Een hoofdwerktuigkundige die een viertakthulpset van 6.000 kW bestuurt, heeft twee cijfers voor zich liggen. De benzineprijs bedraagt grofweg tweederde van de stookolie met een zeer laag zwavelgehalte op zijn route, en de cilinderkop die hij zojuist uit dienst heeft genomen heeft 12.000 draaiuren en versleten uitlaatklepzittingen. Die twee cijfers verklaren vrijwel alles over de dual-fuelmotor.
Het korte antwoord is eenvoudig. Een dual-fuelmotor is een dieselmotor die op gas als hoofdbrandstof kan draaien, met een kleine hoeveelheid vloeibare brandstof als ontstekingsbron, en die kan terugschakelen naar vloeibare brandstof wanneer de machinist deze nodig heeft. De cilinderkop is zo belangrijk omdat de gasmodus de druk, de warmteafgifte en de klepbelasting in de verbrandingskamer verandert, en de kop is waar deze alle drie aankomen. Wat volgt behandelt de twee verbrandingsroutes, de werkelijke kosten van pilotbrandstof, de manier waarop het vervangingspercentage daalt bij belasting, en de onderdeeldetails die beslissen of een vervangende kop de gasmodus overleeft.
Wat een Dual Fuel-motor anders doet
Een dual-fuelmotor begint zijn leven als een dieselmotor. Het blok, de krukas, de drijfstangen en het vermogen blijven in dezelfde klasse, en de motor behoudt het compressieontstekingsprincipe dat diesel in de eerste plaats betrouwbaar maakte. Wat verandert is het gastoevoersysteem, het ontwerp van de verbrandingskamer, de besturingssoftware en, bij de meeste viertaktconversies, de cilinderkop zelf.
In de gasmodus verbrandt de motor aardgas, en in sommige installaties vloeibaar petroleumgas of methanol, als de belangrijkste energiebron. Een kleine hoeveelheid diesel- of scheepsgasolie wordt als pilotbrandstof ingespoten en levert de ontstekingsenergie. Omdat de waakvlam de gas- en luchtlading aansteekt in plaats van omgekeerd, behoudt de motor hetzelfde rendementsbereik als diesel, terwijl hij vrijwel geen zwaveloxiden produceert. Wanneer de gastoevoer wordt onderbroken, of wanneer het schip aan het manoeuvreren is en de machinist onmiddellijke reactie wil, keert de motor binnen enkele verbrandingscycli terug naar de dieselmodus.
Exploitanten kiezen om drie praktische redenen voor dual-fuel. De eerste is naleving: de gasmodus vermindert de stikstofoxiden met ongeveer 85 procent, wat voldoet aan de IMO Tier III-limieten zonder een selectieve katalytische reductie-eenheid. De tweede zijn de kosten: op veel routes dekt het prijsverschil tussen vloeibaar aardgas en stookolie met een zeer laag zwavelgehalte binnen een paar jaar de hogere kapitaalkosten van de motor en de gastank. De derde is de optie: dezelfde motor kan de brandstof gebruiken die de markt en de regelgeving die maand het goedkoopst maken.
Bij grote tweetakthoofdmotoren wordt gas laat in de compressieslag onder hoge druk geïnjecteerd, waardoor de oorspronkelijke verbrandingscyclus van de diesel intact blijft en wordt vermeden dat onverbrand methaan in de uitlaat terechtkomt.
dongfang cilinderkop | Vervangende reserveonderdelen die compatibel zijn met MAN scheepsdieselmotoren Compatibele modellen: L16/24, L23/30, L23/30H, L28/32A, S26MC, L31, L35MC, S35MC, L50MC-C I. Productoverzicht Dongfang-cilinderkoppen zijn compatibele vervangingsonderdelen van derden. Bekijk Product → De afweging zit aan de onderhoudskant. Dual Fuel-motoren vragen meer van de bovenkant: nauwkeurigere injector- en kleptiming, nauwere toleranties op afdichtingsoppervlakken en een cilinderkop die te maken heeft met twee verschillende warmteafgiftepatronen in plaats van één.
