Innovative Designlösungen für verbesserte Motorleistung und Zuverlässigkeit

Global Compression Services wurde von USA Compression mit der Entwicklung einer Halterung für einen ActuCOM R8-Regler und eine CD200-Zündung für den Cummins 855-Motor beauftragt. Nach enger Zusammenarbeit mit dem Kunden und der Optimierung mehrerer Prototypen lieferte Global Compression Services eine innovative, kundenspezifische Lösung. Die innovative Halterungskonstruktion machte die Drosselklappenbaugruppe überflüssig, optimierte das Steuerungssystem und reduzierte die Ermüdung des Bedieners deutlich. Dadurch entfiel das ständige Auf- und Absteigen vom Kompressor zur Drehzahlregelung, was die Rutsch-, Stolper- und Sturzgefahr verringerte. Durch die Integration der Drehzahlregelung in das Bedienfeld wurde die Bedienung insgesamt effizienter und sicherer.

Darüber hinaus verbesserte der Ausbau des Cummins-Nebenantriebs und des Woodward-Hydraulikreglers die Zuverlässigkeit und Laufzeit durch Stabilisierung der Drehzahl und senkte gleichzeitig die Lebenszykluskosten der Anlage . Der Austausch der Magnetzündung gegen eine moderne elektronische Zündung vereinfachte die Zündzeitpunktverstellung und steigerte so die Motorleistung und -zuverlässigkeit weiter. Diese Lösung bietet eine praktikable Alternative zu den Originalkomponenten, die zunehmend schwerer zu beschaffen sind. Sie behebt gängige Zuverlässigkeitsprobleme, vereinfacht die Wartung und bietet eine kostengünstige Möglichkeit zur Senkung der Lebenszykluskosten. Die einfache Installation und die minimalen Betriebsunterbrechungen machen diese Lösung zu einer attraktiven Wahl für Betreiber, die die Motorleistung und -zuverlässigkeit verbessern möchten.

Im folgenden Frage-Antwort-Teil bat CT2 Larry Osland von USA Compression und Dakota Gormley von Global Compression Services um weitere Details darüber, wie dieses Projekt eine praktische und wirtschaftliche Lösung für bekannte Probleme mit den OEM-Optionen bot.

Welche häufigen Zuverlässigkeitsprobleme treten beim Cummins 855-Motor auf?

LO: Der Cummins 855-Motor weist insbesondere bei Erdgasanwendungen einige Zuverlässigkeitsprobleme auf, die hauptsächlich auf seine Herkunft als Dieselmotor zurückzuführen sind, der für den Erdgasbetrieb umgerüstet wurde. Obwohl er sich weitgehend bewährt hat und für Erdgasanwendungen die D-Klasse besitzt, stellen bestimmte Konstruktionsmerkmale Herausforderungen dar.

Das häufigste Problem liegt an den Zylinderköpfen, insbesondere in der Öl- und Gasindustrie, wo der Motor oft mit unbehandeltem Erdgas aus der Förderanlage anstatt mit Erdgas in Pipelinequalität betrieben wird . Die Verunreinigungen im Erdgas aus der Förderanlage können den Verschleiß beschleunigen und die Zuverlässigkeit verringern. Ein weiteres häufiges Problem ist der Nebenaggregatantrieb, der den Zündgenerator (auch Magnetzünder genannt) antreibt. Ausfälle dieser Komponente können zu erheblichen Stillstandszeiten führen. Darüber hinaus sind mechanische oder hydraulische Regler, die typischerweise von Woodward geliefert werden, eine weitere häufige Fehlerquelle, die die Motorleistung und den Betrieb beeinträchtigt.

Trotz dieser Bedenken ist der Rest des Motors im Allgemeinen sehr zuverlässig und funktioniert bei ordnungsgemäßer Wartung einwandfrei.

Wie lassen sich die Lebenszykluskosten von Anlagen am besten reduzieren ?

