SCHEEPSWERKTUIGKUNDE

Bolnes 2-takt langsspoeling kruishoofd dieselmotoren met en zonder drukvulling

Bolnes dieselmotoren, waarvan de machinefabriek gelegen was aan de Nieuwe Maas vlak bij Slikkerveer. Een puur Nederlands product met meerdere opmerkelijke constructiedetails. Om te beginnen het gelaste motorframe. Dieselmotoren worden overwegend geconstrueerd uit gietstalen motorblokken, Bolnes bouwde het motorframe op uit stalen platen, waardoor de lengte van de motor, maar meer nog het machinevermogen van de motor afhankelijk van het aantal cilinders, kon variëren van 2 tot 10 cilinders in lijnopstelling. Bolnes leverde ook dieselmotoren met de cilinders in V-opstelling, tot een maximum van wel 20 cilinders, waarbij er gebruik werd gemaakt van onderling uitwisselbare machineonderdelen: cilinders, cilinderkoppen, zuigers, zuigerstangen, spoelpompen en drijfstangen, verstuivers, brandstofpompen, stoterstangen, tuimelaars, kleppen, klepveren, decompressiekranen, explosiedeksels en noem het allemaal maar op, een machinekamer uitgerust met één of meer Bolnes voortstuwingsmotoren en Bolnes hulpmotoren had als voordeel dat er een beperkt aantal reserveonderdelen aan boord hoefden te zijn. Ook de werking van de Bolnes Dieselmotor is een interessante: het tweetakt langsspoelingsprincipe met spoelpoorten en een uitlaatklep waarbij het kruishoofd fungeert als spoelpomp. Dit systeem komt ook voor bij uitzonderlijk grote scheepsmotoren, maar voor een middelsnellopende dieselmotor is dit uitzonderlijk. Het maakt van de Bolnes dieselmotor een opmerkelijke motor met een karakteristiek geluid, mede door de zuig- en perskleppen van de oudste typen die je bij langzame toeren kunt horen ratelen. Maar deze vragen ook onderhoud, wanneer deze membraankleppen afbreken door het vele ratelen verminderd het vermogen door de mindere cilindervulling. Rook uit de schoorsteen een duidelijk signaal. Op een aantal schepen gevaren met Bolnes scheepsmotoren. Mooi werk!

Klik op afbeelding om een 5 cilinder Bolnes te zien en horen lopen.
Brochure Bolnes Dieselmotoren

Technische gegevens Bolnes

Werkwijze Tweeslag met langsspoeling
Cilinderdiameter 0,19 meter
Spoelpompdiameter 0,260 meter
Zuigerslag 0,35 meter
Gemiddelde zuigersnelheid 7 m/sec
Toerental 600 omw/min ofwel 10 omw/sec
Compressieverhouding 14,3:1
Gemiddelde effectieve druk 11,08 Bar / 11,3 kg/cm
Brandstofverbruik vollast 218 g/kWh
Smeerolieverbruik 0,8 g/kWh
150 Pk / 110 kW per cilinder

Motorvermogen Bolnes DNL6 in Pk berekening ‘Old School’

iPk = (pi * a * s * z * n)/60*75 (60 seconden, 75 kgf)
iPk = (pi * ¼πd² * s * z * n)/9000 (4500 bij 2T, 9000 bij 4T)
iPk = (11,3 * (0,785*19*19) * 0,35 * 6 * 600) / 4500
iPk = (11,3 * 283,4 * 0,35 * 6 * 600) / 4500
iPk =  896,7 Pk

Definiëring

Vermogen
1 Pk = 75 kgf * m/s (Dr.Ir. H.W. Tijen/Ir. C. Kapsenberg, Scheepsoliemotoren en gasturbines, 1967)
1 Pk = 0,734 Kw
1 Kw = 1,36 Pk

Druk

1 kg/cm = 0,98 Bar
1 Bar = 1,01 kg/cm²
1 Bar = 10 Newton/cm²
1 Bar = 100.000 Newton/m²

Motorvermogen Bolnes DNL6 met SI eenheden in Kilowatts

Pi = (pi * (¼π * d²) * s * n * z)/1
Pi = (n/m² * (¼π * m²) * m * omw/s * aantal cilinder)/1
Pi = (110,8*100.000 m2 * 0,05951 * 10)/1
Pi = 659370,8 W
Pi = 659,37 Kw

Herrekening: 659,48 * factor 1,36 = 896,74 Pk

Bolnes dieselmotor kenmerken

1 De uitlaatgassenreciever van Bolnes motoren kunnen watergekoeld zijn maar ook ongekoeld en bekleed met isolatiemateriaal om de stralingshitte naar de machinekamer en het brandgevaar te beperken. De uitlaatgassenreciever is met flexibele koppelingen verbonden aan de cilinderkoppen.

