Jos järjestelmässä on pumppu, jonka tilavuusvirtaa voidaan säätää (aksiaalimäntäpumppu), polttoainesäädin säätää pumpun tuottoa ohjaavaa servopainetta. Servopaineella säädetään pumpun tuotto yhtä suureksi kuin on polttoaineensyöttö moottorille.
Polttoainepumpun tarkoituksena on nostaa säiliöpumpuilta tuleva paine riittävän korkeaksi, niin että polttoaineen sumuuntuminen suuttimilla olisi mahdollista.
Pääpolttoainepumppu on moottorikäyttöinen laite, joka saa käyttönsä apulaitevaihteiston välityksellä moottorin korkeapaineakselilta. Jos kyseessä on yksiakselinen moottori, pumppu saa käyttönsä roottorin akselin käyttämältä apulaitevaihteistolta.
(Ks. kuva voitelujärjestelmän yhteydessä)
Suurimmassa osassa moottoreita on vakiotilavuustyyppinen hammaspyöräpumppu. Pääpolttoainepumput ovat yleensä yksi- tai kaksielementtisiä. Kun moottorilla roottorin pyörintänopeus kasvaa, nousee myös pumpun pyörintänopeus ja polttoainevirtaus pumpun lävitse kasvaa samassa suhteessa.
Pumppu tuottaa säätimelle jatkuvan polttoainevirtauksen, ja lisäksi sen tuotto on moottorin tarvitsemaa määrää suurempi. Polttoainesäädin laskee ja mittaa tarvittavan polttoainevirtauksen suuttimille. Pumpun tuottama ylimääräinen polttoaine palautuu takaisin pumpun imupuolelle.
Pumppuyksikköön kuuluu yleensä myös ennen korkeapaineosaa keskipakoisvaihe, joka varmistaa hammaspyöräpumpulle positiivisen paineen, jos säiliöpumput eivät toimi. Keskipakoisyksikön pyörintänopeus on suurempi kuin hammaspyöräyksikön pyörintänopeus, ja se takaa positiivisen syöttöpaineen hammas-pyöräpumpulle. Keskipakoisyksikkö nostaa siirtopumppujen painetta noin 45...100 PSI.
|
Jos järjestelmässä on pumppu, jonka tilavuusvirtaa voidaan säätää (aksiaalimäntäpumppu), polttoainesäädin säätää pumpun tuottoa ohjaavaa servopainetta. Servopaineella säädetään pumpun tuotto yhtä suureksi kuin on polttoaineensyöttö moottorille.
|
|
Pumppuun kuuluu roottoriyhdistelmä, jonka sisällä olevat männät kiinnittyvät keinuvaan säätölevyyn. Sillä säädetään mäntien iskunpituus ja pumpun tuotto. Säätölevyn kulmaa säädetään servomännällä.
Servomäntä on jousikuormitettu pumpun maksimituoton suuntaan ja servopaineen muodostama voima pienentää mäntien tehollista iskunpituutta ja samalla se pienentää pumpun tuottoa. Kuvassa on CF 56 -moottorin polttoainepumppu, jossa on sisäänrakennettu polttoaineen suodatin.
Osat:
| 1. Hammaspyöräpumpun kotelo 2. Polttoaineen tuloliitin 3. Paineensäätöventtiili 4. Servopolttoaineen lämmittimen liitin 5. Paineanturin liitin 6. Lähtö öljynjäähdyttimelle 7. Paluu öljynjäähdyttimeltä 8. Suodatinsylinterin tyhjennysventtiili |
9. Suodatinpatruunan vaihtoluukku 10. Suodatinsylinteri 11. Suodatinpatruuna 12. Suodattimen ohivirtausventtiili 13. Tarkistustulppa 14. Suodattimen lähtöpaineen anturin liitin 15. Suodattimen tulopaineen anturin liitin 16. Asennuslaippa |
Kaasuturbiinimoottorien polttoaineensäätöjärjestelmässä tarvitaan kahden tasoisia suodattimia. Matalapainepuolen karkea verkkosuodatin sijaitsee säiliöjärjestelmän ja moottorin polttoainejärjestelmän välissä. Hienosuodatin sijaitsee polttoainepumpun ja säätimen välissä.
Hienosuodattimilla estetään polttoaineen sisältämien epäpuhtauksien pääsy säätimelle, jossa epäpuhtaudet voisivat aiheuttaa tukkeutumista säätimen pienissä virtauskanavissa, mistä aiheutuisi toimintahäiriöitä.
Karkeasuodattimet ovat suodatuskyvyltään noin 150...500 µm ja hienosuodattimien suodatuskyky on 10...35 µm. Polttoainesuodattimet ovat yksi moottorin polttoainejärjestelmän säännöllisesti tarkastettavista kohteista.
Polttoainesuodattimella on tukkeutumisen ilmaisujärjestelmä, joka varoittaa käyttäjää virtaushäiriöstä suodattimen lävitse. Järjestelmä mittaa paine-eron suodattimen sisään menopuolen ja ulostulopuolen välillä. Jos paine-ero kasvaa liian suureksi, se merkitsee sitä, että suodattimen virtausvastus on kasvanut (suodatin on tukkeutunut) ja suodatin vastustaa polttoaineen virtausta.
