Nachrüstung von Dieselmotoren mit Common-Rail-Technologie macht sich bezahlt

April 2019

Schönau, im März 2019 – Als Spezialist für Motor- und Turbinenmanagementlösungen bietet HEINZMANN die nachträgliche Umrüstung auf Common-Rail-Technologie (CR-Technologie) für ein breites Spektrum von Dieselmotoren an. Gleichzeitig stellt das Unternehmen alle Monitoring- und Sicherheitsfunktionen bereit, die für den effizienten Schiffsbetrieb benötigt werden. 

Die zunehmenden Forderungen nach geringerer Umweltverschmutzung und höherer Wirkungsgraden von Schiffsmotoren haben fortgeschrittene technische Lösungen für die schwedische Eisbrecherflotte erforderlich gemacht. Moderne elektronische Kraftstoffeinspritzsysteme von HEINZMANN sind der Schlüssel zu längerem, umweltfreundlicherem und wirtschaftlicherem Motorbetrieb mit überschaubarem Umrüstaufwand.

Die Schwedische Seeverwaltung (Swedish Maritime Administration, SMA) betreibt eine Flotte von Eisbrechern. Die unter den staatlichen Einrichtungen als Vorreiter geltende SMA untersuchte die technischen Möglichkeiten eines modernen Kraftstoffmanagementsystems, um die Umweltrichtlinien zu erfüllen und die Leistungsfähigkeit ihrer Schiffe zu erhöhen.

Vor Ort prüften die Experten von HEINZMANN die Möglichkeiten und die Erfolgsaussichten der Nachrüstung des 40 Jahre alten Eisbrechers YMER auf ein CR-System. Das betreffende Antriebssystem besteht aus fünf Pielstieck 2.2 Motoren, die je 3,5 MW leisten. Es zeigte sich, dass die Kundenanforderungen durch eine CR-Umrüstung der Motoren bestmöglich erfüllbar sein würden.

Die vom Hersteller verfügbaren Informationen wurden für die Konzeptentwicklung verwendet. Die Motoren wurden im Ausgangszustand vermessen und die Einbauverhältnisse geklärt. Um die Eignung der gewählten Lösung nachzuweisen, wurde im Dezember 2013 zunächst einer der fünf Hauptmotoren mit dem CR-System nachgerüstet.

Ein erster Schritt zur Kraftstoff- und Emissionsreduktion

Einbau und Inbetriebnahme des Systems erfolgten ohne größere Modifikationen am Motor selbst. Es wurde das gesamte Kraftstoffsystem ersetzt, motornah ein lokales Bedienpanel angebracht und das Steuer-, Überwachungs- und Sicherheitssystems von HEINZMANN in das Automationssystem des Schiffes integriert. Zur Bewertung der Umbaumaßnahmen wurde ein zweiter Hauptmotor als Referenz mit dem ursprünglichen hydraulischen Regler unter vergleichbaren Bedingungen betrieben.
Über einen Testzeitraum von zwei Jahren wurde nachgewiesen, dass das angestrebte Ziel, den Kraftstoffverbrauch um 5 % zu senken, erreicht werden konnte. Die Emissionen lagen nun auf dem angestrebten IMO Tier 1-Niveau. Eine weitere Verbesserung der Kraftstoffeinsparungen um 2,5 % wurde durch den Austausch des Turboladers erzielt. Die sichtbare Rauchentwicklung wurde zudem vollständig beseitigt. Das Vibrationsniveau reduzierte sich um 30 % und die Wartungskosten gingen deutlich zurück.

