Vor- und Nachteile von elektrischen Schiffsrudergetrieben: Ein professioneller Auswahlführer

01Fünf Hauptvorteile der elektrischen Schiffsruderanlage

1. Kompakte Struktur, spart Platz in der Kabine

Es handelt sich um ein elektrisches Lenkgetriebe, das direkt in einen Elektromotor, ein Untersetzungsgetriebe und eine Antriebssteuerung integriert ist, wodurch die ursprüngliche hydraulische Pumpstation und das zig Meter lange Rohrleitungssystem entfallen.Am Beispiel eines 5.000-Tonnen-Massengutfrachters kann nach der Umrüstung auf ein elektrisches Rudergerät die vom Ruderwerksraum eingenommene Fläche um etwa 4 bis 6 Quadratmeter reduziert werden, was eine größere Flexibilität bei der Anordnung anderer Geräte bietet.. Dieser Vorteil ist besonders wichtig für Schlepper mit begrenztem Platzangebot sowie für Fischereifahrzeuge und kleine Arbeitsboote.

2. Höhere Energieeffizienz und geringere Betriebskosten

Auch wenn das hydraulische Lenkgetriebe nicht lenkt, muss die Ölpumpe immer laufen, um den Systemdruck aufrechtzuerhalten. Im Leerlauf beträgt der Energieverbrauch 40 bis 60 %. Die elektrische Ruderanlage arbeitet im „On-Demand-Work“-Modus, was bedeutet, dass der Elektromotor nur dann in Betrieb geht, wenn die Ruderblätter in Bewegung sind. Es befindet sich im Standby-Modus und verbraucht keine Energie, wenn es sich nicht im Lenkzustand befindet.Aus tatsächlichen Navigationsdaten gewonnene Daten zeigen, dass der durchschnittliche tägliche Stromverbrauch elektrischer Ruderanlagen auf herkömmlichen Strecken nur 25 bis 35 % des Stromverbrauchs hydraulischer Ruderanlagen gleicher Spezifikation beträgt.. Unter der Annahme, dass das Schiff 300 Tage im Jahr fährt und der Industriestrompreis 1,2 Yuan pro Kilowattstunde beträgt, kann ein mittelgroßes Frachtschiff durchschnittlich etwa 18.000 bis 25.000 Yuan an Stromrechnungen pro Jahr einsparen.

3. Präzise Steuerung und schnelle Reaktion

Moderne AC-Servo-Elektrolenkgetriebe sind mit einem Absolutwertgeber ausgestattet, und die Genauigkeit der Ruderwinkelsteuerung kann ±0,1° erreichen. Diese Genauigkeit übertrifft bei weitem die Genauigkeit von ±0,5°, die hydraulische Lenkgetriebe normalerweise aufweisen. Zu den Vor- und Nachteilen elektrischer Schiffslenkgetriebe gehört, dass sich eine solche hochpräzise Funktion besonders für DP-Dynamic-Positioning-Schiffe, RoRo-Schiffe und Fähren eignet, die eine häufige und präzise Lenkung erfordern. Nachdem beispielsweise eine Auto-Passagierfähre durch eine elektrische Ruderanlage ersetzt wurde, konnte die Ausrichtungszeit beim Anlegen um 40 % verkürzt und damit die betriebliche Effizienz deutlich verbessert werden.

4. Keine Leckagegefahr, wodurch die Sicherheit in der Kabine verbessert wird

Bei hydraulischen Lenkgetrieben besteht das größte Problem darin, dass Hydrauliköl aufgrund alternder Rohrleitungen oder Dichtungsversagen austritt, was nicht nur zu Umweltverschmutzung führt, sondern auch mit größerer Wahrscheinlichkeit zu Brandgefahren in der Hochtemperaturumgebung des Maschinenraums führt. Insbesondere in Übereinstimmung mit den neuesten Anforderungen an den Brandschutz von Maschinenräumen im Rahmen des Internationalen Übereinkommens zum Schutz des menschlichen Lebens auf See (SOLAS) haben mehrere Reeder berichtet, dass sich der Ruderraum nach dem Austausch des elektrischen Rudergetriebes von der ursprünglichen Arbeitsweise „regelmäßige Reinigung von Ölverschmutzungen gemäß den Vorschriften“ in einen Zustand geändert hat, in dem „nahezu keine Reinigung erforderlich“ ist.