2 De uitlaatgassen van de Bolnes dieselmotor worden afgevoerd via één centrale mechanisch bediende uitlaatklep. Verse verbrandingslucht wordt aangevoerd via de spoelpoorten in de cilinder welke door de zuiger worden geopend en gesloten. Het arbeidsproces van de Bolnes dieselmotor werkt op het principe van de langsspoeling.

3 De verstuivers zijn van het ééngats-type, verstopping is daarmee uitgesloten, een hoge betrouwbaarheid ook onder minder gunstige omstandigheden zoals dikvloeibare brandstoffen bij koude temperaturen. Latere Bolnes dieselmotoren werden uitgerust met twee in plaats van één verstuiver.

4 Bolnes motoren zijn uitgevoerd met demontabele koelwatermantels, welke los genomen kunnen worden van de cilindervoering. Essentiële onderdelen zoals cilinderkoppen, cilinders, zuigers enzovoort zijn uitwisselbaar. Het nominale vermogen van Bolnes dieselmotoren wordt voor een belangrijk deel bepaald door het aantal toegepaste cilinders.

5 De werkzuigers zijn smeerolie gekoeld, de smeerolie naar de holle zuigers wordt toe- en afgevoerd via oliekanalen in de drijfstangen en de zuigerstang.

6 De spoelpoorten, spoelkleppen en spoelruimten zijn voor inspectie en schoonhouden bereikbaar via de ruime deksels aan de zijkanten van de Bolnes dieselmotor, bij de lijnopstelling zelfs vanaf twee zijden. Oudere typen Bolnes-motoren hebben afneembare cassettes met bladveren als terugslagkleppen. Jongere exemplaren zijn voorzien van veerschotels.

7 De zuigerstangen bewegen zich door keringen, enerzijds om de pompwerking van de spoelzuigers te realiseren, maar tevens heeft dit als voordeel dat de smeerolie in het motorcarter niet direct in aanraking komt met langs de zuigerveren lekkende verbrandingsgassen. Deze komen in de spoelruimten waar deze, zeker bij de uitvoeringen met turbodrukvulling, weer naar de verbrandingsruimten worden gevoerd. Bij oudere Bolnes motoren zonder drukvulling is dit niet het geval: de luchtinlaat bestaat daar uit een open gleuf in de zijde van de motor.

8 Het kruishoofd is uitgevoerd als spoelzuiger. Deze heeft een grotere diameter dan de werkzuiger, om het volume van de drijfstang te compenseren en om te komen tot een volledige vulling van de cilinder. De spoelzuiger brengt de axiale krachten van de drijfstang over op de cilinderwand van de spoelcilinder.

9 Het motorframe van de Bolnes dieselmotoren is gelast van plaatstaal en is inwendig toegankelijk door rondom aangebrachte inspectiedeksels. Alle toegepaste schroefdraad is metrisch uitgevoerd.

10 De smeeroliekoelers, circulatiewaterkoelers en verbrandingsluchtkoelers evenals smeeroliepompen, smeeroliefilters en koelwaterpompen zijn bij de Bolnes dieselmotoren aangebouwd.

11 De krukas en de nokkenas kunnen  bij de Bolnes dieselmotor zijdelings worden uitgenomen door het wegnemen van de carterdeksels, inspectiedeksel en de tussenschotten en niet in de laatste plaats door het losnemen van de zware draadeinden in het motorcarter van de Bolnes dieselmotor.