Suodattimen yhteyteen on sijoitettu myös ohivirtausventtiili, joka avautuu, kun paine-ero suodattimen yli kasvaa riittävän suureksi. Tällä järjestelyllä taataan moottorille riittävä polttoaineen saanti myös suodattimen tukkeuduttua. Joidenkin APU-voimalaitteitten suodattimilla ei ole varoitus- eikä ohivirtausjärjestelmää. Jos suodatin tukkeutuu, moottorin teho alenee tai se ei käy lainkaan.
Niissä moottoreissa, joissa polttoaine syötetään pumpulle ja suodattimelle suoraan säiliöistä, on mahdollista, että polttoaineeseen sitoutunut vesi jäätyy suodattimelle ja aiheuttaa suodattimen tukkeutumisen. Näissä moottoreissa polttoaineen lämmitin on ennen suodatinta. Kun suodattimen tukkeutumisvaroitus ilmestyy, kytketään toimintaan polttoaineen lämmitin, jolla saadaan sulatettua jäätynyt vesi suodattimelta. Polttoaineen lämmittimet toimivat ahtimen vuodatusilmalla.
Varsinkin uudemmissa moottoreissa polttoaine virtaa pumpulle ja suodattimelle polttoainetoimisen öljynjäähdyttimen kautta. Niissä ei tarvita erillistä polttoaineen lämmitintä, mikä pienentää energian kulutusta ( ks. Fadec-toiminnot -kaavio).
Polttoaineen lämmityksellä estetään jääkiteiden muodostuminen polttoainesuodattimelle tai polttoaineen jähmettyminen suodattimelle ja polttoainevirtauksen estyminen suodattimen lävitse. Erillinen polttoaineen lämmitin tarvitaan, jos suodatin sijaitsee siten että kylmä polttoaine säilöistä virtaa suodattimelle.
Joissakin moottorityypeissä öljynjäähdytin sijaitsee ennen polttoainesuodatinta, jolloin öljystä siirtyvä lämpö lämmittää polttoaineen, eikä erillistä polttoaineen lämmitintä tarvita.
Kun suodattimelle muodostuu jää- tai parafiinikiteitä ja suodattimen virtausvastus kasvaa, tällaisen tilanteen havaitsemiseksi suodatusjärjestelmässä on tukkeutumisen ilmaisujärjestelmä. Ilmaisujärjestelmään kuuluu suodattimen tulo- ja lähtöpuolen painetta mittaava paine-erokytkin. Kytkin tuntee paineen suodattimen yli ja sytyttää ohjaamossa suodattimen tukkeutumisen ilmaisuvalon kun paine-ero ylittää sallitun arvon. Kun ilmaisuvalo syttyy käyttäjä kytkee polttoaineen lämmityksen toimintaan. Joissakin koneissa on automatiikka, joka ohjaa sekä ilmaisuvalon toimintaa että kytkee toimimaan polttoaineen lämmityksen.
Suodattimella on ohivirtaustoiminto siltä varalta, että lämmityksestä huolimatta suodattimen virtausvastus edelleen kasvaa ja virtaus suodattimen lävitse estyy. Suodattimen ohivirtausventtiili avautuu määrätyllä suodattimen paine-eroarvolla ja suodattamaton polttoaine virtaa tukkeutuneen suodattimen ohi polttoainesäätimelle.
Jako- ja tyhjennysventtiilin tehtävänä on jakaa säätimeltä tuleva polttoainevirtaus suuttimille menevään ensiö- ja toisiovirtaukseen.
Jako- ja tyhjennysventtiiliä käytetään järjestelmissä, joissa suuttimissa itsessään ei ole virtauksen jakoventtiiliä vaan polttoaine virtaa suuttimille kahta eri putkea pitkin. Näissä järjestelmissä tarvitaan jako- ja tyhjennysventtiili, koska suuttimessa on oltava kaksi erisuuruista ja eri virtausalueilla toimivaa polttoaineen sumutussuutinta. Yksi sumutussuutin ei toimi kunnolla kaikilla virtausalueilla. Pisarakoon olisi pysyttävä suhteellisen vakiona, mutta suihkutuksen määrä täydellä teholla on moninkertainen tyhjäkäyntiin verrattuna.
Käynnistys
Kun moottori ei käy, tyhjennysventtiili on kuormitettu jousivoimalla
"auki", eli asentoon, jossa venttiili sulkee polttoaineen virtauksen
polttoaineen säätimeltä suuttimille (ei näy kuvassa).
Käynnistysvaiheessa polttoaineensäädin alkaa pumpata polttoainetta
suuttimille menevään putkistoon ja paineenlisäys sulkee tyhjennysventtiilin,
jolloin polttoaine pääsee ensiövirtauskanavaan saakka (kuva A).
