Wat is een luchtstart systeem op schepen?
Een luchtstart systeem op een mariene verbrandingsmotor wordt gebruikt om de motor te starten, stoppen (in geval van nood), of omkeren. Langzaam draaiende tweeslag marinemotoren werken bij lage toerentallen (<300 tpm) en hebben een zeer grote massa, wat het moeilijk maakt om de druk en temperaturen te bereiken die nodig zijn voor verbranding wanneer de motor voor het eerst wordt gestart. Het luchtstart systeem lost dit probleem op door samengeperste lucht bij ongeveer 30 bar (435 psi) druk rechtstreeks in de cilinders van de motor te introduceren. De samengeperste lucht dwingt de bijbehorende zuiger naar beneden richting onderste dode punt (BDC) en geeft de motor de initiële impuls die nodig is om het lucht-brandstofmengsel binnen de cilinder (verbrandingskamer) te comprimeren en te ontsteken. Zodra de motor een bepaalde snelheid bereikt, vinden de normale brandstofinjectie- en verbrandingsprocessen plaats en blijft de motor op eigen kracht werken.
Opmerking – dit artikel richt zich op grote langzaam draaiende mariene dieselmotor luchtstart systemen.
Waarom hebben we motor luchtstart systemen nodig?
Grote marinemotoren hebben veel koppel nodig om de massa van de motor in beweging te brengen, veel meer dan een typische elektrische starter zou kunnen leveren. Auto's gebruiken elektrische startmotoren om de motor te starten en daarmee het verbrandingsproces, maar dit zou niet werken met een grote tweeslag marinemotor omdat de motor te groot is en de benodigde motorampères te groot zouden zijn. Samengeperste lucht vertegenwoordigt opgeslagen energie, en het is deze energie die wordt gebruikt om de motor in beweging te brengen.
Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een luchtstart systeem op een schip?
Een luchtstart systeem op een schip heeft verschillende hoofdcomponenten:
1. Luchtcompressor – de bron van samengeperste lucht. Er zullen bijna altijd meer dan één luchtcompressor zijn zodat er enige systeemredundantie is. Schepen gebruiken meestal zuigerluchtcompressoren, hoewel andere typen compressoren beschikbaar zijn (schroef, centrifugaal, etc.).
2. Luchtontvanger – slaat de door de compressor geproduceerde samengeperste lucht op. Een luchtontvanger, of luchtontvangers, zijn meestal zo groot dat ze meerdere starts van de motor mogelijk maken. Een motor heeft veel lucht nodig om te starten, dus lucht moet worden opgeslagen in plaats van op aanvraag geproduceerd.
Goed om te weten - een luchtontvanger wordt ook wel een luchtvat of luchtfles genoemd.
3. Pilootklep – verdeelt lucht naar de automatische luchtstartklep wanneer deze open is; de automatische luchtstartklep is gesloten wanneer lucht van de pilootklep wordt geleverd. Het aftappen van de lucht uit de pilootkleplijn zorgt ervoor dat de automatische luchtstartklep opent (afgetapte lucht wordt 'bleed air' genoemd).
4. Stuurinrichting vergrendeling – laat samengeperste lucht alleen naar de automatische luchtstartklep stromen als de stuurinrichting is uitgeschakeld. De stuurinrichting bestaat uit een elektromotor die kan koppelen met het vliegwiel van de motor om de motor op lage snelheid te draaien voordat deze start.
5. Automatische luchtstartklep – opent zodra de pilootkleplijn is afgetapt en de stuurinrichting is uitgeschakeld.
6. Luchtverdeler – reguleert de stroom van samengeperste lucht naar elke luchtstartklep. De verdeler zorgt ervoor dat samengeperste lucht de aangewezen cilinders op het aangewezen tijdstip bereikt (lucht wordt verdeeld naar de cilinders op basis van de ontstekingsvolgorde).
7. Luchtstartklep – het laatste onderdeel van het startlucht systeem voordat lucht in de cilinder wordt toegelaten. De luchtstartklep levert samengeperste lucht aan zijn respectieve cilinder wanneer deze open is. Luchtstartkleppen zijn direct op de cilinderkop van elke cilinder gemonteerd.
Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een luchtstartklep?
De belangrijkste onderdelen van een luchtstartklep zijn:
-
Klephuis – de externe behuizing die alle interne componenten van de klep bevat.
-
Bovenklep – bevestigt aan het klephuis.
-
Pilootinlaat – samengeperste lucht komt binnen via deze poort.
-
Veer – zorgt ervoor dat de klep na gebruik terugkeert naar zijn standaard gesloten positie.
-
Openingszuiger – samengeperste lucht werkt op de zuiger waardoor de klep opent.
-
Balanszuiger – gebruikt om de klepspindel te geleiden en ervoor te zorgen dat deze niet uitlijnt.
-
Uitlaatpoort – wanneer de klep in de open positie is, stroomt samengeperste lucht door deze poort in de cilinder.
Onderdelen van de Luchtstartklep
Hoe werken luchtstart systemen op schepen?
Samengeperste lucht wordt uit luchtontvangers gehaald, afgevoerd door een pilootklep, en ook naar de draaiinrichting vergrendeling. De draaiinrichting vergrendeling voorkomt dat lucht de automatische luchtstartklep bereikt totdat de draaiinrichting is uitgeschakeld. Wanneer de pilootklep open is, wordt lucht geleverd aan de automatische luchtstartklep, waardoor de klep in de gesloten positie blijft; het verwijderen van de pilootluchtdruk zorgt ervoor dat de automatische luchtstartklep opent.