Tweetakt Langsspoeling

1 De zuiger bevindt zich in het onderste dode punt ODP en heeft de spoelpoorten geopend. Bovenin de cilinder staat de uitlaatklep (rood) geopend. Verse lucht wordt (aangevoerd door de spoelpomp of de turboblowers) via de spoelpoorten de cilinder binnengeleid, en verdringt de uitlaatgassen van het voorgaande proces via de openstaande uitlaatklep naar buiten.

1a De zuiger beweegt zich naar boven en heeft de spoelpoorten gesloten. Ook de uitlaatklep (rood) is gesloten. De zich naar bovenste dode punt BDP bewegende zuiger perst de verse lucht samen. Naar de Wet van Boyle Gay Lussac (P1*V1)/T1 = (P2*V2)/T2 lopen de druk en de temperatuur inde kleiner wordende afgesloten ruimte sterk op.

2 De zuiger heeft het bovenste dode punt BDP bereikt, enkele booggraden voor dat moment wordt er door middel van de hoge druk brandstofpomp en de verstuiver brandstof in de hete lucht geïnjecteerd die daarop tot ontsteking komt. De druk en de temperatuur lopen verder op door de verbranding in de afgesloten ruimte, waarop de zuiger naar beneden wordt gedrukt.

2a De zuiger beweegt zich naar het onderste dode punt ODP, waar de zuiger de spoelpoorten opent. Verse spoellucht wordt aangevoerd door de turbo blower of een spoelpomp de cilinder binnengeleid. Bovenin de cilinder begint de uitlaatklep (rood) zich te openen, waarop de uitlaatgassen de cilinder beginnen te verlaten. Het proces begint opnieuw.

Tweetakt langsspoeling met krukwegdiagram

Klik hier voor historie Bolnes Motoren

Stork Werkspoor Diesel

Loflied op de langzaamloper

Stork Werkspoor Diesel / Stork Wärtsilä Diesel

Stork Werkspoor Diesel, een Nederlandse machinefabriek met een sterke reputatie. Stork Werkspoor Dieselmotoren zijn toegepast in de zeescheepvaart en de Rijn- en binnenvaart, bij de spoorwegen in diesel-electrisch aangedreven locomotieven, in gemalen en elektriciteitscentrales bij ziekenhuizen en voor de aandrijving van drinkwaterpompen bij drinkwaterzuiveringsinstallaties. De Stork Werkspoor TM410 spreekt daarbij tot de verbeelding,  dit type is toegepast als hoofdmotoren van de Smit Rotterdam en de Smit London, eens ‘s werelds sterkste zeeslepers. Waarbij de Stork Werkspoor DRo 210 dieselmotoren werden toegepast als hulpmotoren, voor de aandrijving van generatoren. De initialen SWD zijn gebleven, maar in 1989 zijn de Stork Werkspoor machinefabrieken en de bijbehorende licenties overgenomen door het Finse Wärtsilä, waarmee het merk Stork Wärtsilä Diesel is ontstaan.

Stork Werkspoor DRo 210 K

De Stork Werkspoor Diesel motoren van het type DR 210 zijn gebouwd in zowel 6 cilinder als 8 cilinder uitvoeringen. De typeaanduiding 216 betreft de zes-cilinder, de 218 de acht-cilinder. 210 slaat op de zuigerdiameter van 210 mm bij een slag van 300 mm. De standaard DR 210 betrof de zelfaanzuigende 4-takt dieselmotor, de DRo 210 betrof de uitvoering met turbo oplading, en de DRo 210 K was daarbij uitgerust met een luchtkoeler voor de verbrandingslucht. Het betrof daarbij middel snellopende dieselmotoren met een maximum toerental van 900 omwentelingen per minuut, waarbij het vermogen aan beide zijden van de krukas kan worden afgenomen, zowel aan de vliegwielzijde als aan de andere zijde. Ook de plaats van de turboblowers kon wijzigen van de voor- of de achterzijde. Op een zeker moment is de merknaam Stork Werkspoor Diesel overgegaan in het Finse Stork Wärtsilä Diesel, de lichtgroene kleur werd gewijzigd in het blauw zoals in de brochures.