Ausgezeichnete Motorleistung auch unter schwierigsten Bedingungen

In einem weiteren Schritt wurden bis Ende 2016 die verbleibenden vier Hauptmotoren umgerüstet. Zusätzliches Kraftstoffeinsparpotenzial konnte durch die Verringerung der Motordrehzahl bei Teillast von einer festen Drehzahl von 485 U/min auf eine variable Drehzahl von 360 U/min genutzt werden. Als sogenannter „Green Drive“ wurde dieser lastabhängige Drehzahlmodus erfolgreich eingeführt. Messungen ergaben weitere Kraftstoffeinsparungen von mehr als 4 %. Als Nebeneffekt sank der Schmierölverbrauch um 50 %.

Nach dem Abschluss der Inbetriebnahme aller fünf Motoren wurde die erfolgreiche Integration in das Schiffsautomationssystem bei Probefahrten nachgewiesen.
Das CR-System von HEINZMANN hat seine ausgezeichnete Leistung und Zuverlässigkeit in drei Wintersaisons unter extremen Betriebsbedingungen unter Beweis gestellt. Alle Ziele wurden zur uneingeschränkten Zufriedenheit der SMA erreicht. Weitere Nachrüstungen für die übrigen Schwesterschiffe werden nun in Erwägung gezogen.
Bei den Messungen im Außeneinsatz konnten von der SMA über eine längere Betriebszeit eine Kraftstoffersparnis von 11 % bestätigt werden.

Kostensparende Umrüstlösungen von HEINZMANN

HEINZMANN verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der elektronischen Kraftstoffeinspritzung und entwickelt und fertigt im Stammhaus in Schönau mechanische Komponenten wie Hochdruckpumpen und Kraftstoffinjektoren. Komplette Common-Rail-Lösungen inklusive Überwachungs- und Schutzsystemen sowie Touchscreen-basierter Bedieneinheiten werden so aus einer Hand geliefert. Das Unternehmen bietet für diese Produkte einen umfassenden Service an, einschließlich Engineering, Anwendungsarbeiten, Installation, Inbetriebnahme und Wartung. Die Motorgrößen reichen von 500 kW bis über
10 000 kW.

Die Umrüstung auf Common Rail ist insbesondere für alle Anwendungen mit variablen Lasten und Drehzahlen empfehlenswert, da so alle Vorteile der fortschrittlichen elektronischen Kraftstoffeinspritzung genutzt werden können. Aufgrund der erheblichen Kraftstoffeinsparung, die bei typischen Schiffsanwendungen erzielt werden kann, kann sich die Investition in weniger als zwei Jahren amortisieren (bei >5000 Betriebsstunden pro Jahr). Für Diesel-Lokomotiven und vergleichbare industrielle Fahrzeuganwendungen können ähnliche die Einsparungen erzielt werden.

Bei Umrüstung eines Motors auf Dual-Fuel bietet die elektronische Kraftstoffeinspritzung auf der Diesel-Seite das bestmögliche Gas-Diesel Verhältnis und den niedrigsten Kraftstoffverbrauch - sowohl im Diesel- als auch im Gasbetrieb. Basierend auf dem modularen System-Konzept und den Standardkomponenten können für verschiedene Anwendungen kostengünstige Lösungen angeboten werden.

 

Screen 72 dpi HEINZMANN CR retrofit on YMER icebreaker

HEINZMANN HDP-K4 Hochdruckpumpe auf Pielstick 2.2 Motor des YMER Eisbrechers

Bildquelle: Albert Hagander, Sjöfarsverket Rederi, Scheden, Februar 2019

  Screen 72 dpi HEINZMANN CR HDP K4 Pump on Pielestick engine

HEINZMANN HDP-K4 Hochdruckpumpe auf Pielstick 2.2 Motor des YMER Eisbrechers

Bildquelle: Albert Hagander, Sjöfarsverket Rederi, Scheden, Februar 2019

 Screen 72 dpi LOP and HDP K4 CR pump in YMER engine room

Lokales Bedienpanel und CR HDP-K4 Pumpe von HEINZMANN auf Pielstick 2.2 Motor

Bildquelle:
Albert Hagander, Sjöfarsverket Rederi, Schweden, Februar 2019

 

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