Historik Götaverkens GV-motor

Från
Joakim Gräbner, Ulf Ericsson
Examensarbete, sjöingenjörsprogrammet 2002-06-13
Sjöfartshögskolan, Chalmers Lindholmen, Göteborg, 2002
Hemsida: www.chl.chalmers.se
 

 

 

Historiken om Götaverken AB kommer bara att beröra motortillverkningen av framdrivningsmaskiner i fartyg, tvärstycksmotorer. 

 

Företaget hade ett mycket brett verksamhetsområde från ångmaskiner, gjutjärnsfönster, broar, flygplan, värmepannor och fartygsbyggnation mm.

 

År 1914  Hade företaget inte börjat med Dieselmotortillverkningen och årsomsättningen låg på

ca 4,5 mnkr.

 

År 1915  Götaverken har fått upp intresset för dieselmotorn genom att studera Burmeister&Wains framgångar för denna revolutionerande motortyp i fartyg. 

Företagsledningen med VD Hugo Hammar i spetsen fattar det viktiga beslutet att börja tillverka dieselmotorer. 

Förhandlingar om licensavtal med Burmeister&Wain inleds.

 

År 1916  Träffades avtal mellan Götaverken AB och Burmeister&Wain

om att på licens tillverka dieselmotorer ur B&W sortimentet i Göteborg. 

Detta avtal är av mycket stor betydelse för Götaverkens framtid visar det sig då företaget skulle erhålla ett flertal order på motortillverkning. På den tiden fick redaren själv ansvara för bestyckning av maskineri i fartygen.  

Detta fick tillföljd att ett varv som Götaverken som kunde leverera både skrov och maskineri fick många order.  

Det  underlättade för redarna att bara ha en motpart att samarbeta med.

 

År 1918  Den första Götaverken licensbyggda B&W motorn levereras till

m/s Bullaren (Transatlantic Göteborg). 

Detta år fick varvet sin första flytdocka. Dockan hade en kapacitet på 13 000 ton vilket räckte för Amerikalinjens fartyg.

 

År 1920   Har omsättningen ökat till 29 mnkr/år detta som följd av ökad orderingång på motortillverkningen och investeringen i flytdockan.

 

År 1921   Den första långslagiga motorn levereras.

Det är en 630/1300-S 6 på 1600 IHK vid 95 rpm.  

Tidigare motorer har varit med kort slaglängd det vill säga max 1,5*cylinderdiametern.
 

År 1928   Götaverken  utvecklar och konstruerar ”Solid injection” vilket innebar

direktinsprutning av bränslet i cylindern.  

Tidigare använde man sig av tryckluft för att finfördela och spruta in bränslet i insugningsröret. 

Denna nya konstruktion av ingenjör John Olsson även kallad ”motorolle” blev en succé.  

Tack vare sin geniala konstruktion med både pump och bränsleventil i ett så eliminerades läckande bränslerör bort. 

Vid tester med direktinsprutning i förhållande till tidigare luft/bränsleinsprutning så erhöll man en effektökning samtidigt som bränsleförbrukningen sjönk.

 

År 1930   Detta nya insprutningssystem blev så populärt att tidigare maskiner byggdes om till direktinsprutning.  

Totalt 48 äldre maskiner byggdes om från inblåsning till direktinsprutning. 

Anledningen till att man så lätt kunde konvertera äldre maskiner var att bränslepumparna drevs av kamaxeln (samma axel som drev avgas/insugningsventiler) som redan fanns på maskinen. 

För att öka effekten på 4-takts motorer har Götaverken  konstruerat en anordning för spolning och tillsatsluft så kallad  ”partiell supercharge”.  

Systemet grundar sig på att insugningsventilen är försedd med 2 intag. Ett för övertrycksluften och ett för den insugna luften. 

Den komprimerade luften erhålles från en kompressor på förkant av motorn.   

Genom denna anordning kan motorerna köras med 8-8,5 atm i medeltryck vilket ger en effektökning på ca 25-30 % .

 

År 1934   Kraven på framdrivningsmaskinerna ökar från sjöfartens sida.  

Man ville ha högre effekt, mindre underhåll och lättare motorer. Gärna mindre i volym. 

Detta leder fram till utvecklingen av 2-takts tvärstyckare i stället för som tidigare 4-takts tvärstyckare. 

Det totala antalet tvärstycks 4-takts motorer som tillverkades med: 

 

Kort slaglängd  (max 1,5 gånger cylinderdiametern) X = Kort slaglängd

 

740/1100 X-6   10 st. levererade

630/960  X-6      6 st. levererade      

500/900  X-6    22 st. levererade

 Totalt               38 st.                 

 

Lång slaglängd  (min 2.0 gånger cylinderdiametern) S = Lång slaglängd  

 

740/1500 S      Uppgift saknas

630/1700 S      Uppgift saknas                                             

630/1300 S      95 st. levererade

590/1200 S      Uppgift saknas

 

År 1936   För att ytterligare svara upp mot redarnas krav så tillverkas dubbelverkande 2-takts motorer. Dessa hade beteckningen WF.

 

W- betyder att motorn är dubbelverkande. F- betyder att motorn är direkt insprutad. 

Götaverken tillverkade 2 storlekar av dubbelverkande 2-takts motorer 620/1400 WF och 450/1200 WF

620/1400 WF-7 var första motorn i denna serie. Motorn var på 9650 IHK vid 105 rpm. 