LO: Um die Lebenszykluskosten des Cummins 855-Motors zu senken, ist die Umrüstung auf ein vollelektronisches Motorsteuergerät eine der besten Methoden. Dadurch kann der Motor mit einem echten geschlossenen Regelkreis für das Luft-Kraftstoff-Gemisch arbeiten, was Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert. Die meisten dieser Motoren werden mechanisch eingestellt und nutzen eine mechanische Drosselklappe, eine Magnetzündung und eine feste Drehzahl. Soll der Motor mit einer anderen Drehzahl betrieben werden, sind manuelle Anpassungen erforderlich, die zeitaufwändig und ungenauer sein können.

Durch die Modernisierung ergeben sich mehrere Vorteile. Beispielsweise beseitigt der Austausch des Magnetzünders gegen ein zuverlässigeres Antriebssystem eine häufige Fehlerquelle. Gleichzeitig können die problematischen hydraulischen oder mechanischen Regler entfernt werden. Ein zentraler Bestandteil dieser Modernisierung ist die von Dakota und seinem Team entwickelte Spezialhalterung, die Platz für ein elektronisches Zündsystem, genauer gesagt das CD200, bietet. Dieses System ist auf den 855-Motor kalibriert und liefert Zündkennfelder, die auf unterschiedliche Drehzahlen abgestimmt sind.

DG: Dieses Upgrade verbessert nicht nur die allgemeine Zuverlässigkeit und Effizienz, sondern trägt auch zur Verlängerung der Lebensdauer der Zylinderköpfe bei, indem die Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen optimiert wird. Es handelt sich um eine umfassende Verbesserung, die mehrere Zuverlässigkeits- und Kostenaspekte in einem Paket berücksichtigt.

Was ist das Innovative an der Halterungskonstruktion?

LO: Die Innovation der Halterung liegt in ihrer Robustheit und Präzision. Manche mögen sie für überdimensioniert halten, doch im Ölfeldumfeld , wo Schrauben nicht immer mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen werden, ist eine überdimensionierte Konstruktion von Vorteil. Die Halterung nutzt die Befestigungspunkte des Cummins 855-Zylinderblocks optimal aus und bietet so eine stabile und zuverlässige Lösung.

Das Besondere daran ist, dass es speziell für den Cummins 855 entwickelt wurde – es handelt sich nicht um ein universelles Ersatzteil. Es passt perfekt, ohne dass Änderungen am Zylinderblock oder Zylinderkopf erforderlich sind, was die Installation einfach und problemlos macht.

Die Halterung ist zudem mit einer Systemaufrüstung kompatibel, bei der zunächst der Nebenaggregatantrieb ausgetauscht wird. Dadurch wird Platz geschaffen und eine bekannte Fehlerquelle eliminiert, was die problemlose Installation der neuen, von internationalen Zulieferern bezogenen Teile ermöglicht. Diese durchdachte Integration macht die Konstruktion sowohl praktisch als auch effektiv und trägt zur Verbesserung der Motorzuverlässigkeit in anspruchsvollen Anwendungen bei .

DG: GCS bietet zahlreiche Halterungskonfigurationen für verschiedene Motormodelle an. Wir unterstützen Sie auch gerne bei der Entwicklung individueller Halterungen für Sondermotoren und andere spezielle Anwendungen.

Können Sie den Ablauf der Installation der neuen Halterung beschreiben?

LO: Die Entwicklung und Installation der neuen Halterung war ein sehr praxisorientierter Prozess. Dakota und Freddie kamen zu uns, um verschiedene Cummins 855-Motoren aus unserem Lager zu begutachten, etwaige Abweichungen zu erkennen und die optimale Lösung zu finden. Wir testeten mehrere Prototypen, bevor wir uns für die endgültige Version entschieden, die sich als robust und problemlos zu montieren erwies.

