Šéfinženýr provozující čtyřtaktní pomocnou sadu o výkonu 6 000 kW má před sebou dvě čísla. Benzín na jeho trase stojí zhruba dvě třetiny topného oleje s velmi nízkým obsahem síry a hlava válců, kterou právě vytáhl z provozu, má 12 000 provozních hodin s opotřebovanými sedlem výfukových ventilů. Tato dvě čísla vysvětlují téměř vše o dvoupalivovém motoru.
Krátká odpověď je jednoduchá. Dvoupalivový motor je vznětový motor, který může běžet na plyn jako hlavní palivo, za použití malého množství kapalného paliva jako zdroje vznícení, a který může přepnout zpět na kapalné palivo, kdykoli to operátor potřebuje. Na hlavě válců tolik záleží, protože plynový režim mění tlak, uvolňování tepla a zatížení ventilu ve spalovací komoře a hlava je místo, kam všechny tři dorazí. Následuje popis dvou spalovacích cest, skutečných nákladů na pilotní palivo, způsobu, jakým míra substituce klesá se zatížením, a detailů dílu, které rozhodují o tom, zda náhradní hlava přežije plynový režim.
Co dělá dvoupalivový motor jinak
Dvoupalivový motor začíná svůj život jako dieselový motor. Blok, klikový hřídel, ojnice a jmenovitý výkon zůstávají ve stejné třídě a motor si zachovává princip kompresního zapalování, díky kterému je diesel na prvním místě spolehlivý. Co se mění, je systém přívodu plynu, konstrukce spalovací komory, řídicí software a u většiny čtyřtaktů i samotná hlava válců.
V plynovém režimu spaluje motor jako hlavní zdroj energie zemní plyn a v některých instalacích zkapalněný ropný plyn nebo metanol. Malé množství nafty nebo lodního plynového oleje se vstřikuje jako pilotní palivo a poskytuje zápalnou energii. Vzhledem k tomu, že zapalovací plamen zapaluje plynovou a vzduchovou náplň spíše než zpátečku, drží motor stejné pásmo účinnosti jako dieselový provoz, přičemž neprodukuje téměř žádné oxidy síry. Když je přerušena dodávka plynu nebo když plavidlo manévruje a operátor chce okamžitou reakci, motor se vrátí do dieselového režimu během několika spalovacích cyklů.
Provozovatelé volí duální palivo ze tří praktických důvodů. První je shoda: plynový režim snižuje oxidy dusíku zhruba o 85 procent, což splňuje limity IMO Tier III bez jednotky selektivní katalytické redukce. Druhým jsou náklady: na mnoha trasách cenový rozdíl mezi zkapalněným zemním plynem a topným olejem s velmi nízkým obsahem síry pokryje během několika let vyšší kapitálové náklady na motor a plynovou nádrž. Třetí je volitelnost: stejný motor může spalovat jakékoli palivo na trhu a předpisy to ten měsíc vyjdou nejlevněji.
U velkých dvoudobých hlavních motorů se v jednom široce používaném přístupu vstřikuje plyn pozdě během kompresního zdvihu pod vysokým tlakem, což udržuje původní spalovací cyklus nafty nedotčený a zabraňuje ztrátě nespáleného metanu do výfuku.
DONGFANG Hlava válce | Náhradní náhradní díly kompatibilní s lodními dieselovými motory MAN Kompatibilní modely: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Přehled produktu Hlavy válců DONGFANG jsou kompatibilní náhradou... Zobrazit produkt → Kompromis spočívá na straně údržby. Dvoupalivové motory vyžadují více od horní části: přesnější časování vstřikovačů a ventilů, přísnější tolerance na těsnicích plochách a hlava válců, která se musí vyrovnat se dvěma různými vzory uvolňování tepla namísto jednoho.
Dvě spalovací cesty, dvě sady zátěží
Většina diskusí o dvou palivech se týká toho, který cyklus motor používá v plynovém režimu, protože tato volba nastavuje tlak plynu, množství pilotního paliva, úroveň prokluzu metanu a zatížení, které dosáhne hlavy válců.
| Parametr | Nízkotlaký režim plynu | Režim vysokotlakého plynu |
|---|---|---|
| Spalovací cyklus | Otto, předem namíchaná náplň | Diesel, difúzní plamen |
| Tlak přívodu plynu | Asi 5 až 6 barů | Asi 300 až 350 barů |
| Vstupní místo plynu | Sací zdvih, smíchaný se vzduchem | Pozdní komprese, přímo do válce |
| Podíl pilotního paliva při plném zatížení | Asi 1 procento | Asi 3 až 5 procent |
| Metanový skluz | Měřitelné, vyšší při nízké zátěži | zanedbatelné |
| Kompresní poměr | Platí spodní limit klepání | Standardní hladina nafty |
| Typická povinnost | Čtyřtaktní pomocné a středněrychlostní hlavní motory | Velké dvoudobé hlavní motory |
| Vlastnosti hlavy k ověření | Otvory pro přívod plynu, tvrzená sedadla, chladicí průchody | Vrtání plynového vstřikovače, objímka, tvrdost fire deck |
Ani jedna cesta není v absolutním vyjádření lepší. Nízkotlaká trasa dominuje čtyřdobým pomocným a středootáčkovým motorům, kde je plynový systém jednodušší a prostor strojního zařízení pro něj má prostor. Vysokotlaká trasa se používá u velkých dvoudobých hlavních motorů, kde prokluz metanu není přijatelný a plynový kompresor je již součástí instalace.
