Hybrid Turbocharging in Marine Applications
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
77
Series
Abstract
Hybrid turbocharging is a promising technology that can improve the thermal efficiency of internal combustion engines in the marine industry to comply with ever-stringent regulations. The publicly available literature on the topic focuses mainly on the performance aspect of hybrid turbocharging. This thesis developed a way of approaching the concept of hybrid turbocharging in the marine industry from the perspective of electrical engineering. As the design process of a hybrid turbocharger is a multidisciplinary problem, mechanical and thermal constraints were also taken into consideration to emphasise the further need for simulation and numerical modelling during the design process. A three-phase four-pole high-speed surface-mounted permanent magnet synchronous machine (PMSM) was developed using conventional electric machine design equations. The PMSM is integrated into an existing turbocharger, its mechanical integrity is verified analytically and a cooling system is approximated taking into account both the internal and the external heat sources. The electric drive of the hybrid turbocharger is also included, focusing on the fundamentals of electric power transformation. A computer-aided design (CAD) software was used to develop a 3D model of the hybrid turbocharger to further conceptualise the design process and its results. The lack of aforementioned simulation and numerical modelling introduces a degree of uncertainty in the final design. The general needs and requirements of a hybrid turbocharger are presented and a cost breakdown of the complete system is provided.Hybridiahtaminen on lupaava teknologia, joka voi parantaa polttomoottorien hyötysuhdetta meriteollisuudessa ja auttaa täyttämään yhä tiukentuvat päästömääräykset. Julkisesti saatavilla oleva kirjallisuus keskittyy pääasiassa hybridiahtamisen suorituskyvyn tarkasteluun. Tämä tutkielma kehittää lähestymistavan hybridiahtamisen tarkasteluun meriteollisuudessa erityisesti sähkötekniikan näkökulmasta. Koska hybridiahtimen suunnitteluprosessi on monitieteinen ongelma, tutkimuksessa otetaan huomioon myös mekaaniset ja lämpötekniset rajoitteet, korostaen entisestään simuloinnin ja numeerisen mallinnuksen tarvetta suunnitteluprosessin aikana. Tutkimuksessa kehitettiin kolmivaiheinen, nelinapainen, suurinopeuksinen kestomagneettitahtikone käyttäen perinteisiä sähkökoneiden suunnitteluyhtälöitä. Kestomagneettitahtikone integroitiin olemassa olevaan ahtimeen, ja sen mekaaninen kestävyys varmistettiin analyyttisesti. Kestomagneettitahtikoneen jäähdytysjärjestelmä määritettiin ottaen huomioon sekä sisäiset että ulkoiset lämmönlähteet. Hybridiahtimen sähkökäyttö sisällytettiin tutkimukseen keskittyen erityisesti sähköenergian muunnon perusteisiin. Hybridiahdin mallinnettiin tietokoneavusteisella 3D-mallinnusohjelmistolla, mikä mahdollisti suunnitteluprosessin ja sen tulosten syvällisemmän havainnollistamisen. Simuloinnin ja numeerisen mallinnuksen puuttuminen tuo esitettyyn suunnitteluprosessiin epävarmuutta. Tutkimuksessa esitetään hybridiahtimen yleiset vaatimukset ja tarpeet sekä laaditaan koko järjestelmän kustannuserittely.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Raikio, TeroLaaksonen, Markus