Den mindre motortypen avviker från den större genom att sliderna som reglerar avgasportarnas öppning och stängning drivs av excentrar anbringade på vevaxeln. 

Totalt tillverkades 21 dubbelverkande motorer och en av anledningarna till att tillverkningen upphörde var att man hade väldiga problem med läckage. En annan var att det var väldigt besvärligt att serva motorerna.

 

År 1937   Efter samråd med  rederi, inspektörer och maskinbefäl så konstrueras en större enkelverkande  2-takts tvärstycksmotor. Detta för att möta sjöfartens behov av en lättservad motor. Götaverken AB börjar planera för en egen motorkonstruktion.

 

År 1939   Götaverkens  första egen utvecklade och tillverkade motor togs i bruk i m/s Dicto ett lastfartyg på 9,470 ton byggt för E.B Aaby i Oslo. 

 

Maskinen var en 680/1500 VG-6 på 5200 IHK eller 4300 BHK vid 112 rpm och ett indikerat medeltryck på 6,5 kg/cm².  

Motorn var direktinsprutad med 2 bränsleventiler per cylinder. Kolven var tillverkad av gjutjärn och oljekyld.

 

År 1944    Götaverkens första svetsade motor presenteras och fick benämningen VGS där S står för svetsat stativ. 

Den första svetsade motorn var en 520/900 VGS-6. 

Anledningen till att man började svetsa stativen istället för som tidigare gjuta var att man erhöll en viktbesparing på 25-30 %.  

Nu tillverkar Götaverkens Motorverkstäder bara sina egna motorkonstruktioner. 

Fortsatta utvecklingen kommer att fortlöpande presenteras i arbetet.

 

   Källa: Götaverken 1841 till 1941 jubileumsskrift N:r 8                                                                                

   Källa: The story of an Engine av Ture Rinman  (1964)

 

 

Utdrag ur Skeppsbyggaren ”GÖTAVERKENS ALLEHANDA”

 

Nr 2 1955

 

MASKINER från GÖTAVERKEN

 

Huvudmotorer

 

Av de många olika maskintyper som finns på Götaverkens tillverkningsprogram märks i första hand dieselmotorer för framdrivning av handelsfartyg. Götaverken kom här fram med sin egen konstruktion i slutet av 1930-talet. Ute i marknaden går motorn under benämningen av Götaverken-motorn eller GV-motorn. GV-motorn finns i ett flertal storlekar från 2.300 hkr. upp till 17.600 hkr. Till dags datum har det levererats 203 st. GV-motorer. GV-motorn tillverkas dessutom på licens av Lindholmens varv, Uddevallavarvet och Fredrikstads Mek. Verksted.

 

Tjockoljedrift

 

Från att ursprungligen ha varit en gjuten konstruktion har GV-motorn successivt omändrats till en svetsad motor vilket framför allt medfört stora besparingar i vikt. Man har även de senaste åren utfört motorerna för tjockoljedrift. Motorerna ska kunna köras på samma bränsle som exempelvis ångpannorna eldas med på ångturbindrivna fartyg. Då bränsleförbrukningen räknad per hkr är ungefär 160 gr/tim. för en dieselmotor och ungefär 240 gr/tim. för en ångturbin förstår man att med samma bränslekvalitet och sålunda även bränslepris att driftkostnaderna för motorerna i och med tjockoljedrift kommer att avsevärt understiga driftskostnaderna vid turbindrift.

 

Överladdning

 

En annan utveckling som GV-motorn detta år genomgår är dess anpassning till överladdning. Med överladdning menas att den energi som finns i avgaserna tillvaratas i en gasturbin som i sin tur driver en kompressor som matar in förbränningsluft i motorn. Genom detta avlastas motorns mekaniskt drivna spolluftspumpar och turbokompressorn kan ytterligare öka spolluftmängden och därmed tillåta att en större bränslemängd tillförs motorn. Motorns effekt ökar med 30-35% utan att allt förstora ingrepp görs på motorkonstruktionen. På den största motortypen med 12 cylindrar (760/1500) får man ut en effekt av ungefär 15.000 hkr på propelleraxeln. Med GV-motorn kan man täcka ett effektområde där man hittills till stor del fått tillgripa ångturbiner. Dessutom förbättras bränsleekonomin med överladdning.

 

Experiment-motor

 

Viktigt är att en motorkonstruktion skall vara ekonomisk i drift men av större vikt är att den skall vara driftsäker. I förta hand skall man noggrant följa upp hur motorerna beter sig ombord i fartygen och därefter kan man dra slutsatser om vilka förbättringar eller ändringar som bör göras. Götaverken konstruktörer har sedan ett par år tillbaka i motorlaboratoriet i maskinverkstaden en

2-cylindrig experimentmotor av den näst största motorstorleken (760/1300). Den är enbart avsedd för utprovning av olika detaljkonstruktioner såsom bränn- och smörjoljor mm. På detta sätt kan man mycket snabbare än förut komma fram till lösningar på problem som uppstått på levererade motorer. Det är av största värde att så snabbt som möjligt få utprova nya material och konstruktionsmetoder för att kunna hålla sin plats i den internationella konkurrensen.
 