DONGFANG Hlava válce | Náhradní náhradní díly kompatibilní s Wartsila Marine Diesel En Kompatibilní modely: R20, L20, R22, R25, R32 I. Přehled produktu Hlavy válců DONGFANG jsou vysoce kvalitní náhradní díly pro trh s náhradními díly nezávisle vyvinuté a vyrobené... Zobrazit produkt → Proč hlava válce nese větší zatížení v plynovém režimu
Plynový režim zvyšuje špičkový tlak v láhvi a mění tvar křivky uvolňování tepla, takže ohniště, sedla ventilů a klece ventilů mají těžší cyklus, než by tomu bylo u přímého provozu na naftu. Při přestavbách vstřikování portů nese hlava také sací ventily plynu, což znamená další otvory, další těsnicí plochy a druhou cestu pro únik. Číst může každý, kdo chce pozadí na samotném dílu jak se vyrábí hlava válců a co dělá každý povrch .
- Tvrdost sedla ventilu a úhel sedla, protože v plynovém režimu jsou výfukové ventily při částečném zatížení teplejší.
- Klec ventilu a vedení sedí, protože opotřebovaná vedení umožňují ventilu vychýlit a zničit sedlo.
- Čistota chladicího průchodu, protože částečně ucpaný průchod přechází v popraskanou požární palubu.
- Vývrty plynového sacího ventilu na upravených motorech, které musí odpovídat specifikaci konverzní sady.
Praktickým důsledkem je, že náhradní hlavu pro dvoupalivový motor nelze koupit pouze na velikosti vrtání. Verze motoru, hodnocení plynového režimu a konverzní sada, to vše mění kresbu, které musí hlava odpovídat.
Pilot Fuel Share: Kolik nafty je ještě potřeba
Pilotní palivo je ta část účtu za palivo, na kterou operátoři zapomínají, a nejedná se o pevné číslo. Níže uvedený graf ukazuje typické pilotní podíly pro pět konfigurací.
Graf ukazuje, kolik z celkové energie musí ještě pocházet z kapalného paliva v pěti běžných konfiguracích. Nízkotlaký čtyřdobý motor při plném zatížení potřebuje pouze asi jedno procento pilotního paliva, a proto operátoři považují plynový režim za téměř úplně spalovaný plyn. Zmáčkněte stejný motor na čtvrtinové zatížení a pilotní podíl se vyšplhá zhruba na osm procent, protože směs je příliš chudá na to, aby se spolehlivě zapálila bez větší energie nafty. Vysokotlaké dvoudobé motory běží při plném zatížení kolem tří procent a modernizace diesel-plynu se pohybuje kolem pěti procent, protože jejich systémy přívodu plynu a řízení jsou méně přesné než u účelově stavěných motorů. Při nízkém zatížení může hodnota dodatečného vybavení dosáhnout patnácti procent, což je dost na změnu výpočtu nákladů na palivo pro plavidlo, které tráví dlouhou dobu manévrováním v přístavu.
Míra substituce klesá, než se motor vyčerpá
Míra substituce je podíl kapalného paliva, který plyn skutečně nahrazuje, a není konstantní v celém rozsahu zatížení.
Červená křivka ukazuje účelově zkonstruovaný nízkotlaký dvoupalivový motor s asi 40procentní substitucí při čtvrtinové zátěži a dosahující zhruba 95 procent při plné zátěži. Modrá křivka ukazuje vznětový motor přeměněný na plynový provoz, který startuje téměř z 25 procent při čtvrtinovém zatížení a stoupá na přibližně 90 procent při plném zatížení. Mezera mezi dvěma křivkami je nejširší při částečném zatížení, což je přesně místo, kde trajekty, přístavní plavidla a příbřežní podpůrná plavidla tráví většinu provozních hodin. Vozový park, který počítá úspory z údajů na typovém štítku při plném zatížení, je nadhodnotí, kdykoli v pracovním cyklu převládá částečné zatížení. To je důvod, proč by se při výběru mezi továrním dvoupalivovým motorem a přestavbou měl řídit profil zatížení, nikoli jmenovitý výkon motoru.
Co dělá plynový režim s emisemi
Plynový režim snižuje všechny regulované znečišťující látky ve srovnání s provozem na kapalná paliva, ale ne o stejnou hodnotu.