Nachdem die Halterungskonstruktion finalisiert war, zeigten sich unsere Techniker, die an den Installationen vor Ort beteiligt waren, begeistert von den Verbesserungen. Seit der Installation haben wir durchweg positives Feedback von unseren Technikern und Kunden erhalten. Das Upgrade hat die Bedienung der Motoren deutlich vereinfacht. Die Bediener müssen nicht mehr auf das Gerät klettern oder hin und her laufen, um die Drehzahl zu überprüfen. Stattdessen können sie am Bedienfeld bleiben, wo alle Funktionen leicht zugänglich sind, und das Gerät schnell in Betrieb nehmen.

Darüber hinaus wurde durch die neue Konstruktion der Motorstart verbessert. Das System gibt nun eine Startposition vor und verhindert so das Absaufen des Motors, ein häufiges Problem beim manuellen Gashebel. Der Motor wartet nun auf die vorgegebene Drehzahl, bevor er die Drosselklappe öffnet und Kraftstoff in die Zylinder einspritzt. Dies führt zu deutlich sanfteren Starts. Dadurch wird nicht nur die Akkulaufzeit verlängert, sondern auch Ausfallzeiten reduziert, was die Zuverlässigkeit der Geräte erhöht . Unsere Kunden, die diese Geräte mieten, sind von den Ergebnissen begeistert.

DG: Bei der Konstruktion der Halterungen legen wir großen Wert darauf, dass diese so positioniert werden, dass die routinemäßige Wartung so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Wir achten darauf, dass die Funktionalität der Halterungen auch andere Anforderungen erfüllt. In diesem Beispiel wurde die Halterung so konstruiert, dass sie sowohl das ActuCOM-System als auch das Zündsystem CD200 aufnehmen kann. Dies trägt dazu bei, die Komplexität zu reduzieren und den verfügbaren Platz am kleinen Motor optimal zu nutzen.

Welche Vorteile ergaben sich durch den Ausbau der Drosselklappenbaugruppe?

LO: Der Wegfall der Drosselklappeneinheit bietet mehrere entscheidende Vorteile. Eine der größten Herausforderungen der Drosselklappe besteht darin, dass bei einem Kompressorausfall – insbesondere bei älteren, herkömmlichen Steuerungssystemen – die Motordrehzahl nur durch einen Bediener, oft keinen unserer Mitarbeiter, gesenkt werden kann. Dieser muss manuell auf den Kompressor steigen, die Drosselklappe lösen und sie anpassen. Dieser Vorgang ist notwendig, um den Motor mit niedrigerer Drehzahl wieder zu starten, ihn zusammen mit dem Kompressor aufzuwärmen und ihn dann schrittweise wieder auf die Nenndrehzahl zu bringen.

Durch die Umstellung auf eine elektronische Drosselklappe wird die Leerlaufdrehzahl des Motors automatisch auf einen niedrigen Sollwert zurückgesetzt, sobald der Kompressor abschaltet und wieder anspringt. Dies gewährleistet, dass der Motor mit der richtigen Drehzahl zum Warmlaufen startet, bevor er wieder seine Betriebsdrehzahl erreicht.

DG: Ein weiterer großer Vorteil ist die erhöhte Sicherheit und der gesteigerte Bedienkomfort. Anstatt zum Einstellen auf und ab des Kompressors zu klettern, kann der Bediener am Bedienfeld bleiben, wichtige Anzeigen wie Öldruck und Kühlmitteltemperatur überwachen und die Einstellungen direkt von dort aus vornehmen. Auch das Starten, Bedienen und Abschalten der Maschine wird für den Bediener einfacher, da die elektronische Drosselklappe eine präzise Steuerung der maximalen und minimalen Drehzahl ermöglicht. Dies vereinfacht nicht nur die Bedienung, sondern reduziert auch den Verschleiß des Geräts.

Sind der Cummins-Nebenantrieb und der Woodward-Hydraulikregler unverzichtbare Komponenten? Welche Herausforderungen ergeben sich bei deren Verwendung?