Nr 3 1955

 

 Den första turbomatade dieseln ( 520/900VGS-6U) för handelsfartyg har provkörts i maskinverkstaden och befinner sig under inmontering i Öresundsvarvets nybygge nr 148. Motorn är på 2.950 ind. hkr. Fler turboladdade motorer står nu på maskinverkstadens arbetsprogram för de närmaste åren.

 

Nr 3 1957

 

Produktionsutveckling

 

Götaverkens första egna konstruerade dieselmotor levererades 1939. Det var en 6-cylindrig motor med cylinderdiametern 680 mm och med 1500 mm slaglängd. Nästa motorstorlek som blev färdig hade 630 mm cylinderdiameter och 1300 mm slaglängd. Båda motorerna hade gjutna lagerramar och stativ men den följande motorn 520/900 var svetsad. Därefter kom 760/1500 i gjutet utförande, 680/1500 svetsad, 760/1500 svetsad och slutligen 630/1300 även den svetsad motor.

Licensavtal har tecknats med följande: 1942 AB Lindholmens varv,

1949 Fredriksstad Mek.Verksted, 1951 Uddevallavarvet, 1955 Elcano och 1956 Marinens Hovedverft. Detta år pågår förhandlingar med licenstillverkare i andra länder och Götaverkens Licensavdelning hoppas att Göteverkenfamiljen ytterligare ökar. Till dags datum har Götaverken AB tillverkat 264 GV-motorer och licensfirmorna har tillverkat 84 GV-motorer. Detta år har avtal träffats med Finnboda Varf som tills vidare skall tillverka motorer av typ 520/900 och 630/1300 för Götaverken AB räkning.

 

Konstruktionsutveckling

 

Allteftersom driftserfarenheterna kommit in från levererade motorer har man jämsides med tillkomsten av nya material och förbättrade tillverkningsmetoder bortarbetat olika svagheter som är karakteristiska för dieselmotorer. Sådant som även uppstått i samband med den fortgående ändringen av brännoljorna och driftsförhållandena i övrigt. Förr märktes svårigheter men kolvtoppar, tvärstyckstappar och tills nyligen även cylinderslitaget. Dessa olika besvär har i stort sett blivit tillfredsställande lösta. Det problem som de senaste åren dominerat de svetsade motorerna har varit sprickbildningar. Men man tror att man har funnit bot på även denna olägenhet. Parallellt med fortgående förbättringar av konstruktionen har motorn utvecklats mot större effektenheter. Detta har uppnåtts med ökning av cylinderdiameter och slaglängd. Götaverkens motorkonstruktörer arbetar för närvarande med uppladdning av motorer vilket innebär en effektökning på 30-35%. Den största motortypen 760/1500 i 12-cylindrigt uppladdat utförande ger en effekt på 15.000 ehk. En motor med ett sådant stort antal cylindrar som 12 kommer att utsättas för alltför stor böjning med påfrestningar på bl. a. vevaxeln. Götaverken har en lösning på detta genom att låta långskeppsskotten fortsätta akterut genom maskinrummet. På detta sätt uppnår man en sådan styvhet i skrovkonstruktionen omkring motorn att dessa böjningar betydligt reduceras.  
 

Nr 4 1960

 

Götaverkens nya stora dieselmotor ( Large-bore )

 

Under hösten 1955 började man diskutera vilken typ av framdrivningsmaskineri som skulle kunna vara lämplig för större fartyg. Det gällde effekter utöver de belopp som Götaverken tidigare hade täckt med sina dieselmotorer. Med en 12-cylindrig motor 760/1500 var gränsen på 15.000 bhp. inte tillräckligt för en motor. Man behövde effekter över 20.000 hkr.

 

Olika motorförslag diskuterades och man enades om att en långsamtgående dieselmotor hade många fördelar framför andra förslag. Efter ytterligare utredningar var man klar över att en enkelverkande tvåtaktsmotor var den lämpligaste typen. Genom att utveckla 760/1500 med att öka slaglängden till1700 mm och bygga den för ett högre medeltryck skulle man komma upp till

20.000 hkr. på en 12-cylindrig motor. Man ansåg att denna effekt var i underkant av vad som skulle krävas för större fartyg.

 

Under år 1957 ansåg man att man samlat så pass mycket erfarenheter från turboladdade-tvärstycksmotorer att något hinder mot att bygga motorer med större cylinderdiameter än tidigare inte borde finnas.

 

För att få rimliga dimensioner valdes cylinderdiametern 850 mm och slaglängden 1700 mm. Det indikerade medeltrycket var på 8,8 kg/cm2 samma som gällde för de andra turboladdade motorerna. Man kunde då ta ut 1,860 ahk. per cylinder. Om man ökade turboladdningen och till ett indikerat medeltryck på omkring 10 kg/cm2 skulle man få en cylindereffekt på 2.100 ahk. En 12-cylindrig motor skulle då kunna utveckla 25.200 axelhästkrafter.

 

Konstruktionsarbetet till denna nya motor igångsattes under hösten 1958. I februari 1959 bestämde man sig för att bygga en 10-cylindrig motor. Denna motor planerades vara färdigbyggd och startklar i juli 1960. Planeringen höll och den 11 juli 1960 gjordes första provstarten och allt fungerade bra. Experimentprovning av denna motor skulle pågå till slutet av detta år. Motorn var världens hittills största fartygsdieselmotor. Med sina 10 cylindrar var effekten kontrakterad till 18,350 axelhästkrafter vid 115 rpm.