Twee verbrandingsroutes, twee sets ladingen
De meeste dual-fuel-discussies komen neer op welke cyclus de motor gebruikt in de gasmodus, omdat die keuze de gasdruk, de hoeveelheid pilotbrandstof, het methaanslipniveau en de belastingen die de cilinderkop bereiken bepaalt.
| Parameter | Lagedrukgasmodus | Hogedrukgasmodus |
|---|---|---|
| Verbrandingscyclus | Otto, voorgemengde lading | Diesel, diffusievlam |
| Gastoevoerdruk | Ongeveer 5 tot 6 bar | Ongeveer 300 tot 350 bar |
| Gasinlaatpunt | Inlaatslag, gemengd met lucht | Late compressie, direct in de cilinder |
| Pilot-brandstofaandeel bij volledige belasting | Ongeveer 1 procent | Ongeveer 3 tot 5 procent |
| Methaanslip | Meetbaar, hoger bij lage belasting | Verwaarloosbaar |
| Compressieverhouding | Lager, de kloplimiet is van toepassing | Standaard dieselniveau |
| Typische plicht | Viertakt hulp- en middelsnellopende hoofdmotoren | Grote tweetakthoofdmotoren |
| Hoofdkenmerken om te verifiëren | Gasinvoerpoorten, geharde zittingen, koelkanalen | Gasinjectorboring, mouwpassing, hardheid van het branddek |
Geen van beide routes is in absolute termen beter. De lagedrukroute domineert viertakthulp- en middelsnellopende motoren, waar het gassysteem eenvoudiger is en de machineruimte er ruimte voor heeft. De hogedrukroute wordt gebruikt op grote tweetakthoofdmotoren, waarbij methaanslip niet acceptabel is en een gascompressor al deel uitmaakt van de installatie.
dongfang cilinderkop | Vervangende reserveonderdelen compatibel met Wartsila Marine Diesel En Compatibele modellen: R20, L20, R22, R25, R32 I. Productoverzicht DONGFANG-cilinderkoppen zijn hoogwaardige vervangingsonderdelen voor de aftermarket, onafhankelijk ontwikkeld en geproduceerd ... Bekijk Product → Waarom de cilinderkop meer belasting draagt in de gasmodus
De gasmodus verhoogt de piekcilinderdruk en verandert de vorm van de warmteafgiftecurve, zodat het branddek, de klepzittingen en de klepkooien een zwaardere cyclus doormaken dan bij puur dieselgebruik. Bij poortinjectieconversies is de kop ook voorzien van gasinlaatkleppen, wat extra boringen, extra afdichtingsoppervlakken en een tweede lekpad betekent. Iedereen die de achtergrond van het onderdeel zelf wil, kan lezen hoe een cilinderkop wordt gebouwd en wat elk oppervlak doet .
- Hardheid en zithoek van de klepzitting, omdat de gasmodus de uitlaatkleppen heter laat draaien bij deellast.
- Kleppenhuis en geleider passen, omdat versleten geleiders ervoor zorgen dat de klep verkeerd uitgelijnd raakt en de zitting kapot gaat.
- Koelende doorgangszuiverheid, omdat een gedeeltelijk geblokkeerde doorgang verandert in een gebarsten branddek.
- Gasinlaatklepboringen op omgebouwde motoren, die moeten overeenkomen met de specificatie van de ombouwset.
Het praktische gevolg is dat een vervangende kop voor een dual-fuelmotor niet alleen op basis van de boringmaat kan worden gekocht. De motorversie, de gasmodusclassificatie en de ombouwset veranderen allemaal de tekening waar de kop mee moet overeenkomen.