LO: Der Cummins-Nebenaggregatantrieb und der Woodward-Hydraulikregler sind in dieser Anwendung essenzielle Komponenten, da sie wichtige Funktionen erfüllen. Der Nebenaggregatantrieb versorgt verschiedene Komponenten mit Energie, darunter Hydraulikpumpen, Luftkompressoren und in diesem Fall den Regler, der die Motordrehzahl steuert und einen konstanten Sollwert aufrechterhält. Er treibt außerdem die mechanische Magnetzündung an.

Diese Komponenten lassen sich nicht einfach ohne geeigneten Ersatz entfernen, da der Nebenaggregatantrieb auch für den Betrieb wichtiger Systeme wie der Wasserkühlpumpe des Motors und anderer riemengetriebener Komponenten zuständig ist. Um dieses Problem zu lösen, haben wir eine aktualisierte Nebenaggregatantriebslösung gefunden, die mit der aktuellen Produktpalette von Cummins kompatibel ist, obwohl sie nicht über globale Zulieferer erhältlich ist.

Sobald dieser modernisierte Nebenantrieb installiert ist, können wir die hydraulischen oder mechanischen Regler von Woodward durch moderne Alternativen ersetzen. In diesem Fall übernimmt das ActuCOM R8-System diese Aufgaben und bietet eine zuverlässigere und effizientere Lösung, während gleichzeitig die mit den älteren Komponenten verbundenen Probleme beseitigt werden.

DG: GCS arbeitet mit dem Triebwerkshersteller zusammen, um schwer erhältliche Ersatzteile für das ActuCOM/CD200-Triebwerks-Upgrade zu beschaffen. Wir bieten zwei Optionen an: Zum einen ein Komplettset mit allen für die vollständige Installation des Upgrades benötigten Materialien, zum anderen eine Option für Triebwerke, die bereits mit den aktualisierten Komponenten ausgestattet sind. Diese zweite Option umfasst alle erforderlichen Altronic-Materialien und Halterungen für das Upgrade.

Was lässt sich über das Magnetzündsystem sagen? Welche modernen Merkmale machen es zu einer Verbesserung gegenüber dem zuvor verwendeten System?

LO: Die Magnetzündung zählt zu den ältesten Zündtechnologien und ist bereits im Henry Ford Modell T und noch früheren Fahrzeugen zu finden. Sie war das ursprüngliche Zündsystem vor der Einführung batteriebetriebener oder fortschrittlicherer Systeme. Magnetzünder sind robust, einfach zu installieren, zu warten und auszutauschen. Allerdings bestehen sie aus zahlreichen internen mechanischen Bauteilen, die mit der Zeit verschleißen können, und die Fehlersuche erfordert viel Erfahrung, um Probleme effektiv zu identifizieren.

Im Rahmen unseres Umbauprozesses ersetzen wir die Magnetzündung durch eine moderne elektronische Zündanlage , sofern der Motor nicht bereits aufgerüstet wurde. Dieses elektronische System bietet mehrere Vorteile. Es vereinfacht die Zündeinstellung und erleichtert es den Technikern erheblich, den Zündzeitpunkt für jeden Zylinder präzise zu bestimmen. Auch die Fehlersuche wird durch Funktionen wie eine LED-Leuchte, die Diagnosecodes anzeigt und den Betriebszustand des Systems signalisiert, wesentlich vereinfacht.

DG: Das moderne elektronische Zündsystem ist zudem langlebiger, da es auf bewegliche Teile und mechanische Verbindungen verzichtet. Es arbeitet elektronisch und nutzt Motorpositionsdaten zur Zündzeitpunktbestimmung. Dadurch wird der Verschleiß deutlich reduziert, und sofern keine schwerwiegenden Ausfälle auftreten, ist die Umrüstung auf ein dauerhaftes System ausgelegt. Dies senkt letztendlich die Lebenszykluskosten und verbessert gleichzeitig Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit.