 

Motorn var en enkelverkande, tvåtakts gejdmotor med längdspolning dvs. varje cylinder har spolportar i cylinderfodrets nedre del och avgasventil i cylinderlocket. För att ge ett högt indikerat medeltryck var motorn försedd med avgasdrivna turbokompressorer som förkomprimerade luften till motorcylindrarna. Härigenom möjliggjordes att en större bränslemängd kunde förbrännas i cylindrarnas förbränningsrum och öka effekten på motorn.

 

Motorns uppbyggnad var i stort sett lik en motor i gjutet utförande. Den har stativ, cylinderram, och spolluftsbälte av gjutjärn. Med denna uppbyggnad erfordras genomgående stagbultar som överförde gaskrafterna från cylinderramen där cylinderlocken är fastbultade ned till lagerramen där vevaxeln vilar. För minsta möjliga vikt på lagrramen är denna utförd i svetsad plåt och stålgjutgods.

 

Vevaxelns totalvikt var 180 ton med en lagertappdiameter på 700 mm. Den var utbalanserad med motvikter för att ge motorn en vibrationsfri gång. Den är halvbyggd med vevskänklar och vevtapp av stålgjutgods för varje cylinder och med smidda ramlagertappar inkrympta i vevslängarna. Det är den första vevaxeln där motvikterna gjutits i ett stycke med vevskänklarna. På vevskänklarna är kammarna för avgasventilernas rörelse monterade.
 

Mycket omsorg lades ner på att utforma tvärstyckslagret och göra det så driftsäkert som möjligt. Tvärstyckstapparna är förkromade och polerade. För att få goda smörjningsförhållanden har man bearbetade smörjspår i tapparnas cylindriska ytor. Vitmetallagret i vilket tappen arbetar saknar smörjspår. Den har en cylindrisk yta.

 

Tvärstyckslagret styrs av gejdskon i sin upp- och nedgående rörelse som glider mot gejdplanet. Gejderplanen är helt inbyggda i vevrummet.

 

Arbetskolven som överför gaskrafterna till vevrörelsen är utförd i ett stycke av smitt krommolybdenlegerat specialstål. Detta stål har visat sig besitta goda egenskaper för sitt ändamål. Kolven kyls med olja och den är invändigt försedd med en kylinsats som tvingar oljan upp mot kolvbottnen och åstadkommer en effektiv kylning. Kolven är försedd med sex kolvringar inlagda i spår i kolven. Kolvringspåren är försedda med invalsade och svetsade slitringar av gjutjärn för att minska slitage i spåren.

 

Cylinderfodret med sin påmonterade kylmantel spänns fast mellan cylinderlock och cylinderram med bultarna för cylinderlocket. Spolluften strömmar in i ett antal spolportar som är upptagna i cylinderfodrets nedre del.

 

Cylinderlocket består av två delar. Den övre delen är av stålgjutgods och tar upp gaskrafterna medan den nedre delen är av gjutjärn och vattenkyld för att motstå värmen. Tre bränsleventiler och en startluftsventil är placerade i den nedre delen.

 

Centralt i cylinderlocket är avgasventilen placerad. Ventiltallriken har gjorts med så stor diameter som möjligt för att ge minsta möjliga strömningsmotstånd under utströmnings- och spolningsperioden. Ventilhuset är vattenkylt och är försett med utbytbart ventilsäte av gjutjärn.

 

Ventilen får sin nedgående rörelse från kammar på vevaxeln. Med hjälp av rullar, hävarmar och dragstänger överförs rörelsen till ventilens horisontella ok. Ventilen stänger med hjälp av kraftiga spiralfjädrar mellan ok och cylinderlock.

 

Bränsleinsprutningssystemet har utförts med en bränslepump för varje cylinder. Bränslepumparna får sin rörelse från en styraxel med kammar. Styraxeln är inbyggd i vevrummets övre del. Axeln drivs från vevaxeln med en kedjetransmission.

 

Motorns manöverorgan, styraxelns kedjetransmission och rusningsregulator är inbyggda eller monterade på det centralt placerade manöverstativet. Rusningsregulatorn skyddar motorn mot för högt varvtal.

 

Kul data om motorn:

 

Motorn har en längd av 21,4 m och är lika hög som ett 3-våningshus (10,6 m). Vikten är lika stor som den sammanlagda vikten av ca 800 Volvo-Amazon-bilar. Varje kolv är lika tung som en större personbil. För att utveckla samma effekt som GV-motorn skulle det behövas 350 Volvo-Amazon-bilar om vardera 60 hk. Varje dygn förbrukar motorn vid full effekt en oljemängd som skulle räcka till att värma upp 14 villor av normal storlek under ett år om varje villa hade en årsförbrukning av 6000 liter olja.
 

Nr 2 1961

 

Uppladdning

 

Vad händer?

 

Vad händer i en turboladdad dieselmotor och vad är det som möjliggör det ökade effektuttaget?

