De meest compacte grootste luchtgevulde onderwatermotor ter wereld.
Vraag
Onze klant HollandMT zocht voor haar klant Spaansen Marine Aggregates een luchtgevulde onderwatermotor met hoog vermogen. Een “routineklus” voor EN-motors, echter maakten onderstaande eisen deze opdracht toch complex. Dit waren onze kaders:
- maak de motor zo klein mogelijk;
- de motor wordt aangestuurd door een aandrijving met twee stuks 690V frequentieregelaars;
- werkpunt: 2000kW bij 300 rpm;
- overbelasting: 10% en maximaal 5 minuten per uur;
- de lagerconstructie in de motor moet geschikt zijn voor een hoge belasting, omdat de pompwaaier rechtstreeks op de motoras wordt gemonteerd.
Uitdaging
De allergrootste uitdaging was om een motor met hoog vermogen zo klein mogelijk te maken. Dit gaat namelijk tegen enkele “natuurwetten” in. Daarnaast zorgt de constructie van de frequentieregelaar ervoor dat we de motor inwendig “in tweeën” moeten delen om het maximale ampèrage per regelaar niet te overschrijden. En vanwege de hoge belasting die de pomp genereert, moet er ook kritisch gekeken worden naar de lager- en asconstructie.
Door het type constructie en de hoge belasting vraagt de lagerconstructie olie- in plaats van vetsmering, maar omdat de motor lucht gevuld is, moeten er dus hermetisch gesloten lagerconstructies ontworpen worden.
Van bouwgrootte 800 naar bouwgrootte 710
We maakten een zo efficiënt mogelijk blikpakket met wikkeling. Hierdoor konden we de gegenereerde warmte, als gevolg van verliezen in de motor, intern goed verdelen. Mede door een grote koelcapaciteit van de behuizing te ontwikkelen. Zo slaagden we er in het gewenste vermogen uit een zo klein mogelijke motor te halen. In plaats van een bouwgrootte 800 maakten we een motor in een bouwgrootte 710.
Oplossing
De vraag naar een zo klein mogelijke motor is in dit geval natuurlijk relatief. Een motor voor deze toepassing en met dit forse werkpunt is nu eenmaal een flinke machine. Echter kan het verschil van één IEC bouwgrootte al enorm schelen in gewicht én maatvoering. Extra gewicht telt ook nog door in de rest van de constructie van het schip. Meer gewicht betekent namelijk dat het schip een zwaardere hijsinstallatie nodig heeft.
Een motor voor deze toepassing en met dit forse werkpunt is nu eenmaal een flinke machine. Echter kan het verschil van één IEC bouwgrootte al enorm schelen in gewicht én maatvoering.
2 wikkelingen
De aandrijving met 2 frequentieregelaars was beperkt tot 2x 1175A. De nominale stroom van deze motor bij vollast is echter 2120A (en tijdens 10% overbelasting zelfs 2350A).
Om dit probleem op te lossen, hebben we de motor intern voorzien van 2 wikkelingen die ieder 1060A bij nominaal vermogen vragen. Op deze manier konden we voldoen aan de maximaal beschikbare stroom per frequentieregelaar.
Vacuüm-knal
Om een zo compact mogelijke pompset te bouwen, werd ervoor gekozen de pompwaaier direct op de motoras te monteren. Concreet betekent dit dat alle krachten die de pomp veroorzaakt, opgevangen worden door de lagerconstructie van de motor. Onze berekeningen maakten we op basis van de gespecificeerde belastingsdiagram van de klant. Daarin stond dat de belasting kan oplopen tot 140kN radiaalkracht en 250kN axiaalkracht. Tijdens het baggerproces kan echter (onder bepaalde omstandigheden) een zogenaamde vacuüm-knal in de pomp optreden en dat kan vervolgens weer een kortdurende axiaalkracht in tegengestelde richting van zo’n 1250kN veroorzaken. Ook daar hebben we rekening mee gehouden. Om al deze krachten op te vangen, ontwierpen we namelijk een speciale lagerconstructie, bestaande uit een dubbelrijig tonlager en een axiaal tontaats lager. De lagerconstructie aan zowel de aandrijfzijde als de niet-aandrijfzijde van de motor zijn oliegevuld en hermetisch gesloten. Met simulatiesoftware hebben wij de lagerconstructie en de motoras middels de eindige elementen methode doorgerekend om tot een juiste dimensionering van as en lagers te komen. Ook tijdens dit proces hielden we de maatvoering scherp in de gaten.
Asafdichting
De asafdichting in de motor moet de olie in en het water buiten de lagerconstructie houden. Dit gebeurt door een dubbelwerkend mechanical seal (met een as-maat van Ø340mm) dat middels een oliecompensator, met een overdruk van 0,5bar ten opzichte van de waterdruk, voor de afdichting zorgt.
De motor hebben we uitvoerige getest en is in bedrijf gesteld bij Spaansen Marine Aggregates.
Resultaat
Zo bouwden we de meest compacte grootste luchtgevulde onderwatermotor ter wereld!
De motor hebben we uitvoerige getest en is in bedrijf gesteld bij Spaansen Marine Aggregates.
Nog even de cijfers de op een rij:
- De motor weegt 22.000kg. Geen kleine jongen dus, maar toch is dit exemplaar een lichtgewicht in zijn klasse.
- De onderwatermotor levert een continu vermogen van 2000kW bij 300rpm en zelfs tot 2200kW bij 300rpm (overbelastbaar).
- The motor has a nominal torque of nearly 64,000 Nm, 70,000 Nm when overloaded.
- De lagerconstructie heeft een minimale theoretische levensduur van 50.000 uur.
- Door het hoge rendement van 96,3% is de motor zeer energie efficiënt.
- Ook is het mogelijk om het gewenste vermogen en koppel uit een bouwgrootte 710 te “knijpen”.