Welche Botschaft würden Sie insgesamt denjenigen mitgeben, die die Leistung und Zuverlässigkeit ihres Motors verbessern möchten?

LO: Wenn Sie die Leistung und Zuverlässigkeit Ihres Motors verbessern möchten, ist diese Umrüstung eine sinnvolle und kostengünstige Wahl . Die älteren Woodward-Regler waren zwar zu ihrer Zeit zuverlässig, werden aber nicht mehr hergestellt und wurden durch Alternativen ersetzt, die sich nicht direkt montieren lassen. Ersatzteile sind zwar noch erhältlich, doch qualifizierte Serviceanbieter zu finden, wird zunehmend schwieriger. Bei Geräten wie Kompressoren, die voraussichtlich 97 % der Zeit laufen, ist die Minimierung von Ausfallzeiten entscheidend . Daher ist diese Modernisierung ein logischer Schritt zur Verbesserung der Zuverlässigkeit.

DG: Die ActuCOM-Kits für Cummins-Motoren sowie viele andere Motormodelle bieten eine einfach zu montierende Lösung zur Steigerung der Motorzuverlässigkeit. Durch den Austausch älterer Technologie, die oft mechanische Ineffizienzen aufweist und häufige Wartung erfordert, führen die Kits neue elektronische Technologie mit weniger beweglichen Teilen ein. Dies resultiert in längeren Wartungsintervallen und einer insgesamt verbesserten Leistung.

Haben Sie diese Umrüstungen für alle Cummins 855-Motoren, die Ihre Wiederaufbereitungsanlagen durchlaufen, standardisiert?

LO: Ja, das haben wir. Vor Ort verlängert diese Aufrüstung den Installationsprozess im Vergleich zu älteren Motoren mit Magnetzündung und Woodward-Hydraulikregler nur um etwa 30 Minuten. Der geringfügige Mehraufwand lohnt sich angesichts der deutlichen betrieblichen Vorteile, darunter bessere Leistung, einfachere Wartung und höhere Zuverlässigkeit.

Anfangs hatten wir Bedenken hinsichtlich der Implementierung, doch das Team von Dakota hat uns hervorragende Unterstützung vor Ort, individuelle Schulungen für unsere Techniker und erstklassige Hilfe bei der Fehlerbehebung geboten. Sie haben außerdem ein umfassendes Paket mit Schaltplänen, Installationsanleitungen und Materialien zur Fehlerbehebung entwickelt, wodurch der gesamte Prozess reibungslos verlief. Wir sind mit den Ergebnissen und der Unterstützung von Dakota und dem globalen Industrieteam mehr als zufrieden. Diese Umrüstung hat sich als kluge und zuverlässige Entscheidung für die langfristige Leistung und Zuverlässigkeit des Motors erwiesen.

Was steht als Nächstes an?

LO: Als Nächstes untersuchen wir eine weitere Motorenfamilie unserer Flotte, bei der es Probleme mit dem Woodward-Drosselklappenaktuator bzw. dem elektronischen Regler gab. Wir planen, auch bei diesen Motoren das ActuCOM R8-System zu installieren. Aufgrund der bisherigen positiven Erfahrungen möchten wir die gleichen Verbesserungen auf weitere Maschinen ausweiten.

DG: GCS ist stets bestrebt, Kunden dabei zu unterstützen, ihre Anlagen effizienter zu gestalten, längere Wartungsintervalle zu erreichen und insgesamt eine bessere Betriebsfähigkeit zu erzielen. GCS ist der größte Altronic-Distributor und bietet eine breite Produktpalette, mit der Ihre Wartungsteams Ausfallzeiten reduzieren können, indem sie auf die neuesten Nachrüst-Zündsysteme, AFR-Regler, Bedienfelder , Drosselklappenstellglieder und elektronische Lamellenregler umrüsten.