Enklast kan man säga att dieselmotorn arbetar vid en förhöjd trycknivå. Spolluften har ett högre tryck än i en motor som inte har en turbo. Man försöker kyla ner spolluften till lägsta möjliga temperatur för att få så hög täthet på luftens molekyler som möjligt. Varje kubikmeter spolluft innehåller då en större viktsammansättning än vad man kan få av en motor med självspolning. Denna spolluft skall inneslutas i cylindern under arbetsslaget med bibehållen eller helst förbättrad spolningsverkningsgrad. Genom att cylindern innehåller mera luft i kilo kan man tillföra mera bränsle men inte så mycket att temperatur och tryck i cylindern under förbränningsförloppet tillsammans ger för höga värmebelastningar och hållfasttekniska påkänningar på kolvtoppen och på andra mekaniska delar i motorn. Avgasventilen och avgassystemet skall anpassas så att avgasenergin kan tillgodogöras i en turbin. Med ett högt spollufttryck får man även ett högt tryck efter själva cylindern. Det är detta tryck som gör det möjligt att driva en avgasturbin och därmed en kompressor för att komprimera spolluften.

 

Två system

 

Avgasenergin kan tillgodogöras på två skilda sätt. I ena fallet utnyttjar man energin under den period då avgasventilen är öppen medan spolportarna eller spolventilerna ännu inte har öppnats. Gaserna expanderar från det tryck och den temperatur som finns inne i cylindern ner till atmosfärstryck och man får en god energitillgång under denna korta period. Genom att trycket kommer som en kraftig stöt eller impuls har man kallat detta uppladdningsförfarande för impulsladdning. Den andra principen är liktrycksuppladdning där man låter cylindrarna arbeta mot en gemensam avgasreceiver. Tryck och temperatur utjämnas i denna receiver till en nivå som ligger över atmosfärstryck. Gasen leds från receivern genom en turbin där den får expandera ner till atmosfärstryck.

 

Vilket system?

 

När Götaverkens Motorverkstäder i början av 1950-talet började studera uppladdning av sina dieselmotorer diskuterades det ingående vilket uppladdningssystem som skulle användas. Man preciserade ett antal punkter för att göra valet av vilket system man skulle använda.

·        Bränsleförbrukningen skulle inte betraktas som den helt avgörande faktorn. Varje förbättring skulle vägas mot det ev. ökande servicearbetet som det förorsakade eller den minskning i driftsäkerhet som kunde uppstå.

·        Turbinen skulle skyddas mot skador förorsakade av t.ex. kolvringsbitar som kom in och fastnade mellan turbinledskenor och turbinskovlar. Risken för nedsmutsning av turbin skulle hållas nere till ett minimum.

·        Gasernas expansion genom turbin skulle ske med högsta möjliga verkningsgrad. Kapaciteten på turbin och kompressor skulle utnyttjas helt så att minsta antal uppladdningsaggregat kunde installeras.

·        Ur installationssynpunkt skulle uppladdningssystemet ha en viss formbarhet.

·        Systemet skulle ha goda utvecklingsmöjligheter.

Man beslöt sig för att välja liktryckssystemet till sina huvudmotorer.
 

Enkla handgrepp

 

Man hade möjlighet att med liktrycksuppladdade motorer förbinda avgasreceivern med avgasledningen inte bara genom turbinen utan även över en ventil och rörledningar. Man kunde på detta sätt med ett enkelt handgrepp växla om riktningen för gasen så att denna istället för att passera genom turbinen passerar direkt från motorn till avgaspannan eller ljuddämparen. Detta var värdefullt utifall man skulle få störningar på turbinen. Det var även värdefullt att kunna utnyttja detta vid eventuell inspektion av turbinen till sjöss genom att turbinen stängs av och smörjolje- och kylvattenrören samt aggregatdelar kunde börja demonteras redan innan fartyget lagt till vid kaj.

 

Som en reamotor

 

Ett uppladdningsaggregat är den enklaste formen av gasturbin. Den består av en 1-stegs-kompressor och en 1-stegs-turbin på gemensam axel. Luften leds genom kompressorhjulet och erhåller en rotationshastighet som tillsammans med radialhastigheten genom hjulet bildar en sned utloppsvinkel mot hjulperiferin. Diffusorledskenorna ligger utanför hjulet där en del av hastighetsenergin i utloppet omvandlas till tryckenergi. Efter diffusorledskenorna fortsätter kanalen radiellt utåt ytterligare ett litet stycke. Sedan omvandlas den till en spiral där luften samlas ihop runt hela periferin och får därefter ett gemensamt utlopp ner mot kylaren. Turbinen drivs av att avgaserna kommer in före ledskenorna. I ledskenorna får gasen expandera. Hastigheten ökar kraftigt och gasen blåser ut i en bestämd riktning. Gasen träffar den roterande turbinskoveln på ett sådant sätt att rörelseenergin överförs till skoveln. Gasernas tryckenergi sjunker och man får drivkraften till kompressorn. Avloppet efter turbin bör utformas så att så små tryckförluster som möjligt erhålls på väg ut till fria luften. Svårigheten i denna konstruktion ligger i att få ett uppladdningsaggregat att driva sig själv dvs. kompressorn skall ge tillräckligt mycket luft för att spola motorn och kunna ge cylindrarna en ny laddning.