5. Einfache Wartung, wodurch die technische Wartungsschwelle gesenkt wird

Es ist notwendig, regelmäßig den Ölstand des hydraulischen Lenkgetriebes zu überprüfen, das Filterelement auszutauschen, den Öltank zu reinigen und die Druckventilgruppe zu testen, was hohe Fachkenntnisse des Ingenieurs erfordert. Die Wartungsarbeiten an der elektrischen Lenkanlage konzentrieren sich auf die Kontrolle des Getriebefetts alle 2.000 Stunden und die Messung des Motorisolationswiderstands alle 5.000 Stunden. Es sind keine professionellen hydraulischen Wartungswerkzeuge und Kenntnisse erforderlich, normale Ingenieure können dies tun. Nachdem eine bestimmte Fischereiflotte 27 Fischereifahrzeuge durch elektrische Ruder ersetzt hatte, sank die jährliche Wartungszeit bei Ausfällen der Ruderanlage von durchschnittlich 11 Tagen pro Schiff auf 2 Tage.

02Vier wesentliche Nachteile elektrischer Schiffsruderanlagen

1. Die Einzelinvestitionskosten sind hoch

Normalerweise ist der anfängliche Kaufpreis ein entscheidender Faktor, der die weitverbreitete Anwendung einschränkt.Bei gleichen Spezifikationen sind die Anschaffungskosten eines elektrischen Lenkgetriebesystems 40 bis 80 % höher als die eines hydraulischen Lenkgetriebes.. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass elektrische Servos mit Kernkomponenten wie Servomotoren mit hohem Drehmoment, Präzisionsreduzierern und Hochleistungsantrieben ausgestattet sein müssen. Beispielsweise liegt der Preis für ein elektrisches Rudergetriebe, das nicht für ein 3.000-Tonnen-Schiff geeignet ist, bei etwa 120.000 bis 180.000 Yuan, während ein hydraulisches Rudergetriebe nur 80.000 bis 120.000 Yuan kostet.Basierend auf Berechnungen der gesamten Lebenszykluskosten, einschließlich Energieverbrauch, Wartung, Austausch des Hydrauliköls usw., können elektrische Servos den anfänglichen Mehrpreis jedoch im Allgemeinen innerhalb von 2 bis 3 Jahren amortisieren.。

2. Nachteile von Größe und Gewicht bei Hochleistungsanwendungen

Bei großen Schiffen mit extrem hohem Ruderdrehmomentbedarf, etwa Öltankern und Containerschiffen über 100.000 Tonnen, können elektrische Ruderanlagen Nachteile haben. Da das Drehmoment weiter zunimmt, zeigen Volumen und Gewicht von Motor und Treiber einen nichtlinearen Wachstumstrend. Zu diesem Zeitpunkt bietet das Leistungsdichteverhältnis des hydraulischen Lenkgetriebes weitere Vorteile. Daher zeigen sich die Vor- und Nachteile elektrischer Ruderanlagen für Schiffe auf Schiffen unterschiedlicher Tonnage unterschiedlich: Die Vorteile elektrischer Ruderanlagen für Schiffe unter 5.000 Tonnen sind äußerst bedeutend; Schiffe mit extrem großer Tonnage verwenden jedoch immer noch hauptsächlich hydraulische Ruderanlagen.

