Impianti di propulsione navale

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1 Motori diesel 2T Descrizione dei motori ME e RT-Flex Le caratteristiche ed i vantaggi dei motori a controllo completamente elettronico sono già state elencate i precedenza. In questo capitolo saranno illustrati più in dettaglio alcuni particolari costruttivi introdotti sui nuovi motori serie ME della MAN B&W e RT-Flex della Wärtsilä; E molto difficile fare un confronto in parallelo fra i due sistemi che sono definiti in maniera molto diversa ma nella sostanza sono molto simili; L unica cosa in comune è che entrambi hanno eliminato l asse a camme per il comando meccanico delle pompe combustibile e delle pompe per gli attuatori delle valvole di scarico, ma cedono in modo diverso l energia alle due pompe precedenti; Nei motori serie ME è utilizzato l olio lubrificante motore come mezzo di trasferimento di energia: l olio assorbe energia meccanica dal motore e la cede al combustibile e all olio del circuito attuatori delle valvole di scarico; Nei motori RT-Flex il combustibile e l olio del circuito attuatori valvole di scarico assorbono direttamente l energia meccanica; E importante sottolineare nuovamente che la trasformazione di energia meccanica in energia idraulica non avviene tramite un asse a camme ma con pompe che lavorano in modo quasi continuo e mantengono costante la pressione in un sistema accumulatore, che per i motori ME è costituito dall olio di lubrificazione a circa 200 bar mentre per i motori RT-Flex dal combustibile a circa 1000 bar. 1

2 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME Le due figure mostrano i componenti eliminati dal motore MC e quelli aggiunti sul motore ME 2

3 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura a lato mostra, in marrone chiaro, il nuovo sistema di iniezione e di controllo dell attuatore della valvola di scarico installato in parallelo, su un impianto a bordo di una nave a livello sperimentale, al sistema convenzionale della pompa comandata dall asse a camme; Il nuovo sistema prevede sempre un insieme pompa d iniezione e pompa di controllo della valvola di scarico per ogni cilindro e mantiene quindi l accoppiamento denominato pompainiettore, anche se gli iniettori sono in realtà minimo due per cilindro; L energia alle pompe è fornita dall olio in pressione nel sistema di accumulatori; L ovale blu evidenzia il sistema asse a camme-pompe iniezione e olio attuatori non montato sui nuovi motori serie ME. 3

4 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura mostra il circuito idraulico completo; L olio è aspirato dal pozzetto motore, filtrato e pompato ad alta pressione nelle unità idrauliche di ogni cilindro, che sono unite da un collettore in comune; L olio aziona le due pompe per mezzo delle valvole a controllo elettronico ELFI ed ELVA, rispettivamente per l iniezione e per l attuatore della valvola di scarico. 4

5 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura rappresenta il diagramma di funzionamento del circuito idraulico: 5

6 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura rappresenta l unità idraulica di ogni cilindro. La valvola NC del sistema di iniezione attua il controllo del movimento dello stantuffo della pompa in modo proporzionale, controlla cioè la quantità di combustibile spostato ad ogni corsa e quindi il consumo. La valvola NC del circuito dell attuatore è una semplice on/off che controlla l apertura e la chiusura della valvola di scarico. 6

7 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura seguente mostra i componenti del sistema pompa-iniettore e la modalità operativa nella fase di pompaggio. Spostando il pistone della valvola ELFI verso il basso si scarica la pressione e si interrompe l iniezione. 7

8 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura seguente mostra il sistema pompa-iniettore nella fase di scarico dell olio in pressione e aspirazione del combustibile. La valvola ELFI è posizionata verso il basso; 8

9 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La figura seguente mostra il sistema pompa-iniettore nella fase di pompaggio del combustibile. La valvola ELFI è posizionata verso l alto; 9

10 Motori diesel 2T Descrizione dei motori serie ME La differenza tra i grafici delle pressioni di iniezione in funzione dell angolo di manovella per i motori MC e ME è illustrata nella figura seguente: 10

11 Le due figure mostrano i componenti eliminati dal motore RTA e quelli aggiunti sul motore RT-Flex: 11

12 Vista del motore RT-Flex con evidenziata la disposizione dei componenti del sistema Common Rail : 12

13 La figura a lato mostra il sistema asse a camme-pompa-iniettore, con l iniettore fuori scala per motivi di chiarezza, installato su tutti i motori serie RTA; Nei motori RTA ogni corpo pompe ha due pompe combustibile e due pompe per gli attuatori valvole di scarico e alimenta due cilindri; La fasatura dell iniezione è controllata da due valvole separate di alimentazione e scarico pressione regolate da due alberi eccentrici azionati idraulicamente; L ovale blu evidenzia il sistema asse a camme-pompe iniezione e olio attuatori non montato sui nuovi motori RT-Flex. 13