 

Mycket väsentligt

 

Götaverken och dess licenstagare har under det gångna året provat och levererat 70 uppladdade huvudmotorer. Den samlade erfarenheten har varit bra. Bränsleförbrukningen på huvudmotorerna är jämförbar med vad andra motortillverkare har rapporterat. Några allvarliga störningar har inte inträffat på de motorer som har installerats. Det har inte rapporterats någon turbinhjulskada under de år som motorerna har varit i tjänst. Man förmodar att det beror på avgasreceiverns placering och utformning. Tyngre bitar och partiklar faller effektivt ner i avgasreceivern och kan inte föras vidare med gasströmmen in i turbin. Det har heller inte rapporterats några försmutsningar i turbinen i en sådan omfattning att turbinens effektivitet har minskat. Detta tror man beror på att spolluft och avgaser blandas i avgasreceivern. Temperaturen sänks till en nivå där aska som ev. kan förekomma i brännoljan stelnar innan den når turbinen. Eftersom man har ett i det närmaste konstant gastryck i avgasreceivern varierar inte tryckförhållandet över turbinen i någon nämnvärd grad. Detta gör det möjligt att utnyttja turbinens maximikapacitet ur mängdströmningssynpunkt samtidigt som man uppnår en mycket bra turbinverkningsgrad.
 

Slutligen kommer man till frågan har man möjligheter till vidareutveckling?

Götaverken kom relativt tidigt till den slutsatsen att behovet i framtiden av avgivna effekter skulle kräva högre indikerat medeltryck än hittills. För att kunna möta dessa behov konstruerade man 850/1700 motorn så att klassningssällskapens krav tillfredsställdes även med högre medeltryck än 8,8 kg/cm2. Vid provkörningar med den första 10-cylindriga 850/1700-motorn genomförde man ett program med gradvis höjt indikerat medeltryck och avgivna effekter. I detta program har man även tagit hänsyn till de resultat som tidigare uppnåtts på den experimentmotor man hade. Götaverken  hade en bra instrumentering på experimentmotorn med möjligheter att kontrollera temperaturer, tryck och termiska belastningar under höjda belastningsförhållanden. Man fann att omständigheterna tillät ökade avgivna effekter utan att några kritiska värden överskreds.

 

Enbart uppladdade

 

Utveckling av uppladdade dieselmotorer har skett snabbt det gångna året och man frågar sig vad framtiden kan föra med sig. Under förutsättningen att konjunkturen inte sviktar är det troligt att ouppladdade motorer förekommer allt mera sparsamt i nybyggen. De stora motorer, med upp till

2.100 ahk per cylinder vid ett indikerat medeltryck av 9,75 kg/cm2 kommer den tillgängliga effekten per axelenhet att pressas uppåt genom stegrad uppladdningsgrad. Därför krävs noggranna studier av dieselmotorns förbrännings- och spolningsförlopp men även gasturbinen och strömningsförloppen genom motorn kommer att utvecklas och bearbetas. Även motorernas övriga delar kommer att utvecklas i och med att nya material och konstruktionsprinciper kommer att bearbetas.

 

Nr 4 1962

 

Högre effekter

 

En 12-cylindrig GV-motor av den tidigare typen 760/1500 kan nu ersättas av en 9-cylindrig motor av den nya typen 750/1600. Båda motorerna utvecklar 15.000 axelhästkrafter var men med den nya typen spar man in 3-cylindrar. Det är både en utrymmes- och viktbesparing som är väldigt betydelsefull ombord i ett fartyg. Utöver 750/1600 som utvecklar 1.650 axelhästkrafter per cylinder vid 115 rpm håller man också på med en motor 630/1400. Denna motor är konstruerad för 135 rpm och skall utveckla 1.200 axelhästkrafter per cylinder och kommer att byggas med 5-10 cylindrar. Bland väsentliga konstruktionsändringar kan nämnas att en kofferdamm lagts in mellan spolluftbälte och vevhus då en skiljevägg satts in mellan trycklagerhus och vevhus. Tvärstyckslagrets dimensioner har också ökats väsentligt. En faktor som bidragit till GV-motorns driftsäkerhet är liktrycksuppladdningen i kombination med spolpumpar för varje cylinder. Detta uppladdningssystem har även tillämpats på de nya motortyperna. Motorernas stativ och lagerramar är svetsade. Man vill behålla de lådformade stativenheterna för att det är lättare att transportera de färdigmonterade stativenheterna från Götaverkens maskinverkstäder. De motortyper som Götaverken nu kan erbjuda ökar ytterligare GV-motorns möjligheter på den internationella marknaden. Götaverken är ett av de ledande märkena på fartygsmotorer även internationellt sett och har de senaste åren placerat sig på antingen 3:e eller 4:e plats i världsstatistiken över levererade motorer. Förutom Götaverken byggs GV-motorer på licens av 10 varv och maskintillverkare både inom och utom Sverige. Mer än 500 oceangående fartyg har utrustats med GV dieselmotorer.
 

Nr 1 1964

 

Götaverken-motorn 25 år

 

