CLASSIFICATION OF MODERN METHODS FOR IMPROVING THE WORKING PROCESS OF MARINE DIESEL ENGINE

An analytical review of the main methods for improving the working process of marine diesel engines, with a method for their systematization and grouping is provided in the paper. The issue of modern methods and ways of improving the criteria for environmental friendliness, economy and energy efficiency of a diesel engine as the main ship power plant, taking into account the requirements of the MARPOL 73/78 convention, as well as compliance with the Register rules, has been studied. Based on the analysis performed, a block diagram of methods for improving the working process of a marine diesel engine is presented. The proposed block diagram makes it possible for the user to easily select the method of interest for modernizing the operation of the ship power plant, with its further detailed study. The object of scientific research is methods of improving the working process of marine diesel engines. The purpose of the research is: analysis of both basic and modern methods of modernization of the working process of the marine diesel engine, with the further possibility of their systematization and grouping in the form of a structural diagram; implementation of the collected and analyzed information in the form of the structural diagram of methods for modernizing the working process of the marine diesel engine. The research of both modern approaches and basic methods of modernization of the working process of the marine diesel engine is carried out by an analytical method followed by implementation into the block-diagram. A block diagram of the classification of modern methods for improving the working process of marine diesel engines is obtained. The results obtained allow us to conclude that the proposed block diagram makes it possible for the user to easily select the method of interest for modernization of the ship power plant operation with its further detailed study. There are uniqueness and novelty of the block diagram associated with the use of new topical methods for improving the diesel engine.

energy efficiency, marine diesel engine, modernization method, block diagram, workflow, efficiency coefficient

1. MEPC.1/Circ.681. Interim guidelines on the method of calculation of the energy efficiency design index for new ships. - London: International Maritime Organization, 2009. - 8 p.

2. MEPC.1/Circ.684. Guidelines for voluntary use of the ship energy efficiency operational indicator (EEOI). - London: International Maritime Organization, 2009. - 10 p.

3. Ерофеев В. Л. Управление энергоэффективностью объектов морской техники и судовых двигателей внутреннего сгорания: монография / В. Л. Ерофеев [и др.]; под ред. В. Л. Ерофеева, В. А. Жукова. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2018. - 184 с.

4. ГОСТ Р 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность, состав показателей. Общие положения. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 8 с.

5. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. - 16 с.

6. Распоряжение Правительства РФ от 29 февраля 2016 г. № 327-р «Стратегия развития внутреннего водного транспорта Российской Федерации на период до 2030 года» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://government.ru/docs/22004/ (дата обращения: 10.08.2020).

7. Ерофеев В.Л. Неточность термодинамических определений и терминов - путь к вечному двигателю второго рода / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, А. С. Пряхин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2016. - № 6 (40). - С. 140-149. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-6-140-149.

8. Ерофеев В. Л. О качестве и достоверности научно-технической информации / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, О. В. Мельник // Сб. тез. докладов нац. науч.-практ. конф. проф.-преп. сост. ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова». - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2019. - С. 76-78.

9. Тузов Л. В. Идеальный термодинамический цикл ДВС с изохорным и изотермическим способами подвода теплоты / Л. В. Тузов, Н. Б. Ганин, А. С. Пряхин // Двигателестроение. - 2015. - № 1 (259). - С. 3-6.

10. Ерофеев В. Л. Пределы повышения энергетической эффективности топливоиспользования поршневого ДВС / В. Л. Ерофеев, Н. Б. Ганин, А.С. Пряхин // Двигателестроение. - 2015. - № 2 (260). - С. 33-38.

11. Choi B. C. Thermodynamic analysis of a transcritical CO2 heat recovery system with 2-stage reheat applied to cooling water of internal combustion engine for propulsion of the 6800 TEU container ship / B. C. Choi // Energy. - 2016. - Vol. 107. - Pp. 532-541. DOI: 10.1016/j.energy.2016.03.116.

12. Ерофеев В. Л. О возможностях использования вторичных энергетических ресурсов в судовых ДВС / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, О. В. Мельник // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 3. - С. 570-580. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-570-580.

13. Zhu S. A review of waste heat recovery from the marine engine with highly efficient bottoming power cycles / S. Zhu, K. Zhang, K. Deng // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2020. - Vol. 120. - Pp. 109611. DOI: 10.1016/j.rser.2019.109611.

14. Liu X. Performance analysis and optimization of an electricity-cooling cogeneration system for waste heat recovery of marine engine / X. Liu, M. Q. Nguyen, M. He // Energy Conversion and Management. - 2020. - Vol. 214. - Pp. 112887. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112887.

15. Dere C. Effect analysis on energy efficiency enhancement of controlled cylinder liner temperatures in marine diesel engines with model based approach / C. Dere, C. Deniz // Energy Conversion and Management. - 2020. - Vol. 220. - Pp. 113015. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113015.