Oxidy síry klesají přibližně o 99 procent, protože zemní plyn neobsahuje téměř žádnou síru, což samo o sobě splňuje globální limit 0,50 procent a limity 0,10 procent v oblastech kontroly emisí. Částice klesají zhruba o 95 procent a oxidy dusíku klesají asi o 85 procent, což je dost na to, aby dosáhly úrovně III bez jakéhokoli zařízení na následné zpracování. Oxid uhličitý klesá pouze o 22 procent, protože tato úspora pochází spíše z poměru vodíku k uhlíku v palivu než ze spalovacích technologií. Graf také ukazuje, proč je režim plynu často popisován jako nástroj shody spíše než jako řešení klimatu: zisky oxidů dusíku a síry jsou velké a okamžité, zatímco zisky uhlíku jsou mírné. Vzhledem k tomu, že se pravidla uhlíkové náročnosti zpřísňují, provoz na dvě paliva pomáhá vozovému parku zůstat v souladu, ale sám o sobě nepřináší hlubokou dekarbonizaci.
Účelově vestavěný dvoupalivový motor nebo přestavba
Obě možnosti běží na plyn, ale nechovají se stejně a radarové srovnání je hodnotí podle šesti kritérií, která operátoři nejčastěji zvažují.
Dva tvary jsou hodnoceny od nuly do sta podle šesti kritérií a větší tvar je lepší. Účelově stavěný motor vede k flexibilitě paliva, světlé výšce pro oxidy dusíku a výhodách oxidu uhličitého, protože jeho spalovací komora, časování ventilů a řídicí mapy byly od začátku navrženy pro plyn. Přestavba má vyšší skóre, pokud jde o vstřícnost k dodatečné montáži, protože ponechává stávající motor v provozu namísto jeho výměny a zůstává konkurenceschopná z hlediska úspory nákladů na palivo. Nejslabší oblastí obou je životnost komponentů na horním konci, protože plynový režim zvyšuje špičkový tlak a mění uvolňování tepla, takže ventilová sedla, ventilové klece a protipožární deska hlavy válců pracují tvrději než v přímém provozu na naftu. Přestavba tuto rezervu dále zužuje, a proto by se náhradní hlavy u přestavěných motorů měly vždy kontrolovat podle specifikace režimu plynu namísto původního výkresu nafty.
Sourcing hlav válců pro dvoupalivovou flotilu
Zadávání zakázek na dvoupalivové motory je většinou odpovídající problém. Stejná rodina motorů může existovat ve verzích na naftu, nízkotlaký plyn a vysokotlaký plyn a hlava válců se mezi nimi liší v malých, ale kritických ohledech: průměr objímky vstřikovače, materiál sedla ventilu, otvory pro přívod plynu a uspořádání chladicího kanálu. Hlava, která se hodí pro dieselovou verzi motoru, se může fyzicky našroubovat na plynovou verzi a přesto brzy selže, protože materiál a tvrdost sedla nebyly nikdy specifikovány pro vyšší špičkový tlak.
Kontrolní seznam před objednávkou je krátký. Potvrďte model motoru a verzi sestavení, nejen vrtání. Ověřte, zda motor běží v nízkotlakém nebo vysokotlakém režimu plynu. Ověřte, zda hlava potřebuje otvory pro přívod plynu. Potvrďte úhel sedla ventilu a požadavek na tvrdost. Poté potvrďte dodací lhůtu a skladovou pozici, protože plavidlo čekající na čele je plavidlo, které nevydělává.
Zhoushan Putuo Dongfang Machinery dodává náhradní díly hlavy válců pro lodní dieselové motory, které pokrývají rodiny čtyřdobých pomocných a středněrychlostních motorů, které se objevují v projektech přeměny plynu i v konvenčních dieselových službách, včetně 
DONGFANG Hlava válce | Náhradní náhradní díly kompatibilní s Daihatsu Marine Diesel En Kompatibilní modely: DL-20, DL-22, DL-26, DL-28, DL-32, 5DK-20, 6DK-20, DK-28, DS-26, PS-26H (D), DC-17, DE-18 Zobrazit produkt →
Celá řada, včetně jednotek pro domácí naftové motory, je uvedena v katalog náhradních dílů hlavy válců , kde je na každé stránce uvedena rodina motoru, se kterou je hlava kompatibilní.
Číslo, které nakonec rozhoduje o tom, zda se duální palivo vyplatí, není samotné rozložení paliva, ale nejvyšší interval údržby za ním. Motor běžící na plyn po dobu 6 000 hodin ročně projde hlavou válců více tepelnými cykly než dieselová sada na stejnou zátěž a hlava je v této aritmetice spotřební materiál. Plánování výměn kolem verze motoru, specifikace režimu plynu a profilu skutečného zatížení udržuje vozový park s dvěma palivy kompatibilní a dostupný, aniž by se úspora paliva stala překvapením při údržbě.
