Moottorin voitelujärjestelmä (ATA-79)

Voitelun tarkoituksena on vähentää kitkaa liikkuvien osien välillä. Moottoreiden voiteluun käytetään voitelunesteitä, koska niitä on helppo kierrättää moottorissa. Voiteluöljy täyttää metallipintojen epätasaisuudet ja estää metallipintojen kosketuksen toisiinsa. Niin kauan kun öljykalvo on ehjä, metallipintojen kitka on nesteen sisäistä kitkaa.

Kitkan pienentämisen lisäksi voiteluöljy toimii tärinänvaimentimena metalliosien välissä. Ominaisuus on erityisen tärkeä mäntämoottorissa, mutta myös turbiinimoottorin apulaitevaihteistossa sekä potkuriturbiinimoottorin ja helikopterin akseliturbiinimoottorin voimansiirrossa.

Moottorissa kiertäessään öljy sitoo itseensä lämpöä ja siirtää sen kohteisiin, joissa sitä voidaan käyttää hyväksi. Useimmissa turbiinimoottoreissa öljyn keräämä lämpöenergia käytetään lämmittämään polttoainetta ja estämään siten polttoaineeseen sekoittuneen veden jäätymistä.

Voiteluöljyn muita tehtäviä on kerätä ja kuljettaa kehittyneet epäpuhtaudet suodattimelle. Voiteluöljy suojaa moottorin metalliosia korroosiolta. Monissa kohteissa voiteluöljy toimii myös tiivisteenä osien välillä.

Voiteluaineen vaatimukset

Millään mineraali-, kasvi- tai eläinpohjaisella öljyllä ei ole kaikkia näitä ominaisuuksia. Siksi turbiinimoottoreissa käytetään synteettisiä öljyjä, jotka on valmistettu ensin mainittujen voiteluaineiden pohjalta parantamalla niiden ominaisuuksia keinotekoisesti eli synteettisesti lähinnä kemiallisin menetelmin.

Voitelujärjestelmien perustyypit

A) Täysvirtausjärjestelmä.

Järjestelmässä ei ole paineensäätöä, maksimipaineen rajoittaa paineenrajoitusventtiili. Järjestelmässä sekä öljyn paine että kierto ovat pieniä pienillä moottorin pyörintänopeuksilla ja kasvavat kierrosluvun kasvaessa.

B) Vakiopainejärjestelmä.

Järjestelmän paine on lähes riippumaton moottorin kierrosluvun muutoksista. Moottorin toimiessa paine ja virtaus on vakio. Järjestelmän toiminnan valvonta on helpompaa kuin täysvirtausjärjestelmässä.

Moottorin voitelujärjestelmän laitteet

Suihkumoottorien voitelujärjestelmä on suljettu kuivasumppujärjestelmä. Järjestelmä toimii suljetulla kierrolla, jossa öljy palautetaan voitelukohteista takaisin öljysäiliöön.

Järjestelmään kuuluu

 

Järjestelmän laitteet

Öljy varastoidaan öljysäiliössä, josta se virtaa yleensä omalla painollaan painepumpulle. Öljy paineistetaan pumpun avulla. Paine säädetään yleensä painepumpun paineen rajoitusventtiilillä. Pumpulta paineen alainen öljy virtaa kanavia ja putkistoja pitkin suuttimien kautta voitelukohteisiin. Voitelukohteista öljy valuu säiliöön, joko omalla painollaan tai paluuöljypumpulla. Paluupumput voivat sijaita joko laakeripesätilassa tai apulaitevaihteistossa.

Öljysäiliö

Öljysäiliö on joko erillinen säiliö tai se on rajattu osa apulaitevaihteistosta, joka toimii "öljyvarastona". Säiliöstä öljy on pystyttävä toimittamaan pumpulle kaikissa lentotilanteissa. Useimmissa moottorityypeissä öljy virtaa säiliöistä öljypumpulle omalla painollaan. Painepumpun imupuolella on positiivinen paine (ylipaine), joka pidetään yllä säiliön ylipaineventtiilillä. Venttiilin säätöarvo on 3 ... 5 psig. Ylipaineen öljyjärjestelmän vapaaseen tilaan muodostaa ns. huohotuspaine, joka syntyy laakeritilaan vuotavasta paineistus- ja jäähdytysilmasta.

