En flercylindrig fartygsmotor som körs med rätt arbetstryck i varje cylinder snålar med dieselbränslet och håller längre. Till hjälp finns ABB:s Cylmate System, ett pålitligt verktyg för optimal drift, som mäter och beräknar varje cylinders prestanda många gånger i sekunden.
Över Indiska oceanen stävar det 330 meter långa containerfartyget lastat med 8 000 containrar på väg mellan Singapore och Hamburg. Inuti fartyget dunkar den enorma tolvcylindriga dieselmotorn, 25 meter lång och hög som ett trevåningshus. Varje cylinder är cirka en meter i diameter och kolven har en slaglängd på 3,5 meter från nedersta till översta läge i cylindern.
Sådana jättemotorer är favoritämnet för Jan-Erik Ibstedt och Martin Ottosson som arbetar med Cylmate System inom Force Measurement.
– Cylmate är ett mät- och effektberäkningssystem för dieselmotorer som gör det möjligt att avläsa motorns kondition i realtid, berättar Martin Ottosson.
Cylmate System är utvecklat för tvåtakts-dieselmotorer på upp till 100 000 kW, mestadels använda i containerfartyg och tankers. Det handlar om lågvarviga motorer, med ett driftvarvtal runt 100 varv per minut, och med upp till 14 cylindrar. Cylmate-systemet består av en tryckgivare för varje cylinder, en vinkelgivare placerad på motorns svänghjul samt datainsamlingssystem och bearbetningssystem med beräkningsmodeller.
Tryckgivaren är en 13 centimeter hög givare som sitter monterad på cylindertoppen. Med hjälp av ABB:s Pressductor-teknik mäter den kontinuerligt trycket i cylindern, beröringsfritt och utan att påverkas av motorns sot och avlagringar.
Jan-Erik Ibstedt förklarar att trycket i cylindern som funktion av vevaxelvinkeln är det avgörande mätvärdet när man vill veta motorns aktuella prestanda och kondition.
– Med hjälp av tryck, vevaxelvinkel och varvtal kan effekten i varje cylinder räknas ut. Dessutom ska maxtrycket, när bränslet antänds, uppstå exakt när kolven är i rätt läge. Det ska också vara lika högt tryck i motsvarande kolvläge i alla cylindrarna.
Tryckgivaren mäter trycket 720 gånger på varje motorvarv. Varje varv mäts varvtal och vevaxelns läge av Cylmates vinkelgivare som är monterad ovanför motorns svänghjuls kuggkrans.
Vinkelgivaren använder ABB:s Pulsed Eddy Current-teknologi, den andra av Force Measurements teknikområden, för att få en hög vinkelnoggrann mätning av en specifik kuggs position och därmed underlag för beräkning av vevaxelns läge i varje ögonblick.
– Trots att vevaxeln är metertjock vrider den sig, kanske uppåt en och en halv grad, på grund av cylindrarnas kraftpåverkan, säger Jan-Erik Ibstedt. Det är viktigt att veta axelns rätta läge för att kunna beräkna korrekt effekt. Alla mätvärden från givarna matas in i avancerade beräkningsmodeller som ger bland annat effekten i varje cylinder vid varje tidpunkt. En av modellerna är unik på marknaden; den använder vinkelgivarens mätvärden och lägger till uppgifter om kolvens massa och vevaxelns vridstyvhet för att exakt kunna beräkna var samtliga cylindrar har sina lägen i varje givet ögonblick.
Utan denna matematiska modell skulle effektberäkningen bli felaktig eftersom en grads vinkelfel ger åtta procent fel i effektberäkningen. All datainsamling för Cylmate-systemet sker via buss-systemet Profibus. Signalbearbetning och processberäkningar sker i en centralenhet, en controller, och data presenteras i PC-baserade operatörsstationer. Presenterade diagram och värden visar motorns kondition som ett kontinuerligt ”EKG” med eventuella avvikelser från normalvärden – det kan gälla topptryck, kompressionstryck och turboladdartryck i varje cylinder.
Med hjälp av resultatet kan fartygspersonalen minska risken för skador på motorn, minska underhållskostnaderna och öka motorns tillgänglighet.
– Om de kan höja topptrycket med sju bar så sänks bränsleförbrukningen med en procent. Det betyder en inbesparing på ungefär 500 000 dollar på ett år för ett stort containerfartyg – och en återbetalningstid på mindre än ett halvår med hjälp av ABB:s Cylmate System, säger Martin Ottosson.
