Schiffsantriebe: Teil1: Zweitakt Dieselmotoren- Die Langsamläufer

[Captain Hans]

Schiffsantriebe: Teil1: Zweitakt Dieselmotoren- Die Langsamläufer

Ich kann  hier natürlich nur Grundsätzliches wiedergeben, denn das ganze Thema ist natürlich sehr umfangreich und technisch sehr kompliziert.

Bei Schiffsdieselantrieben unterscheidet man generell drei Arten

1.   Die großvolumigen Langsamläufer (2 – Takt) (für mittlere bis riesige, langsamere Schiffe) 60 – 250 U/min, immer mit Turboaufladung, 7 -14 Zylinder
Vorteil: sehr lange Lebensdauer, sehr geringe Ausfallqote, geringe Wartung, sehr hohe Leistungen möglich, komplett mit HFO (Schweröl) zu fahren = geringere Brennstoffkosten, hoher Effektivitätsgrad.
Nachteil: sehr hohes Gewicht (bis zu 3000 Tonnen), sehr voluminös, schwere Vibrationen, sehr langsamer Start / Stopp / Rückwärtsvorgang, gigantische Kühlsysteme nötig, riesige Preßluft  Systeme (Kompressoren, Lufttanks) für die Startvorgänge.

2.   Mittelschnellläufer (2 und 4-Takter) 250 bis ca 750 Um/min (für kleinere und Schiffe mit Dieselelektroantriebe, bei Direktantrieb meistens mit Getrieben auf die Welle – und für schnelle, leichte Schiffe und natürlich für Generatoren)
Vorteil: geringerer Raumbedarf, leichter, genauer steuerbar, flexibler. Wesentlich leichtere Startvorgänge, einfachere Kühlung, mehere Motoren für Antrieb und Generatoren gleichzeitig möglich. Bei Mehrmotorenbetrieb auf eine Welle kein totaler Antriebsverlust bei Ausfall eines Motors , geringere Vibrationen
Nachteil: wesentlich höhere Brennstoffkosten – da Diesel, wartungsanfälliger, geringere Lebensdauer. Zusätzliches Getriebe, verkoken von Spülluftkanälen, geringerer Effektivitätsgrad.

3.   Schnelläufer (2 und 4 Takter) 750 bis 2800 U/min, von 2 bis 24 Zylinder, mit
      und ohne Turboaufladung, für kleine, leichte Schiffe, Boote, Yachten, schnelle
      Marinefahrzeuge usw.)
      Vorteile: hohe Geschwindigkeiten möglich, geringes Gewicht, geringer
      Raumbedarf, geringerer Preis da oft Massenfertigung, sonst wie bei 2.
      Nachteile: ähnlich wie 2.

•   Bei großen Schiffsantriebsdieseln handelt es sich in der Regel um langsamlaufende 2-Takt-Kreuzkopfmotoren, die als Reihenmotoren mit 6 bis 14 Zylindern gebaut werden. Die Drehzahl liegt je nach Leistung in einem Bereich von 61 bis 250 U/min. Motoren der neuesten Bauart können direkt und  konstant mit Schweröl (HFO, von engl. heavy fuel oil) betrieben werden. Ältere Motoren wurden mit Dieselkraftstoff angefahren und erst auf offener See auf Schweröl umgeschaltet. Langsamläufer arbeiten üblicherweise direkt auf die Propellerwelle. Die Drehrichtung der Maschine lässt sich umsteuern. Dazu werden die Motoren gestoppt, die Nockenwellen werden hydraulisch oder pneumatisch verschoben, und der Motor neu mit Preßluft gestartet. Der Startdruck liegt bei ca 30 bar.

http://de.wikipedia.org/wiki/Schiffsdiesel#Startvorgang

•   Als Hauptmaschine in Großcontainerschiffen, Erzfrachtern und Öltankern werden Reihenmotoren mit bis zu 14 Zylindern eingesetzt, mit Bohrungen bis zu 1,08 m und Hüben bis zu 3,10 m, deren Dauerleistung bisweilen bis zu 100 MW beträgt (MAN Diesel 14K108ME-C). So ein Motor ist 32,65 m lang, 13,80 m hoch und hat ein Gewicht von 2.828 Tonnen. Die Ölfüllung beträgt mehrere 10.000 Liter. Diese Schiffsdieselmotoren sind mit Turboaufladung zur Erhöhung des Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung ausgerüstet. Sie können so eine Lebensdauer von über 20 Jahren, d. h. ca. 150.000 Betriebsstunden erreichen.
Diese Diesel sind ideal für tagelangen Betrieb bei Höchstgeschwindigkeit
Die größten Hersteller der Welt sind:
MAN/Burmeister und Wayne (BW)
und
Wärtsilä/Sulzer
Viele dieser Diesel werden in Japan, Korea und nun auch China unter Lizenz
nachgebaut

