Neue KFWA

 

Neues, patentiertes Kraftstoffaufbereitungs- und Versorgungssystem für Dieselaggregate mit Common-Rail-Einspritzanlagen

Problemstellung

Motoren mit Common-Rail-Einspritzanlagen erfordern gute Kraftstoffqualitäten vor den Hochdruck-Pumpen und Injektoren. Partikel und Wassergehalt im Kraftstoff reduzieren die Betriebszeiten der Motor-Hauptfilter auf nicht akzeptable Werte von 60 – 80 h.
Die bei einem bedeutenden Motorenhersteller bisher vorgeschalteten Sicherheitsfilter, die Partikel über 30 µm zurückhalten, waren meist unbelastet, da die Verschmutzungspartikel < 30 µm sind.
Freies Wasser wird von diesen Filtern zwar bis > 500 ppm abgeschieden, Kraftstoff / Wasser-Emulsion (die üblicherweise vorkommen) werden jedoch nicht separiert.
Übersteigt der Wassergehalt im Kraftstoff jedoch 80 ppm, sammelt sich das Wasser im Motor-Hauptfilter. Das Filterpapier quillt auf, zeigt einen S-Schlag und blockiert, bzw. Wasser wird zu HD-Pumpe und Injektoren befördert.
Erhöhter Wassergehalt führt zu Korrosion in den Hochdruckpumpen und Injektoren, die die Lebensdauer signifikant reduziert.
Die auf Grund der zu geringen Filterabscheidegrade verbleibenden Feststoffpartikel und Wasser im Kraftstoff vor Hochdruckpumpe und Injektoren führt in Verbindung mit den sehr hohen Einspritzdrücken zu Verschleiß an diesen Komponenten.

 

Anforderungen des Motorenherstellers

Da die bis dato eingesetzten „Filter-Wasserseparatoren“ im Saugebetrieb arbeiteten und keine wesentlichen konstruktiven Veränderungen vorgenommen werden sollten, bestand die Forderung darin, diese „konstruktive Hürde“ mittels NFV – Technik zu überwinden.
In zweijähriger Entwicklungsarbeit wurde bei der NFV ein Verfahren entwickelt, welches allen Ansprüchen gerecht wird.

Die Lösung

Übersicht einer KFWA Einheit (für vergrößerte Ansicht bitte anklicken)

Funktionsprinzip

Die KFWA kann in drei verschiedenen Betriebsarten arbeiten.

a  Normalbetrieb
b  Betrieb mit verschmutztem Filter- Coalescerelement
c  Notfallbetrieb während eines Stromausfalls

Variante 1: Hauptstromanlage (d. h. ohne Tagestank)
(für vergrößerte Ansicht bitte anklicken)

Die KFWA ist eine Filter-Coalescer Anlage. Der Kraftstoff wird von einer Zahnradpumpe von innen nach außen durch das Element gefördert. Zunächst durchströmt der Kraftstoff die Filterschicht, um dann durch die Coalescerschicht zu gelangen wo er entwässert wird. Zur Entwässerung sind verschiedene hydrophile (wasserliebende) Materialien in das Element eingearbeitet, die in der Lage sind, sehr kleine Wassertröpfchen zurückzuhalten. Nach einer bestimmten Zeit verbinden sich diese kleinen Tröpfchen zu ca. 3 mm großen Tropfen, treten aus dem Element aus und sinken auf den Boden des Behälters.
Mittels einer 3-in-1 Stab- Elektrode wird die Wasseransammlung überwacht und über das automatische Wasserablassventil abgelassen, wenn der max. Stand erreicht ist.
Das Wasserablassventil öffnet und schließt vollautomatisch während die Anlage in Betrieb ist. Die Hauptmaschine kann in Betrieb bleiben und eine anschließende Entlüftung der KFWA ist nicht notwendig.
Die Verschmutzung des Filter-/Coalescer¬Elementes wird über den Differenzdruck überwacht. Erreicht der Differenzdruck 1,5 bar, erscheint ein Alarm und das Element sollte so bald wie möglich gewechselt werden. Der Differenzdruck ist zur optischen Kontrolle anhand der ein- und austrittsseitig montierten Manometer zu ermitteln.
Die motorseitige Kraftstoffförderpumpe reagiert empfindlich auf Druckschwankungen im Eintritt. Um diese Pumpe von der KFWA bezüglich Druck- und Volumenschwankungen zu trennen durchströmt der Kraftstoff einen drucklosen Überströmbehälter, der dem KFWA- Gehäuse nachgeschaltet ist. Aus diesem Behälter saugt die Kraftstoffförderpumpe an.

 

Zusammenfassung

 

Die NFV-KFWA ist eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Mitteldestillaten für Einspritzsysteme von Dieselmotoren und Gasturbinen mittels Filtration und Wasserabscheidung. Sie besteht aus einer Kombination von einer oder zwei Förderpumpen mit wenigstens einer Filter-Wasserabscheidereinheit, die ihrerseits aus jeweils einem Druckgehäuse mit eingebautem Filter-Wasserabscheider-Element besteht und jeweils mit einer Wasserablassvorrichtung und einer Differenzdrucküberwachung ausgestattet ist. Weiterhin ist ein Überlauf-Druckabbaubehälter mit einem automatischen Überlauf vorgesehen. Die Abläufe erfolgen vollautomatisch.

 

Testphase

Die ersten Anlagen wurden von dem Motorenhersteller auf „Problemschiffen“ getestet, wobei die Untersuchungen und Prüfungen durch neutrale Labore und Institutionen begleitet wurden.

Versuchsanordnung NFV-Filter KFWA 1800

Variante 2 im Nebenstrom (d.h. mit Tagestank)

Der NFV-Filter ist zwischen Bunkertank und Tagestank angeordnet. Die Kraftstoffproben wurden unmittelbar vor und hinter dem Filter sowie an den an den Motoren serienmäßig angebauten Kraftstofffiltern entnommen.



Aufbau des NFV Filter mit Probenahmestellen


Vereinfachtes Kraftstoffschema für Schiffe mit Tagestank (seitlich fließend) (für vergrößerte Ansicht bitte anklicken)

 

Fazit

 

Inzwischen wurden 23 Anlagen für den Motorenhersteller geliefert und in der Praxis erfolgreich getestet. Inzwischen liegt die Freigabe des Motorenherstellers vor, wie auch die der Klassifikationsgesellschaften, wie GL u.s.w.


Kfm.-Ing. Eberhard Runge

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