Öljysäiliön tilavuus vaihtelee moottorin koon mukaan 4 litrasta 30 litraan, josta käytettävissä oleva öljymäärä on 3 … 25 l.

Öljypumppu

Öljypumpun tarkoituksena on syöttää paineistettua öljyä moottorin niihin kohteisiin, jotka vaativat voitelua. Voitelujärjestelmään kuuluu usein painepumpun lisäksi yksi tai useampi paluupumppu.

Käytössä olevat eri pumpputyypit:

Kaikki mainitut pumput ovat vakiotuottoisia, eli niiden kierrosta kohden tuottama öljymäärä on vakio. Joissakin uudemmantyyppisissä moottoreissa käytetään myös aksiaalimäntäpumppua, jonka tilavuusvirta on säädettävissä. Etuna kiinteätuottoisiin pumppuihin verrattuna on se, että voitelujärjestelmän paine pysyy vakiona vähemmällä työllä ja laitemäärällä.

Pumpun tuottama paine vaihtelee eri moottorityyppien välillä, yleensä paine on suhteellisen vähäinen, 65...100 psi. Pumpun tuotto vaihtelee myös välillä 1...35 gpm ja se riippuu moottorityypistä. Lisäksi tuotto riippuu paineesta.

Lamellipumppu (siipipumppu)

Pumpun siivet ovat irrallaan roottoriin leikatuissa koloissa. Pesän keskellä oleva ohjaustappi painaa siipiä pumpun pesän reunoja vasten. Pumpun pesään epäkeskeisesti sijoitettu roottori pyörii nuolen suuntaan. Pyörähdyksen aikana siipien välinen tila kasvaa pumpun tulopuolella ja pienenee lähtöpuolella. Tilavuuden muutoksen johdosta neste siirtyy tuloputkesta lähtöputkeen. Siipipumpun tilavuusvirran säätö voidaan toteuttaa tekemällä roottorin epäkeskeisyys säädettäväksi: keskiasennossa tilavuusvirta on nolla. Tasapainotetun siipipumpun pesässä on kaksi tulo- ja kaksi lähtöputkea. Näin saadaan aikaan tasaisempi käynti ja tilavuusvirta. Tällaisen pumpun laakeritkin rasittuvat vähemmän.

 

Hammaspyöräpumppu

Hammaspyöräpumpussa öljy otetaan imupuolelta sisään, minkä jälkeen se kiertää hammastuksen ja pumpun pesän välissä paineaukolle. Pumpun moottori on kytketty pyörittämään vain toista hammaspyörää. Vapaasti pyörivä hammaspyörä kaksinkertaistaa tuoton.

Sisähammaspyöräpumppu

Periaatteeltaan sisähammaspyöräpumppu eli G-roottoripumppu (gerotor pump) on hyvin samankaltainen kuin lamellipumppu. Pumpussa käytetään loivasti hammastettua hammaspyörää. Kuvan esimerkissä sisemmässä hammaspyörässä on neljä hammasta, kun ulommassa sisähampaisessa pyörässä on viisi hammaslovea. Öljyn tulo- ja lähtöaukot ovat pumpun kansilevyssä. Tällä järjestelyllä öljy täyttää yhden taskun ja siirtyy imupuolelta painepuolelle.

Pumpun toiminta

Öljysuodatin

Öljysuodatin on tärkeä öljyjärjestelmän komponentti. Suodattimen tehtävänä on kerätä öljyn mukaan lähtevät kulumisjätteet ja öljykarsta ja estää niiden pääsy uudelleen kiertoon, jossa ne lisäisivät osien kulumista.

Suodattimen tarkastuksen yhteydessä tulisi havaittu materiaali tutkia silmämääräisesti ja todeta, onko kerääntynyt materiaali epänormaalia ja onko sitä mahdollisesti normaalia enemmän. Öljyjärjestelmän huollon yhteydessä on huomioitava, onko öljyn väri muuttunut tummemmaksi tai onko öljy väriltään jopa mustaa. Tällainen muutos on merkki öljyn kuumenemisesta, ja syy öljyn kuumenemiseen on selvitettävä.

Huollon yhteydessä tarkastetaan, haiseeko öljy polttoaineelle. Jos havaitaan voimakasta polttoaineen hajua, on mitattava öljyn polttoainepitoisuus ja etsittävä vuodon syy ja korjattava polttoainevuoto.