Einzelheiten des größten Diesels der Welt

http://people.bath.ac.uk/ccsshb/12cyl/

http://de.wikipedia.org/wiki/Emma-M%C3%A6rsk-Klasse



Das größte Containerschiff "Emma Maersk" soll hier mal als Beispiel dienen:



Der größte Diesel der Welt  - Einspritzpumpen- Zylinderstation- Abgasrohre



Der Wellentunnel




Die folgende Grafik zeigt alle angehängten Zusatzaggregate, die den Wirkungsgrad dieses Diesels gewaltig erhöhen. Besonders der nachgeschaltete Wellengenerator erhöht die Leistung nochmals gewaltig.
Die Grafik zeigt sehr schön wie besonders die Abgaswärme sowie der Abgasdruck zur weiteren Leistungssteigerung umgewandelt wird.





Die folgende Grafik zeigt sehr schön den Wirkungsgrad imVergleich von der alten zur neuen Großdieselgeneration.




Eine der kompliziertesten Anlagen ist der Abgaskessel, der den Dampf für die turbinengetriebenen Generatoren liefert.
Die Generatoren liefern den Strom für den Wellengenerator (Booster)




Die nachfolgende Computer Zeichnung läßt den komplizierten Aufbau einer solchen Anlage wunderbar erkennen.




Um die Effektivität noch weiter zu steigern wurde auch eine spezielle Schraube, Bugwulst (Tropfensteven) und Ruder entwickelt.
Auch wegen der sehr hohen Geschwindigkei von 26 kn mußte ein neues Propellerkonzept entwickelt werden.
Supertanker fahren meistens nur mit Geschwindigkeiten von 14 bis 17 kn.











Nachfolgend ein Bild eines modernen Großdiesels


7cyl Hyundai/MAN/BW 31000 Ps Langsamlaeufer




Nachfolgend ein Bild eines älteren Großdiesels.






Bei der Großdieselentwicklung gab es auch ein paar Sondersysteme, die sich aber nicht durchgesetzt haben:

1.   das Docksford Gegenkolbenprizip : (siehe Foto unten)
hierbei zündete der Zylinder in der Mitte. Der untere Kolben wirkte über ein normales Pleul auf die Kurbelwelle – der oberen wirkte über ein sehr kompliziertes Gestänge und mehere Lager ebenfalls auf die Kurbelwelle.

2.   Das Pealstick Abgaskolben Prinzip: (leider kein Foto zu finden)
Bei diesem System wurden die Abgase nach der Zündung genutzt einen Oberkolben zu betätigen, der ähnlich wie beim Doxford Prinzip auf die Kurbelwelle wirkte.

Beide Systeme setzten sich, wegen ihren Anfälligkeit und sehr komplizierten Wartung nicht durch.



Bei  90% aller Superschiffe werden heute die Langsamläufer wegen ihrer Rentabilität und Zuverlässigkeit eingesetzt.

Alle Tanker, auf denen ich als Kapitän oder Offizier gefahren bin, hatten diese Langsamläufer. Die Leistung dieser Dieselanlagen wurde seit den 60er Jahren um das Fünffache gesteigert.

[parulis]

Hallo Kapitän Hans,
interessanter und gut zusammengestellter Bericht. Sehr lesenswert.
Wir haben bei uns im Kraftwerk 4 x MTU Diesel 20 Zylinder, 19,12 Liter Hubraum. Die Leistung liegt mit einem kleinen Turbolader bei 1500 U/min bei 5100 KW und die direkt angeflanschten Generatoren leisten bei 100 % ca. 4,2 MW elektrische Leistung. Unsere Diesel müssten dann aus der Kategorie stammen.

Gruss Michael

3. Schnelläufer (2 und 4 Takter) 750 bis 2800 U/min, von 2 bis 24 Zylinder, mit und ohne Turboaufladung, für kleine, leichte Schiffe, Boote, Yachten, schnelle Marinefahrzeuge usw.)

[Chrischnix]

Moin auch

Toller Bericht !! Ich freue mich schon auf die Fortsetzung

[Peter K.]

Toller Artikel, HANS! 

...zwei kleine Anmerkungen seien mir erlaubt:

-

MAN/Burmeister und Wayne (BW)

... soll wohl Burmeister und Wain heissen

-

Das Pealstick Abgaskolben Prinzip

... müsste wohl Pielstick heissen - nach Gustav Pielstick, einem M.A.N.-Konstrukteur, der nach dem Krieg recht erfolgreich in Frankreich tätig war

[Captain Hans]

@ Peter K.

Danke für die Verbesserungen. Freu mich immer wenn meine Beiträge durch eure Mitarbeit besser und genauer werden.

Beste Grüße

Hans

[winni]

  Super !