Zodra de draaiinrichting is uitgeschakeld, stroomt samengeperste lucht naar de automatische luchtstartklep. Lucht wordt binnen de automatische luchtstartklep gehouden door de veerdruk van de klep en de samengeperste lucht die wordt toegepast vanuit de pilootklep. In dit stadium bevindt de automatische luchtstartklep zich in de gesloten positie. Zodra een startcommando wordt gegeven, wordt samengeperste lucht uit de pilootkleplijn afgevoerd en wordt de veerdruk van de automatische luchtstartklep overschreden door de druk van het hoofd luchtstart systeem; dit zorgt ervoor dat de klep van de gesloten positie naar de open positie verandert.
Samengeperste lucht stroomt nu naar elke cilinder luchtstartklep en de luchtverdeler. De verdeler verdeelt lucht op basis van de ontstekingsvolgorde van de motor; het gebruikt een klep bevestigd aan een nokkenvolger, en een nokkenas, om dit te bereiken. Terwijl de nokkenas draait, beweegt de nokkenvolger omhoog of omlaag, wat ervoor zorgt dat de verdelingsklep van positie verandert (open of dicht). Terwijl de verdelingsklep van positie verandert, voert het lucht af, of stopt het met het afvoeren van lucht naar elke luchtstartklep.
· Als lucht wordt afgevoerd van de verdeler naar een luchtstartklep, opent de luchtstartklep en wordt samengeperste lucht toegelaten in de respectieve cilinder.
· Als lucht niet wordt afgevoerd van de verdeler naar een luchtstartklep, blijft de luchtstartklep gesloten en wordt er geen samengeperste lucht toegelaten in de respectieve cilinder.
Samengeperste lucht wordt in een bepaalde volgorde in elke cilinder toegelaten, dit staat bekend als de ontstekingsvolgorde (de volgorde waarin ontsteking plaatsvindt binnen elke cilinder). Terwijl samengeperste lucht elke cilinder binnenkomt, dwingt het de bijbehorende zuiger naar beneden richting BDC, maar omdat meerdere zuigers tegelijkertijd naar beneden worden gedwongen, is er genoeg momentum om één zuiger terug omhoog te dwingen richting bovenste dode punt (TDC); brandstof kan dan worden toegelaten en ontsteking vindt plaats. Zodra ontsteking plaatsvindt, kan de motor op eigen kracht blijven werken.
Goed om te weten - er zijn veiligheidsvoorzieningen ingebouwd in luchtstart systemen om schade aan het systeem en personeel te voorkomen. Deze omvatten:
-
Regelkleppen – om de luchtstroom binnen het luchtstart systeem te reguleren, starten of stoppen.
-
Veiligheidskleppen – om eventuele overdruk die zich in het systeem kan ophopen te verlichten.
-
Vlamvallen – geïnstalleerd voor elke luchtstartklep om elk verbrandingsproces dat kan optreden in de hogedruk luchtleidingen te stoppen. Verbrandingsmateriaal binnen de luchtleidingen komt van olieresten van de luchtcompressoren; dit kan ontbranden als een luchtstartklep lekt en hete uitlaatgassen uit de verbrandingsruimte in de luchtleidingen kunnen ontsnappen.
Hoe werken luchtstartkleppen op schepen?
Samengeperste lucht wordt naar het onderste deel van de klep gevoerd vanuit de automatische luchtstartklep. Een pijp met grote diameter verbindt het luchtstart systeem met de klep, wat ervoor zorgt dat een groot volume lucht snel in de cilinder kan worden toegelaten. De luchtverdeler zal samengeperste lucht naar de pilootluchtinlaat afvoeren terwijl het door zijn sequentie beweegt (ontstekingsvolgorde), dit zorgt ervoor dat de openingszuiger naar beneden beweegt en daardoor opent de luchtstartklep. Op dit punt wordt samengeperste lucht in de cilinder toegelaten. Wanneer de luchtverdeler van positie verandert, wordt er geen lucht meer geleverd aan de pilootinlaatlijn, deze wordt in plaats daarvan afgetapt. Het aftappen van de pilootlijn zorgt ervoor dat de veer uitzet, wat ervoor zorgt dat de klep sluit (de luchtdruk in de hoofdlijn is niet langer voldoende om de resterende veerdruk te overwinnen, waardoor de luchtstartklep sluit).
Het werkingsprincipe van de luchtstartklep kan worden gezien in de onderstaande video.
Wat zijn de belangrijkste ontwerpen van samengeperste luchtstart systemen?
Er zijn twee hoofdontwerpen voor luchtstart systemen voor dieselmotoren.
-
Directe start – samengeperste lucht wordt direct in elke cilinder geïnjecteerd. Dit duwt de respectieve zuiger naar beneden, wat ervoor zorgt dat de krukas draait. Dit luchtstart ontwerp is eenvoudig en wordt gebruikt door grote mariene tweeslag dieselmotoren.
-
Luchtmotor start – samengeperste lucht wordt gebruikt om een luchtmotor aan te drijven, die is verbonden met het vliegwiel van de motor. Samengeperste lucht stroomt door de motor, waardoor de motoras draait, die op zijn beurt het vliegwiel en daardoor de krukas van de motor aandrijft. Dit ontwerp wordt gebruikt voor middelgrote motoren.
In beide ontwerpen, zodra de motor werkt, wordt de stroom van samengeperste lucht gestopt en blijft de motor werken op eigen kracht (chemische energie meestal van diesel of zware stookolie). Zodra de compressoren de luchtstart cilinders hebben bijgevuld (een deel van de samengeperste lucht wordt tijdens het opstarten verbruikt), kan het luchtstart systeem opnieuw worden gebruikt voor de volgende start.
Gerelateerde Online Technische Cursussen
Basisprincipes van Verbrandingsmotoren