16. Lion S. A review of emissions reduction technologies for low and medium speed marine Diesel engines and their potential for waste heat recovery / S. Lion, I. Vlaskos, R. Taccani // Energy Conversion and Management. - 2020. - Vol. 207. - Pp. 112553. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112553.

17. Larsen U. Expansion of organic Rankine cycle working fluid in a cylinder of a low-speed two-stroke ship engine / U. Larsen, J. Wronski, J. G. Andreasen, F. Baldi, L. Pierobon // Energy. - 2017. - Vol. 119. - Pp. 1212-1220. DOI: 10.1016/j.energy.2016.11.069.

18. Sellers C. Field operation of a 125kW ORC with ship engine jacket water / C. Sellers // Energy Procedia. - 2017. - Vol. 129. - Pp. 495-502. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.09.168.

19. Liu X. A novel waste heat recovery system combing steam Rankine cycle and organic Rankine cycle for marine engine / X. Liu, M. Q. Nguyen, J. Chu, T. Lan, M. He // Journal of Cleaner Production. - 2020. - Vol. 265. - Pp. 121502. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.121502.

20. Ouyang T. Design and optimisation of an advanced waste heat cascade utilisation system for a large marine diesel engine / T. Ouyang, G. Huang, Z. Su, J. Xu, F. Zhou, N. Chen // Journal of Cleaner Production. - 2020. - Vol. 273. - Pp. 123057. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.123057.

21. Pan P. Thermo-economic analysis and multi-objective optimization of S-CO2 Brayton cycle waste heat recovery system for an ocean-going 9000 TEU container ship / P. Pan, C. Yuan, Y. Sun, X. Yan, M. Lu, R. Bucknall // Energy Conversion and Management. - 2020. - Vol. 221. - Pp. 113077. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113077.

22. Feng Y. Thermodynamic analysis and performance optimization of the supercritical carbon dioxide Brayton cycle combined with the Kalina cycle for waste heat recovery from a marine low-speed diesel engine / Y. Feng, Z. Du, M. Shreka, Y. Zhu, S. Zhou, W. Zhang // Energy Conversion and Management. - 2020. - Vol. 206. - Pp. 112483. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112483.

23. Ерофеев В. Л. Энергетический и эксергетический подходы к оценке повышения эффективности тепловых двигателей / В. Л. Ерофеев, В. А. Жуков, А. С. Пряхин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 5. - С. 1017-1026. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-5-1017-1026.

24. Tsitsilonis K.M. A novel systematic methodology for ship propulsion engines energy management / K. M. Tsitsilonis, G. Theotokatos // Journal of Cleaner Production. - 2018. - Vol. 204. - Pp. 212-236. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.08.154.

25. Barone G. Sustainable energy design of cruise ships through dynamic simulations: Multi-objective optimization for waste heat recovery / G. Barone, A. Buonomano, C. Forzano, A. Palombo, M. Vicidomini // Energy Conversion and Management. - 2020. - Vol. 221. - Pp. 113166. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113166.

26. Tran T. A. Effect of ship loading on marine diesel engine fuel consumption for bulk carriers based on the fuzzy clustering method / T. A. Tran // Ocean Engineering. - 2020. - Vol. 207. - Pp. 107383. DOI: 10.1016/ j.oceaneng.2020.107383.

27. Бабаев А. И. Влияние свойств топлива на токсичность отработавших газов дизелей / Анализ технического уровня и тенденций развития ДВС / А. И. Бабаев // Информцентр - НИИД. - М., 1994. - Вып. 10. - С. 3-35.

28. Дудышев В. Д. Экономия топлива и снижение токсичности бензиновых двигателей / В. Д. Дудышев // Экология и промышленность России. - 2003. - № 5. - С. 39-41.

29. Курников А. С. Разработка методики проектирования комплекса систем обеспечения обитаемости и повышения экологической безопасности судов на основе активированных окислительных технологий / А.С. Курников // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. Вып. 5: Судовая и промышленная энергетика. - 2003. - № 5. - С. 9-27.

30. Kaluza P. The complex network of global cargo ship movements / P. Kaluza, A. Kölzsch, M. T. Gastner, B. Blasius // Journal of the Royal Society Interface. - 2010. - Vol. 7. - Is. 48. - Pp. 1093-1103. DOI: 10.1098/rsif.2009.0495.

31. MAN Diesel & Turbo. (2008, August 19). Exhaust Gas Emission Control Today and Tomorrow. Retrieved December 2010 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: www.mandieselturbo.com:/files/news/filesof9187/7780-0060-00ppr.pdf (дата обращения: 12.08.2020).

32. Безюков О. К. Охлаждение транспортных двигателей внутреннего сгорания / О.К. Безюков, В.А. Жуков, В.Н. Тимофеев. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2015. - 272 с.

33. Жуков В. А. Двигатели с шеститактным рабочим циклом: порядок работы и схемы коленчатых валов / В. А. Жуков, А. И. Яманин, О. В. Мельник // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2018. - Т. 10. - № 6. - С. 1244-1254. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-6-1244-1254.