Öljysuodatin voi sijaita joko painelinjassa tai paluuöljylinjassa. Paluulinjassa sijaitseva suodatin estää epäpuhtauksien kerääntymisen öljysäiliöön, ja alkavasta vauriosta kertovat jätteet kerääntyvät suodattimelle, jolloin ne havaitaan varmemmin kuin jos suodatin sijaitsee öljysäiliön jälkeen.

Öljysuodattimia on käytössä kertakäyttöisiä ja pestäviä. Pestävät suodattimet ovat joko purettavia tai erikoismenetelmillä pestäviä. Pesuun käytetään ultraäänipesua. Öljysuodatin on usein irrotettavissa käsin tarkastusta varten. Joissakin moottoreissa on vastaventtiili, joka sulkeutuu automaattisesti, kun suodatin irrotetaan, ja estää öljyn valumisen ulos.

Pääöljysuodattimen yhteydessä on aina ohivirtausventtiili, joka avautuu, jos suodatin tukkeutuu, jolloin öljy pääsee virtaamaan voitelukohteisiin suodattimen ohi suodattamattomana.

Öljynjäähdytin

Öljynjäähdytin on nesteestä, nesteeseen -tyyppinen lämmönvaihdin, jossa jäähdyttävänä nesteenä käytetään polttoainetta.
Lämmönvaihtimessa on useita ohuita putkia, joissa virtaa polttoaine. Öljy virtaa putkien ulkopuolella ja luovuttaa osan lämpöenergiastaan seinämän lävitse polttoaineeseen.

Öljynjäähdytin voi sijaita joko öljyn paine- tai paluulinjassa. Painelinjassa sijaitseva jäähdytin on tehokkaampi kuin paluulinjassa sijaitseva jäähdytin, koska painelinjan öljynpaine on suurempi kuin paluulinjan paine. Järjestelmää jossa jäähdytin sijaitsee painelinjassa, sanotaan kuumasäiliöjärjestelmäksi, koska säiliössä on jäähdyttämätön öljy. Vastaavasti järjestelmää, missä jäähdytin sijaitsee paluulinjassa sanotaan kylmäsäiliöjärjestelmäksi. Öljynjäähdyttimessä on jäähdyttimen tukkeutumisen varalta ohivirtausventtiili. Jos öljynjäähdyttimeen tulee sisäinen vuoto, polttoainetta sekoittuu aina öljyyn, koska polttoaineen paine on suurempi. Vuoto saattaa ilmetä öljymäärän lisääntymisenä.

Öljysuutin

Öljysuuttimilla mitataan oikea öljymäärä kullekin voitelukohteelle. Suuttimet eivät välttämättä ohjaa öljyä suoraan voitelukohteelle. Suuttimelta öljy saattaa ohjautua esimerkiksi laakerin sisäkehän ja akselin välissä olevaan kanavaan, josta öljy virtaa voitelukohteelle keskipakoisvoiman vaikutuksesta.

Ennen öljysuutinta virtauskanavassa on verkkosuodatin. Se suojaa suutinta lialta, joka saattaisi tukkia suuttimen.

Paluujärjestelmä

Voitelukohteista öljy pumpataan säiliöön, joko laakeripesän tai sumpun pohjalla olevalla tai moottorin apulaitevaihteistossa olevalla paluuöljypumpulla. Joissakin moottoreissa öljy palautuu laakeripesistä apulaitevaihteistoon ja siellä olevalle paluuöljypumpulle valumalla omalla painollaan.

Termejä:

Kuivasumppujärjestelmä. Voitelujärjestelmä, jossa oleva erillinen öljysäiliö ei ole kiinteä osa moottoria.

Märkäsumppujärjestelmä. Voitelujärjestelmä, jossa moottori itse toimii öljysäiliönä; tavallisin mäntämoottoreiden voitelujärjestelmä, jota ei käytetä suihkumoottoreissa.

Lastun ilmaisin (chip detector). Ilmaisee, onko voiteluöljyssä metallihiukkasia. Tavallisin on magneettinen tulppa, joka voidaan visuaalisesti tarkistaa. Sähköisessä lastun ilmaisimessa on kestomagneettitulppa keskielektrodina. Se kerää öljyssä mahdollisesti olevia metallihiukkasia. Kun metallihiukkasia on kerääntynyt tarpeeksi, keskielektrodin ja rungon välille syntyy virtapiiri, joka aktivoi varoitusilmaisimen koneen ohjaamossa.