Tyhjäkäynti
Polttoaine virtaa tulosuodattimen lävitse tyhjennysventtiilille ja sieltä
ensiövirtauskanavaan. Venttiililtä polttoaine virtaa ensiöputkistoa myöten
ensiösuuttimille (kuva A).
Tyhjäkäyntiä suurempi teho
Ensiöpiirin virtaus on sama kuin tyhjäkäyntiteholla. Kun ensiöpuolen paine
nousee ja saavutetaan jakoventtiilin toiminnan paineraja, alkaa polttoaineen
virtaus toisioputkistoon. Venttiililtä polttoaine virtaa toisioputkistoon ja
suuttimen toisiopuolelle (kuva B).
Moottorin sammutus
Kun moottori sammutetaan, polttoaineen paine laskee. Jousivoima avaa
tyhjennysventtiilin ja polttoaine pääsee valumaan omalla painollaan ulos
suuttimien jakoputkistosta (ei näy kuvassa).
|
Polttoainesuuttimia on teoriassa kahta eri tyyppiä: simplex ja duplex. Simplex-suuttimia käytettiin ensimmäisissä suihkumoottoreissa. Suuttimessa oli nimensä mukaan vain yksi polttoainekanava ja sumutussuutin. Nykyisissä moottoreissa käytetään duplex-suuttimia. Niissä on kaksi sumutussuutinta, jotka saavat polttoaineen jakoventtiililtä lähtien eri syöttöputkia pitkin. Tällainen suutin toimii siten laajemmalla tehoalueella. Polttoaine virtaa suuttimille siirtoputkistolta. Suutin sumuttaa polttoaineen pieniksi pisaroiksi, jotka muodostavat ruiskutettavasta polttoaineesta mahdollisimman suuren höyrystymispinta-alan.
|
|
Suutin ruiskuttaa polttoaineen polttokammioon sumukartioksi. Polttokammiossa polttoaine sekoittuu ilmaan, höyrystyy ja muodostaa ilman kanssa oikean palamiskelpoisen polttoaine- / ilmaseoksen.
Parhaaksi havaittu pisarakoko on käytännössä 50...100 µm. Jos pisaran koko on pienempi kuin 50 µm, pisarat eivät tunkeudu riittävän etäälle suuttimelta, ja 100 µm suurempien pisaroiden höyrystyminen kestää liian kauan, eikä palaminen ole täydellistä.
Muodoltaan oikea liekki polttokammiossa syntyy vain riittävän suurella ahtimen purkautumispaineella. Moottorin käynnistysvaiheessa tai moottorin toimiessa suunniteltua alemmalla pyörintänopeudella liekin pituus kasvaa alhaisesta paineesta johtuen.
Jos sumukartion muoto on vääristynyt, liekki ei pala lieskaputken keskellä vaan saattaa koskettaa lieskaputken metalliseinämää ja aiheuttaa ylikuumentumispisteitä tai jopa polttaa seinämään reiän.
Toinen suuttimien ongelma, joka aiheuttaa sumukartion muotovirhettä, on suuttimeen keräytyneet epäpuhtaudet ja suuttimeen muodostuva hiilikarsta, joka tukkii suuttimen.
Suuttimet asennetaan joko moottorin ulkopuolelta, jolloin suuttimet voidaan huoltaa ja vaihtaa purkamatta moottoria. Joissakin moottorityypeissä suuttimet on asennettu moottorin diffuusorikammion sisäpuolelle, eikä niitä tällöin voida huoltaa tai vaihtaa purkamatta moottorin polttokammioaluetta.
Alimmassa kuvassa on CFM 56 -moottorin polttoainesuutin, jossa jakoventtiili on osa suutinkokonaisuutta.
Jakoventtiili parantaa polttoaineen sumutusta jossain määrin, mutta varsinkin uudemmissa moottoreissa on otettu käyttöön myös muita keinoja, joilla suuttimien sumutuskuvio voitaisiin pitää optimaalisena läpi moottorin koko tehoalueen. ECU-toimintakaaviossa yksi ECU:n ohjaamista toimilaitteista on polttoainesuuttimien vaiheistusventtiili (BSV, Burner Staging Valve ). Puolet moottorin polttoainesuuttimista saa syötön vaiheistusventtiilin kautta ja toinen puoli on kytketty suoraan polttoainesäätimeen.
Polttoainesuuttimien vaiheistusventtiili (BSV, Burner Staging Valve)
Vaiheistusventtiili on hydrauliservon ohjaama magneettiventtiili. Kun polttoaineen virtausmäärä esimerkiksi tyhjäkäyntitehoilla on vähäinen, venttiili sulkee osan suuttimista pois, jolloin ruiskutuspaine jäljelle jääviin suuttimiin nousee ja polttoaineen sumuuntuminen paranee.
Esimerkkimoottorissa suuttimet on jaettu kahden eri jakoputkiston kesken. Joissakin moottoreissa käytetään kolmiportaista jakoa. Alla olevassa kuvassa on suutinyhdistelmien käyttö eri tehoasetuksilla.