3. Hohe Anforderungen an die Qualität und Stabilität der Stromversorgung

Die Steuerung des elektrischen Lenkgetriebes reagiert sehr empfindlich auf Spannungsschwankungen und harmonische Störungen. Im Schiffsstromnetz können Arbeitsbedingungen wie das Starten großer Geräte und das Schalten von Generatoren zu Spannungseinbrüchen führen (z. B. einem Abfall von 440 V auf 360 V). Zu diesem Zeitpunkt kann es bei herkömmlichen elektrischen Lenkgetrieben zu einer Schutzabschaltung kommen. Zu den Lösungen gehören: Konfigurieren eines dedizierten Stromversorgungskreises mit Unterspannungsverzögerungsfunktion, Installieren eines DC-Unterstützungsmoduls oder Auswahl eines Treibers mit großem Spannungsbereich (z. B. eines adaptiven 300-V-480-V-Typs). Allerdings werden die oben genannten Maßnahmen die Unterstützungskosten um ca. 15 % erhöhen.

4. Elektromagnetischer Lärm und Schlagtoleranz

Wenn das elektrische Rudergerät läuft, erzeugt das hochfrequente Schalten des Leistungsmoduls elektromagnetisches Rauschen, das wahrscheinlich die Funkkommunikationsausrüstung des Schiffs stört. Obwohl qualifizierte Produkte die Zertifizierung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) für den Einsatz auf See erfolgreich bestanden haben, ist es beim Austausch alter Schiffe immer noch notwendig, den Abstand zwischen der Einbauposition des Rudergetriebes und der Antenne, dem Radar und anderen Geräten zu bewerten. Darüber hinaus beträgt das mechanische Schlaggeräusch des Untersetzungsgetriebes unter Schwerlastbedingungen etwa 75 bis 85 Dezibel und ist damit etwas höher als das Flüssigkeitsgeräusch des Hydrauliksystems, das 65 bis 75 Dezibel beträgt.

03Auswahlentscheidung und häufig gestellte Fragen (Q/A)

04Praktische Referenz zu Anwendungsfällen

Fall 1 (Darstellung der Vorteile): Es gibt ein Küsten-Ro-Ro-Passagierschiff mit einer Gesamttonnage von 6.800 und einem Navigationsgebiet der Bohai-Bucht. Die ursprüngliche hydraulische Ruderanlage des Schiffes leckte jedes Jahr etwa 400 Liter Hydrauliköl. Nach dem Ersetzen durchkpowerNach dem elektrischen Lenkgetriebe Servo gab es 24 Monate lang keine Leckage und die jährliche Stromrechnung ist von durchschnittlich 36.000 Yuan auf 11.000 Yuan gesunken. Der Kapitän gab Rückmeldung: „Früher musste man bei jedem Anlegen den Schlamm im Rudermaschinenraum reinigen, jetzt muss man den Staub beim Betreten des Rudermaschinenraums nur noch mit einem Lappen abwischen.“

Fall 2 (Nachweis von Mängeln): Ein bestimmter Offshore-Trawler mit einer Hauptmotorleistung von 1200 kW versuchte, die elektrische Hochleistungsruderanlage mit einem Drehmoment von 45 kN·m zu modifizieren. Allerdings wurde die Windenmaschine während des Betriebs immer wieder häufig gestartet, was zu Schwankungen der Netzspannung mit einer Schwankungsbreite von ±22 % führte. In diesen 6 Monaten löste die elektrische Ruderanlage bis zu 17 Mal einen Überspannungsschutzalarm aus. Schließlich wurde das Hydrauliksystem wieder in Betrieb genommen und eine USV-stabilisierte Stromversorgung hinzugefügt.

Diese beiden Fälle bestätigen objektiv die oben analysierten Vor- und Nachteile. Elektrische Lenkgetriebe sind nicht allmächtig. Die Auswahl muss auf den spezifischen Betriebsbedingungen des Schiffes sowie den Stromnetzbedingungen und dem Budgetzyklus basieren.