Klik op foto om een Stork Werkspoor DRo 216 K te zien en horen lopen

De onderstaande foto’s uit een Stork Wärtsilä brochures laten de 6 cilinder DRo 210 K dieselmotor zien, met aan de linkerzijde vanaf het vliegwiel de aangebouwde duplex smeeroliefilters, de circulatiewater – en zeewaterpomp, de zoetwaterkoeler en de luchtkoeler. De foto linksonder laat de rechterzijde zien met de voorsmeeroliepomp waarmee het smeeroliecarter ook geledigd kan worden, de twee explosiedeksels op de carterdeuren, de Bosch hogedruk brandstofpompen met de enkelgat verstuivers en de Brown Boveri Turbocharcher. Links boven zijn ook de duplex brandstoffijnfilters te zien.

Stork Werkspoor Diesel / Stork Wärtsilä Diesel DRo 210 K, SWD brochure

Technische gegevens

Viertakt dieselmotor met en zonder turbodrukvulling
Indirecte inspuiting met Ricardo wervelkamers
Boring 210 mm
Slag 300 mm
Gemiddelde zuigersnelheid bij 900 omw/min 9 meter/seconde
Effectieve druk 13 bar bij 750 omw/min
Compressieverhouding 1:14,7
Slagvolume 10,4 Liter
Ontwerp toerental 720-900 omw/min
Effectief vermogen per cilinder
DRo 210 K 85 Kw (115 Pk)/cilinder
DRo 210 70 Kw (95 Pk)/cilinder
Dr 210 47 Kw (64 Pk)/cilinder

Motorvermogen Stork Werkspoor Diesel 216 K in Pk (Old School)

iPk = (pi * a * s * z * n)/60*75 (60 seconden, 75 kgf)
iPk = (pi * ¼πd² * s * z * n)/4500 (4500 bij 2T, 9000 bij 4T)
iPk = (13,25 * (0,785*21*21) * 0,3 * 6 * 750) / 9000
iPk = (13,25 * 346,185 * 0,3 * 6 * 750) / 9000
iPk = 688 Pk

Definiëring

Vermogen1 Pk = 75 kgf * m/s (Dr.Ir. H.W. Tijen/Ir. C. Kapsenberg, Scheepsoliemotoren en gasturbines, 1967)
1 Pk = 0,734 Kw
1 Kw = 1,36 Pk

Druk

1 kg/cm = 0,98 Bar
1 Bar = 1,01 kg/cm²
1 Bar = 10 Newton/cm²
1 Bar = 100.000 Newton/m²

Definitie van Watt

Motorvermogen Stork Wärtsilä Diesel DRo 216 K met SI eenheden in Kilowatts

Pi = (pi * (¼π * d²) * s * n * z)*1/2
Pi = (n/m² * (¼π * m²) * m * omw/s * aantal cilinder)*1/2
Pi = 1300.000 * ¼π 0,21² * 0,30 * 750/60 * 6 * 1/2
Pi = 506.552,36 W
Pi = 506,55 Kw

Naberekening: 506,51 * factor 1,36 = 688,85 Pk

Stork Werkspoor Diesel / Stork Wärtsilä Diesel DRo 210 K dwarsdoorsnede. Bron: SWD brochure

Stork Werkspoor Diesel / Stork Wärtsilä Diesel kenmerken

1 Het motorcarter is van gietstaal en uit één stuk gegoten, zoals ook de carterdeksels bestaan uit gietstaal. Drijfstangen en zuigers kunnen na losnemen van de kruktappen zijdelings door de carteropeningen uit de machine worden genomen.

2 De Stork Werkspoor Diesel / Stork Wärtsilä Diesel is voorzien van een Ricardo wervelkamer voor een zo volledig mogelijke verbranding van de ingespoten brandstof. De wervelkamer kan uit de cilinderkop worden genomen en bestaat uit twee helften zodat deze inwendig gereinigd kan worden. Let wel: aandacht voor koelwater afdichtingen bij montage, de Ricardo wervelkamer wordt gedeeltelijk, rond de verstuiver, gekoeld door het circulatiewater. In de wervelkamer bevindt zich ook de aansluiting voor de decompressiekranen en een indicateur-toestel voor het meten van de compressie- en verbrandingsdruk.

3 De inlaat- en de uitlaatkleppen van de DRo 210 dieselmotoren zijn onderling uitwisselbaar. De uitlaatgassenreciever is ongekoeld maar geïsoleerd door isolatiemateriaal en afgeschermd met een metalen plaat om stralingswarmte naar de omgeving, verbrandings- en brandgevaar te beperken.

