wärtsilä, literature review and discussions with Wärtsilä cooling system experts. The guideline includes information on the impacts of the cooling system, on engine operations, on typical cooling system configurations as well as on the differences and similarities in cooling systems between marine and power plant installations. Furthermore, the components included in the cooling system and the dynamics of a closed circuit system with constant fluid circulation are shortly presented in the guideline. The cooling water quality requirements and related maintenance activities are also presented in the guideline as the cooling water quality has a direct impact on the performance of the cooling system via corrosion, fouling and deposit formation processes. Finally, the Services reports related to cooling systems were reviewed and analyzed to include information of typical issues on cooling systems to the guideline. The cooling systems of the Wärtsilä 4-stroke engines have an essential impact on the engine operations as they protect the engine from the thermal damages and impact the performance of the engine e.g. by controlling the charge air temperature. The cooling system configuration for each installation is selected based on the ambient conditions, water availability, engine type, financial criteria and customer preferences. Typical issues in the field are related to system balancing and to the consequences of insufficient cooling system maintenance practices.

Lopputyö tehtiin Wärtsilän Technical Services –organisaatiolle. Toimeksiantona oli koota olemassa olevien yrityksen sisäisten dokumenttien, kirjallisuuslähteiden ja yrityksen jäähdytysjärjestelmäasiantuntijoiden haastattelujen pohjalta ohje koskien jäähdytysjärjestelmää yhtenä 4-tahtimoottorien apujärjestelmistä. Ohjeen tuli kattaa sekä voimalaitos- että merimoottori-installaatiot koskien Wärtsilän tällä hetkellä tuotannossa olevia 4-tahtimoottoreita. Ohjeessa on kuvattu jäähdytysjärjestelmän merkitys moottorien toiminnalle, tyypillisimmät jäähdytysjärjestelmävariaatiot sekä yhtäläisyydet ja eroavaisuudet voimalaitos- ja merimoottori-installaatioiden välillä. Ohjeessa on niin ikään esitelty lyhyesti jäähdytysjärjestelmän komponentit ja kuvattu suljetun nestekierron järjestelmän dynamiikkaa lämpötilojen, paineiden ja tilavuusvirtojen kautta. Lisäksi ohjeessa kerrotaan jäähdytysveden käsittelystä ja vaadittavista ylläpitotoimenpiteistä ruostumis- ja pinnoitteenkertymisongelmien estämiseksi. Osana ohjeen kokoamista luettiin ja analysoitiin myös Technical Services –osaston tietokannoista löytyvät jäähdytysjärjestelmiä koskevat raportit ja koottiin tiedot tyypillisistä kenttäongelmista. Wärtsilän 4-tahtimoottoreiden jäähdytysjärjestelmä on moottorin toiminnan kannalta tärkeä apujärjestelmä, joka suojaa moottoria kuumuuden aiheuttamilta vaurioilta ja joka ohjatessaan mm. ahtoilman lämpötilaa vaikuttaa suoraan moottorin suoritusarvoihin. Jäähdytysjärjestelmästä on olemassa lukuisia eri variaatioita ja järjestelmän lopullinen valinta tehdäänkin projektikohtaisesti asiakkaan vaatimukset huomioiden. Tyypilliset kenttäongelmat liittyvät järjestelmän tasapainottamiseen ja puutteellisen ylläpidon aiheuttamien ongelmien ratkomiseen.