Pilot Fuel Share: hoeveel diesel is er nog nodig
Pilotbrandstof is het deel van de brandstofrekening dat exploitanten vergeten, en het is geen vast getal. Het onderstaande diagram toont typische pilot-aandelen voor vijf configuraties.
De grafiek laat zien hoeveel van de totale energie nog uit vloeibare brandstof moet komen in vijf veel voorkomende configuraties. Een viertaktmotor met lage druk heeft bij volledige belasting slechts ongeveer één procent pilotbrandstof nodig. Daarom beschouwen operators de gasmodus als bijna volledig gasgestookt. Duw dezelfde motor terug tot een kwart belasting en het pilootaandeel stijgt naar grofweg acht procent, omdat het mengsel te arm wordt om betrouwbaar te ontsteken zonder meer dieselenergie. Tweetaktmotoren onder hoge druk draaien op ongeveer drie procent bij volledige belasting, en retrofits van diesel naar gas liggen op bijna vijf procent omdat hun gastoevoer- en controlesystemen minder nauwkeurig zijn dan die van een speciaal gebouwde motor. Bij lage belasting kan het retrofitcijfer oplopen tot vijftien procent, wat voldoende is om de berekening van de brandstofkosten te wijzigen voor een schip dat lange tijd in de haven moet manoeuvreren.
Het vervangingspercentage daalt voordat de motor onbelast raakt
Het vervangingspercentage is het aandeel vloeibare brandstof dat daadwerkelijk door gas wordt vervangen, en is niet constant over het belastingsbereik.
De rode curve toont een speciaal gebouwde lagedruk dual-fuelmotor die ongeveer 40 procent vervanging biedt bij kwart belasting en ongeveer 95 procent bereikt bij volledige belasting. De blauwe curve toont een dieselmotor die is omgebouwd naar gasbedrijf, die begint bij bijna 25 procent bij kwart belasting en oploopt tot ongeveer 90 procent bij volledige belasting. De kloof tussen de twee curven is het grootst bij deellast, en dat is precies waar veerboten, havenvaartuigen en offshore-ondersteuningsschepen het grootste deel van hun bedrijfsuren doorbrengen. Een wagenpark dat de besparingen berekent op basis van de nominale cijfers bij volledige belading, zal deze overschatten wanneer de bedrijfscyclus wordt gedomineerd door deellast. Dat is de reden waarom het belastingsprofiel, en niet het motorvermogen, de keuze zou moeten bepalen tussen een fabrieks-dualfuelmotor en een conversie.
Wat de gasmodus doet met de uitstoot
De gasmodus verlaagt elke gereguleerde verontreinigende stof in vergelijking met het gebruik van vloeibare brandstof, maar niet met dezelfde marge.
Zwaveloxiden dalen met ongeveer 99 procent omdat aardgas bijna geen zwavel bevat, wat alleen al voldoet aan de mondiale limiet van 0,50 procent en de limieten van 0,10 procent binnen emissiecontrolegebieden. De hoeveelheid fijnstof daalt met grofweg 95 procent en de hoeveelheid stikstofoxiden met ongeveer 85 procent, genoeg om Tier III te bereiken zonder enig nabehandelingsapparaat. Koolstofdioxide daalt met slechts ongeveer 22 procent, omdat die besparing voortkomt uit de waterstof-koolstofverhouding van de brandstof en niet uit de verbrandingstechnologie. De grafiek laat ook zien waarom de gasmodus vaak wordt beschreven als een nalevingsinstrument in plaats van als een klimaatoplossing: de winsten op het gebied van stikstofoxide en zwavel zijn groot en onmiddellijk, terwijl de koolstofwinst gematigd is. Nu de regels voor de koolstofintensiteit strenger worden, zorgt het gebruik van dubbele brandstoffen ervoor dat een wagenpark aan de regelgeving blijft voldoen, maar op zichzelf leidt het niet tot een diepgaande decarbonisatie.