05Abschließende Auswahlempfehlungen (handlungsorientiert)

Basierend auf der Wirtschaftlichkeits- und Zuverlässigkeitsanalyse des gesamten Lebenszyklus werden folgende hierarchische Handlungsempfehlungen vorgeschlagen:

1. Geeignete Szenarien für den sofortigen Einsatz elektrischer Servos:

Bezogen auf die Schiffstonnage gibt es solche Schiffe, darunter auch Frachtschiffe mit einer Tragfähigkeit von 5.000 Tonnen und weniger. Es gibt auch Schlepper, Fischerboote, Maschinenbauboote und Yachten.

Die Besonderheit des Einsatzes besteht darin, dass häufig gesteuert wird, wobei Fähren, Lotsenschiffe und wissenschaftliche Forschungsschiffe beteiligt sind, bei denen es sich um die Art von Schiffen handelt, die eine DP-Positionierung oder eine genaue Kurshaltung erfordern.

Zu den Schmerzpunkten im Management gehören der Austritt von Hydrauliköl, der auch nach wiederholten Verboten nicht aufhört, der Raum im Maschinenraum ist äußerst knapp und dem Turbinentechniker sind gewisse Grenzen gesetzt.

2. Szenarien, in denen eine sorgfältige Prüfung und Auswahl eines hydraulischen Lenkgetriebes empfohlen wird:

Sehr große Öltanker, Erzschiffe und Containerschiffe mit über 100.000 Tonnen;

Was ist mit alten Schiffen, die älter als 15 Jahre sind, bei denen es Schwierigkeiten bei der Umgestaltung des Stromnetzes gibt und deren Generatorkapazitätsüberschuss weniger als 20 % beträgt?

In den Tieftemperaturbedingungen der Polarregionen oder hohen Breiten liegt die durchschnittliche Jahrestemperatur unter minus 20 Grad Celsius und Vorwärm- und Wärmeerhaltungsbedingungen können nicht gewährleistet werden.

3. Die Hybridlösung, also der Kompromissvorschlag, lautet wie folgt: Für ein neu gebautes Schiff kann die Einbauposition der elektrischen Ruderanlage bereits in der Entwurfsphase reserviert werden. In der ersten Phase wird zur Kostenkontrolle ein hydraulisches Lenkgetriebe ausgewählt. Nach der Inbetriebnahme wird nach zwei bis drei speziellen Inspektionszyklen die Alterung des hydraulischen Systems und der gestiegene Wartungsaufwand genutzt, um es in ein elektrisches Lenkgetriebe umzuwandeln.. Zu diesem Zeitpunkt könnte die Technologie des elektrischen Lenkgetriebes ausgereifter sein und der Preis wird niedriger sein.

Das Folgende ist der umgeschriebene Inhalt: Zusammenfassend hängen die Vor- und Nachteile elektrischer Schiffsruderanlagen stark vom jeweiligen Anwendungsszenario ab. Es zeichnet sich durch Leckagefreiheit, hohe Energieeffizienz und einfache Wartung aus und repräsentiert die Entwicklungsrichtung der Schiffslenkgetriebetechnologie. Es weist jedoch Einschränkungen auf, wie z. B. die hohen Kosten für die Anwendung mit hohem Drehmoment und die Empfindlichkeit gegenüber der Qualität der Stromversorgung, die nicht ignoriert werden können. Reedern und Designinstituten wird empfohlen, wissenschaftliche Entscheidungen unter dem Gesichtspunkt der „Berechnung des Hauptbuchs aus dem gesamten Lebenszyklus“ in Kombination mit den tatsächlichen Navigationsbedingungen des Schiffes und dem Budgetplan zu treffen. Wenn Bedarf an einer weiteren technischen Parameter-Vergleichstabelle oder einer Zertifizierungsliste der Klassifikationsgesellschaft besteht, können Sie sich an den großen Hersteller elektrischer Lenkgetriebe wenden, um das Produkttypgenehmigungszertifikat, auch TA genannt, und eine detaillierte Auswahlberechnung zu erhalten.