För 25 år sedan lämnade m/s Dicto Götaverken med den första huvudmotorn som Götaverken  själv hade konstruerat. Redan 1915 startade Götaverken  sin tillverkning av dieselmotorer för fartyg med att bygga B&W.s motorer på licens. Tidigare hade Götaverken föregångare Keillers, byggt olika slags fartygsmaskinerier. Tidigt 30-tal konstruerade Götaverken  en 4-takts hjälpmotor. Den var enkel och robust och den blev mycket popular på kort tid bland dem som skötte motorn till sjöss. Senare delen av 30-talet användes de erfarenheter som man hade av tidigare byggda dieselmotorer till att konstruera en ny enkelverkande 2-takts tvärstycksmotor med avgasventil i topplocket. Konstruktionen byggde på de synpunkter på skötsel och underhåll som kommit fram genom diskussioner med inspektörer och maskinister. Den nya motorn gav 700 ahk per cylinder som på den tiden var en hög effekt. Trots att redarna bara hade sett konstruktionen på pappret beställdes 18 motorer av den nya typen. Under andra världskriget ersattes i Götaverkens  orderböcker de licensbyggda motorerna successivt av Götaverkens egen konstruktion. Den sista licenstillverkade B&W motorn levererades 1946. Dieselmotorerna hade efter andra världskriget utvecklats i två avseenden. Motorerna hade anpassats för tjockoljedrift och cylindereffekten hade ökats genom att turbon hade införts. Götaverkens största motortyp 850/1700 utvecklar detta år 2.200 ahk per cylinder. Den senaste utvecklingen av GV-motorn har konstruerats för ett högt medeltryck. Dessa nya motorer representerar det allra modernaste ifråga om turboladdning, låg bränsleförbrukning och små dimensioner i förhållande till effekt. Sedan den första GV-motorn togs i bruk tills detta år har man levererat ungefär 400 motorer till ett sammanlagt effekbelopp av 2 600 000 AHK. Licenstagarna har levererat ungefär 200 motorer med en sammanlagd effekt av 1 300 000 AHK. Den engelska tidskriften ”The Motor Ship” skrev 1963 att effekten på levererade GV-motorer till fartyg hade överskridit en kvartsmiljon hästkrafter. Detta svarade mot 6,25 % av världsproduktionen. Under 1963 levererade Götaverken och dess licenstagare motorer med en sammanlagd effekt av 456 690 AHK. Detta motsvarade 11,32 % av världsproduktionen.

 

Nya dieselmotorer

 

Förutom ”Large-bore” motorn som från 5-12 cylindrar spänner över ett effektområde från 11 000 AHK till 26 400 AHK har Götaverken tagit fram två nya motortyper. Dessa motorer har mindre cylinderdimensioner och lägre effekt för att kunna täcka det effektområde ner till det lägsta värde som man tror sig ska komma ifråga för fartygstyper. Vad man vill vinna med dessa nya motortyper är bl.a. lägre motorvikt räknad per hästkrafter. Motorerna kan dessutom göras kortare än de nuvarande inom samma effektområde. Maskinrummens längd kan minskas och en större del av fartyget kan göras disponibel för mera betalande last. Den motortyp som först kommer fram är 750/1600. Motorn ska i första utvecklingsskedet ha ett indikerat medeltryck på 10,4 kg/cm2. För bästa möjliga förbränning har man försett motorn med tre bränsleventiler per cylinder. Kolvarna har utförts i smitt låglegerat krommolybden-stål. Cylinderfodret har utförts i vanadin-titanlegerat gjutjärn som med de morderna cylinderoljorna ger ett slitage på 0,07 mm på 1 000 timmars gångtid. Spoluftstrycket har ökats och det medför större svårigheter än tidigare att få tätt mellan spolluftrum och vevhus. Speciellt viktigt är det att det är tätt när man ska köra motorn på tjockolja. Cylinderoljeförbrukningen har kunnat hållas så lågt som 1,5 liter per dygn och cylinder för de levererade 850/1700 motorerna. För att man säkert ska få tätt mellan spolluftrum och vevhus har man försett de nya höguppladdade motorerna med en kofferdamm mellan dessa. Man skall även installera dubbla boxar för kolvstång och spolkolvstång. Dimensioner för tvärstycklagret har man gjort extra kraftigt och den specifika lagerbelastningen blir då låg samtidigt som periferihastigheten i lagret vid högsta tryck har ökat. Man har bibehållit oljekylning för kolven för att mätresultaten från experimentmotorn och motorer i drift givit den erfarenheten att kolvtemperaturen inte kommer att besvära oljan tack vare bl.a liktrycksuppladdningen.
 

Stativen är av svetsad konstruktion och alla svetsar är utförda som stumsvetsar. Man har bibehållit liktrycksuppladdningssystemet men har placerat avgasreceivern ovanför turboaggregaten. Motorn har avsevärt minskat i breddmått. Det är av stor betydelse vid vissa fartygsinstallationer. Med denna flytt av avgasreceivern medför att det går lättare att utföra underhållsarbeten på toppen. Den andra aktuella motortypen är 630/1400 som är konstruerad efter samma princip som 750/1600. Men sina 135 rpm sträcker sig motorns effektområde från 6 000 AHK i 5-cylindrigt utförande till

12 000 AHK med 10-cylindrar. Götaverken tror att med dessa motorer kunna konkurrera tekniskt med de andra ledande motortillverkarna. Konkurrensen hårdnar och utvecklingen står verkligen inte still man vet att ska man vara med och slåss på marknaden gäller det att få fram motorer med högre presstandarden än vad man i dagsläget har. Nu gäller mer än någonsin att titta på de praktiska erfarenheterna från drift ombord och försöka anpassa konstruktionerna så att motorernas driftsäkerhet ökar och underhållsarbetet minskar.

 

Nr 4 1965

 

Första japanska GV-motorn

 

I slutet av 1963 slöts licensavtal mellan Götaverken och Sasebo men avtalet gick inte igenom hos de japanska myndigheterna för än i mitten av 1964 då det började gälla. Den första japansktillverkade GV-motorn var en 850/1700 VGA-6U på 13 300 hk. Sasebo var det elfte licenstagaren att bygga GV-motorn.
 