14 La figura mostra il circuito combustibile in pressione; Le pompe combustibile sono azionate, tramite ingranaggi, direttamente dall albero a manovelle; Il collettore Common rail è comune a tutti i cilindri; Il sistema di dosaggio del combustibile (VIC) apre le valvole, tramite il sistema elettronico di controllo WECS 9000, nella sequenza dell ordine d accensione e per un tempo funzione del carico. 14

15 La figura mostra il circuito olio per il comando degli attuatori valvole di scarico; Le pompe olio sono azionate, tramite ingranaggi, direttamente dall albero a manovelle; Il collettore Common rail è comune a tutti i cilindri; L attuatore idraulico apre le valvole per azionare quello delle valvole di scarico, sempre tramite il sistema elettronico di controllo WECS 9000, che controlla l inizio e il tempo di apertura. 15

16 La figura mostra il sistema completo di regolazione dei motori RT-Flex che include l iniezione del combustibile, l olio del circuito attuatori valvole di scarico e l aria avviamento. 16

17 Il disegno a lato mette in evidenza i seguenti componenti: A Collettore combustibile (1000 bar); B Collettore olio di controllo (200 bar); C Collettore olio per attuatori (200 bar); D Gruppo valvole controllo quantità combustibile; E Attuatore valvole di scarico 17

18 Disegno pompe combustibile e olio di servizio e controllo: Pompe combustibile Pompe olio 18

19 Componenti principali del sistema: Pompa combustibile Unità valvole di controllo quantità combustibile iniettato 19

20 Componenti principali del sistema: Attuatore olio valvole di scarico Pistone attuatore Pistone controllo idraulico Stelo valvola di scarico 20

21 Curve caratteristiche dell iniezione dei motori RT-Flex con i tre iniettori del cilindro in funzione simultaneamente; Da notare la forma quasi ad angolo retto dell inizio e della fine dell iniezione e la costanza della pressione d iniezione; Anche la pressione nel collettore si mantiene abbastanza costante, anche se con leggere fluttuazioni; Notare ancora l anticipo d iniezione praticamente nullo e la forma della curva di pressione all interno del cilindro. 21

22 Impianti di propulsione navale Conclusioni Entrambi i motori serie ME della MAN B&W e RT-Flex della Wärtsilä adottano sistemi che mantengono circa costante la pressione del combustibile durante la fase di iniezione; Entrambi i sistemi permettono di raggiungere i seguenti obiettivi principali: Controllo della quantità di combustibile iniettato con conseguente ottimizzazione e riduzione dei consumi in un vasto campo di potenza; Controllo separato delle fasi di pompaggio e di iniezione; Riduzione della fumosità in tutto il campo di funzionamento; Miglioramento del funzionamento a bassi carichi; Adattabilità al funzionamento con differenti qualità di combustibile; Flessibilità al funzionamento per diverse modalità operative; Estensione dell intervallo fra due manutenzioni; Come visto, la realizzazione pratica dei due sistemi ha sostanziali differenze con vantaggi e svantaggi che possono essere sintetizzati come segue: I motori ME hanno lo svantaggio di un maggior numero di componenti e il vantaggio di avere il collettore olio comune a tutti i cilindri con pressione di 200 bar, mentre i collettori combustibile a pressione elevata sono molto corti; I motori RT-Flex hanno il vantaggio di un minor numero di componenti e lo svantaggio di avere il collettore combustibile comune a tutti i cilindri con pressione di 1000 bar, oltre al collettore olio con pressione di 200 bar. 22

23 Conclusioni Come esposto, l introduzione del controllo elettronico dell iniezione del combustibile ha portato ottimizzazioni, miglioramenti e riduzioni valutabili a breve e lungo termine, tra le quali la più visibile è quella della riduzione della fumosità allo scarico dei motori, fattore molto importante per navigazione in zone sempre più estese soggette a particolari normative restrittive (Alaska, mar Baltico ecc.), Il grafico seguente mostra i miglioramenti ottenibili in tutto il campo di funzionamento sui motori Wärtsilä con il Common rail : 23