4 Tussen de hogedruk brandstofpompen en de verstuivers bevinden zich korte ongekoelde brandstofleidingen voor een zo’n direct mogelijke inspuiting met een minimaal drukverlies. De nokkenas drijft de klepstoters van de in- en uitlaatkleppen, de Bosch hogedruk brandstofpompen, de startventielen en de Woodward regulateur aan.

5 De verstuivers zijn van het type met één gat, waardoor verstoppingen door vervuiling uitblijven en ook dikvloeibare brandstoffen zo direct mogelijk in de Ricardo wervelkamers worden gespoten.

6 Per cilinder is er één Bosch hogedruk brandstofpomp toegepast om de bedrijfszekerheid en de uitwisselbaarheid van de dieselmotor te vergroten.

7 & 8 Uitneembare en uitwisselbare cilindervoeringen, waarbij bij montage en demontage aandacht moet worden geëvenaard aan de afdichtingen in het motorcarter, om te voorkomen dat zich koelwater kan vermengen met smeerolie. De genoemde cilindervoeringen zijn bestand tegen corrosie.

9 De drijfstangen en de krukas zijn vervaardigd van smeedstaal, de krukas en de krukas lagers zijn geschikt om zowel vermogen af te geven aan beide zijden van de dieselmotor, zowel aan de vliegwielzijde als de tegenoverliggende zijde van de krukas.

10 De turboblowers zijn van het merk Zweeds Zwitserse merk Brown Boveri en kunnen zowel aan de voor en achterzijde van de dieselmotor zijn gemonteerd om te komen tot een gewenste configuratie in de motoropstelling.

Principe vierslag dieselmotor 

Het principe van een viertakt dieselmotor[/

[caption id="attachment_13586" align="alignnone" width="1320"] Krukwegdiagram 4-takt dieselmotor

<1 De inlaatslag De inlaatklep is geopend en de zuiger beweegt zich van het bovenste dode pun BDP in een neerwaartse beweging naar het onderste dode punt ODP. De inlaatklep (blauw) is al enkele booggraden voor het bereiken van de BDP door de zuiger opengegaan, de volumevergroting van de cilinder door het naar beneden bewegen van de zuiger zorgt voor een vacuüm, waardoor verse lucht vanuit de omgeving de cilinder in wordt gezogen.

2 De compressieslag Enkele booggraden na het doorlopen van het onderste dode punt ODP van de zuiger sluit de inlaatklep (blauw) zich en beweegt de zuiger zich naar boven. De inlaatklep (blauw) en de uitlaatklep (rood) zijn beiden gesloten, de cilinder is een gasdicht afgesloten ruimte. De vers aangezogen lucht wordt nu gecomprimeerd in de gesloten ruimte, waardoor de druk en de temperatuur oplopen: (V1 * P2) / T = (V2 * P2) / T1 Wet van Gay-Lussac. Vlak voordat de zuiger door het bovenste BDP gaat wordt er door door middel van de hoge druk brandstofpomp en de verstuiver brandstof in de hete lucht gespoten welke door de opgelopen temperatuur van de lucht ontbrand.

3 De arbeidslag De ontstoken brandstof verhoogt de druk in de gesloten cilinder en begint vanaf het bovenste punt BDP de zuiger naar beneden te drukken, de arbeidslag. De brandstofinspuiting loopt nog enkele booggraden door na het BDP, wanneer de zuiger bijna het onderste dode punt ODP heeft bereikt wordt de uitlaatklep (rood) geopend en beginnen door de aanwezige druk de eerste uitlaatgassen de cilinder te verlaten.

4 De uitlaatslag De uitlaatklep (rood) staat vol open, de zuiger beweegt zich naar boven richting het bovenste dode punt BDP, de volumeverkleining van de cilinder drijft de afgewerkte gassen uitvoering cilinder. Wanneer de zuiger bijna het bovenste dode punt BDP bereikt opent zich ook de inlaatklep (blauw) en begint de uitlaatklep (rood) zich te sluiten waarna het vierslag- of ook wel genoemd het viertaktproces zich gaat herhalen.

Sluit Menu