Olika GV-HM-motorer som tillverkades till fartyg som lämnade svenska och utländska varv mellan åren 1939-1974.

 

Motortypbeteckning

Från år

Till år

Antal under perioden

680/1500 VG

1939

1957

154

680/1500 VGS

1948

1963

128

680/1500 VGS-U

1960

1968

7

 

630/1300 VG

1943

1963

68

630/1300 VG-U

1961

1964

14

630/1300 VGS

1948

1962

12

630/1300 VGS-U

1959

1965

27

 

520/900 VGS

1945

1964

83

520/900 VGS-U

1955

1967

24

 

760/1300 VG

1947

1964

37

760/1300 VG-U

1959

1967

16

 

760/1500 VG

1948

1960

19

760/1500 VG-U

1960

1967

41

760/1500 VGS

1953

1964

141

760/1500 VGS-U

1953

1968

133

 

850/1700 VGA-U

1961

1967

51

850/1700 VGS-U

1967

1974

45

 

750/1600 VGS-U

1965

1973

37

 

630/1400 VGS-U

1967

1968

4

 

Motortyper

 

 

 

680/1500

1939

1968

289

630/1300

1943

1965

121

520/900

1945

1967

107

760/1300

1947

1967

53

760/1500

1948

1968

334

850/1700

1961

1974

96

750/1600

1965

1973

37

630/1400

1967

1968

4

 

TOTALT            1041

                                                                                                                                  

Tabellens antal motorer ovan har Leif Carlsson och Bror Nilsson ifrågasatt på grund av svårigheterna att i nuläget (2002) hitta fartygens ursprung då de kan ha bytt ägare och namn vid ett antal tillfällen. Enda säkra uppgifterna är dom som finns i konstruktionsavdelningens liggare för motornummer och lic.nr.

En kontroll kommer därför att göras med motornummer som identifieringsbegrepp.

 

GÖTAVERKEN  och dess licenstagare tillverkade 8 olika HM-modeller av GV-motorn.
 

Svetsade stativ till tvärstycksmotorer

 

Götaverkens motorkonstruktörer  var tidigt ute med svetsade stativ. Detta infördes redan år 1944.

 

De motorer som utrustades med svetsade stativ fick beteckningen VGS där VG står för motortyp och S för att motorn har ett svetsat stativ. Det var inte enbart redarnas påtryckningar som ledde fram till svetsade stativ. Nya krav på högre effekter i marinmotorer gjorde att man måste utnyttja materialet bättre i stativ och lagerramar för att få dessa delar hanterbara. 

Ökade arbetskostnader och tidvis rådande materialbrist (det var krig i Europa) bidrog till att driva fram nya och lättare konstruktioner. 

Genom att övergå till svetsning av ovanstående delar så har en betydande reduktion av vikten erhållits. 

Detta kom att generera till ett flertal olika modeller av svetsad konstruktion. Tyvärr så var samtliga svetsade motorer i större eller mindre utsträckning utsatta för sprickbildning i materialet. I de svåraste fallen har hela lagerramar bytts ut. På grund av sprickornas förlopp kan det betecknas som utmattningssprickor. 

Den ursprungliga anledningen till att en spricka uppstår är ofta svår att bestämma. Identiskt lika motorer kan spricka på helt olika ställen. Sprickorna uppträder efter ett förhållandevis stort antal spänningsväxlingar. När en spricka uppträder i en viss punkt har det visat sig att materialet har blivit utsatt för en för hög punktbelastning. 

Detta försökte man lösa genom att variera belastningens storlek då man ansåg det uteslutet att finna ett material med bättre hållfasthetsegenskaper. 

Motorstativen och lagerramarna utsätts för pulserande spänningar från gaskrafterna och fartygets rörelser i sjön samt statiska spänningar uppkomna vid svetsning och montering.

 

Konstruktionen           

 

Vanligtvis på 40-talet byggdes motorer i flera olika delar av gjutjärn som sedan bultades ihop till en fungerande enhet. Delarna bestod av lagerram, kolonner, avståndsstycken och cylinderramar. Dessa delar sammanfogades av de genomgående stagbultarna.  

Vid övergång till svetsade motorer så bibehöll vissa motortillverkare denna tidigare konstruktion med stagbultar. Andra valde att inte ha kvar stagbultarna och konstruerade stativen så att dessa direkt upptog de av gaskrafterna orsakade spänningarna.   

Götaverken valde att inte ha kvar stagbultarna då man ansåg att man fick stora spänningskoncentrationer i närheten av infästningarna till stagbultarna. Därför valde man en konstruktion utan stagbultar till svetsade motorer. 

Borttagandet av stagbultarna möjliggjorde att konstruktionen blev relativt enkel då antalet delar minskades och ett antal maskinbearbetade ytor hade eliminerats bort. 

 

Källa: Stativ till svetsade fartygsmotorer av Gunnar Hellström 1958. 

 

Som nämts i rubriken är historikuppgifterna hämtade från
Joakim Gräbner, Ulf Ericsson
Examensarbete, sjöingenjörsprogrammet 2002-06-13
Sjöfartshögskolan, Chalmers Lindholmen, Göteborg, 2002

 

Leif Carlson och Bror Nilsson

Båda anställda på Götaverken under många år.