Speciaal gebouwde Dual Fuel-motor of een conversie
Beide opties draaien op gas, maar gedragen zich niet op dezelfde manier. De radarvergelijking hieronder beoordeelt ze op basis van de zes criteria die exploitanten het vaakst afwegen.
De twee vormen krijgen een score van nul tot honderd op basis van zes criteria, en een grotere vorm is beter. De speciaal gebouwde motor is toonaangevend op het gebied van brandstofflexibiliteit, stikstofoxideruimte en kooldioxidevoordelen, omdat de verbrandingskamer, kleptiming en regelkaarten vanaf het begin voor gas zijn ontworpen. De conversie scoort hoger op het gebied van retrofitvriendelijkheid, omdat een bestaande motor in dienst blijft in plaats van deze te vervangen, en hij blijft concurrerend op het gebied van brandstofkostenbesparingen. Het zwakste punt voor beide is de levensduur van de componenten aan de bovenkant, omdat de gasmodus de piekdruk verhoogt en de warmteafgifte verandert, waardoor klepzittingen, klepkooien en het branddek van de cilinderkop harder werken dan bij gewone dieselmotoren. Een ombouw verkleint die marge nog verder. Daarom moeten vervangende koppen voor omgebouwde motoren altijd worden gecontroleerd aan de hand van de gasmodusspecificatie in plaats van de originele dieseltekening.
Cilinderkoppen kopen voor een vloot met dubbele brandstof
De aanschaf van dual-fuelmotoren is vooral een matchingprobleem. Dezelfde motorfamilie kan bestaan in diesel-, lagedruk-gas- en hogedruk-gasversies, en de cilinderkop verschilt op kleine maar kritische manieren: de diameter van de injectorhuls, het materiaal van de klepzitting, de gasinlaatpoorten en de indeling van de koeldoorgang. Een kop die op de dieselversie van een motor past, kan fysiek op de benzineversie worden vastgeschroefd en toch vroegtijdig kapot gaan, omdat het materiaal en de hardheid van de zitting nooit zijn gespecificeerd voor de hogere piekdruk.
De checklist vóór het bestellen is kort. Bevestig het motormodel en de bouwversie, niet alleen de boring. Controleer of de motor in de lagedruk- of hogedrukgasmodus draait. Controleer of de kop gasinlaatklepboringen nodig heeft. Bevestig de klepzittinghoek en hardheidseis. Bevestig vervolgens de doorlooptijd en voorraadpositie, want een schip dat op kop wacht, is een schip dat niet verdient.
Zhoushan Putuo Dongfang Machinery levert vervangingsonderdelen voor cilinderkoppen voor scheepsdieselmotoren, waaronder viertakthulp- en middelsnellopende motorfamilies die voorkomen in gasconversieprojecten en in conventionele dieselmotoren, waaronder 
dongfang cilinderkop | Vervangende reserveonderdelen compatibel met Daihatsu Marine Diesel En Compatibele modellen: 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 Bekijk Product →
Het volledige assortiment, inclusief eenheden voor binnenlandse dieselmotoren, vindt u in de Catalogus met vervangingsonderdelen voor cilinderkoppen , waarbij op elke pagina staat met welke motorfamilie de kop compatibel is.
Het getal dat uiteindelijk bepaalt of dual-fuel de moeite waard is, is niet de brandstofspreiding op zichzelf, maar het onderhoudsinterval daarachter. Een motor die 6.000 uur per jaar op gas draait, ondergaat de cilinderkop meer thermische cycli dan een dieselmotor die dezelfde taak uitvoert, en de kop is in die rekenkunde een verbruiksartikel. Het plannen van vervangingen rond de motorversie, de specificatie van de gasmodus en het werkelijke laadprofiel zorgen ervoor dat een dual-fuel wagenpark voldoet aan de eisen en beschikbaar is zonder dat een brandstofbesparing in een onderhoudsverrassing verandert.
