PAINEILMAJÄRJESTELMÄT

1 Paineilmasta yleensä

1.1 Erilaiset käyttötarkoitukset

Paineilman yleisin käyttö laivassa on moottorien käynnistys. Puhu­taan käynnistysilmajärjestelmästä , 20-40 bar. Toinen käyttö on erilai­set ohjaukset, moottorien kierroslukujen säätö, venttiilien paineilma­käyt­töiset käyttölaitteet, tankkien pinnankorkeuden mittaus, jne., pneuma­tiikka- tai ohjausilmajärjestelmä , 10 bar. Lisäksi paineilma on suhteel­lisen helppo ja vaaraton työjuh­ta, erilaisia työka­luja ja lastin kiinnitys­laitteita voidaan käyttää ns. työilma­järjes­tel­mästä , 7-12 bar. Pienemmis­sä laivoissa nämä kaikki voivat olla yksi yhtei­nen 30 bar-järjestelmä, varustettuna riittävän suuritehoi­silla paineenalennusventtileillä.

1.2 Ilman laatu

ISO normit määrittelevät ilmasta kolme asiaa:
- mekaaniset partikkelit: 4 luokkaa, partikkelikoot 0.1, 1, 5 ja 40 µm
- kaasumaiset molekyylit: 5 luokaa 0.01, 0.1, 1, 5 ja 25 mg/m³
- kastepiste: 5 luokkaa -70, -40, -20, +2 ja +10 ast C
Valittaessa paineilmasyssteemin laitteita em. asiat hoidetaan kui­vain/suodatin paketilla.
Karkeasti voidaan sanoa, että käynnistysilmalla ei ole puhtausvaati­muksia, joka tarkoittaa sitä, että systeemissä ei ole kuin kompressoril­la ja paineilmapullossa ve­deneroitin. Työilmasysteemissä olevat laitteet sietävät huonosti kosteutta (ruosteongelmat), jolloin systee­missä tulisi olla ilmankuivain. Valitaanko kuivain vai ei riippuu laivasta ja laivan käyttöalueesta. Mikäli putkisto joutuu kulkemaan alle + 5 ast C lämpimissä tiloissa on syytä asentaa kuivain. Oh­jaus-ilmasystee­missä tulee olla koko paketti: vähintään pöly-/pisaraeroittimet 1 µm ja 0.1 mg/m³, öl­jynero­tus sekä kuivain -20 ast C saakka.

Ilman suhteellinen kosteus = ilmassa oleva todellinen vesisisäl­tö mg/m3 jaettuna maximi vesisisällöllä kertaa 100.
Ilman kuivaamisesta on liitteenä kastepisteestä kertova käyrästö, LIITE 3
Kastepiste = alin lämpötila jossa ilmassa oleva kosteus on vielä höyryn muodos­sa tai lämpötila jossa höyryn tiivistyminen vedeksi alkaa

Kuivaajista yleensä. Kuivaajia on useita eri tyyppejä ja niiden tarkoi­tus on kuivata paineilmasta kosteutta pois, jotta laitteet toimivat eikä kosteus paineen alentuessa tiivistyiksi korrodoivaksi vedeksi. Kuivaa­jia ostettaessa määritellään jäännöskosteus, joka ilmaa jää ilmoitta­malla kuivatun ilman kastepiste. ESIM! Ostetaan kuivaaja jonka kuivauskyky riittää kastepisteeseen -20 ast C. Tarkoittaa sitä, että ilmassa on jäljellä vettä enää 0.88 g/m3.

Adsorptio. Laivoissa yleisimmin käytössä oleva ns. 2-torniratkai­su. Kuivainaine imee kosteutta itseensä ja kokemusperäisesti määritel­lyn, ennalta ohjelmoidun ajan kuluttua ilman kulku ohjataan magneetti­venttiilien avulla toisesta säiliöstä toiseen. Koko ajan osa kuivatusta ilmasta pa­lautuu toiseen säiliöön vastavirtaan. Eli toisessa säiliössä kuivattu ilma kuivaa märkä säiliötä. Ilman hukkakulutus on tällai­sessa tapauksessa jopa 15-20%. Lisää­mällä torniin sähkövastus kuivatta­maan ilmaa, huuhte­luil­man eli hukattavan ilman määrä saadaan pudotettua 2-3 %:iin.
Kuivaimen tornien vaihtoa ohjaa aikarele, joka voidaan säätää vaihta­maan tornia aina 4 min:sta 4 h:iin riippuen ilman kos­teudesta.

Absorptio. Perustui ruokasuolan kykyyn imeä kosteutta. seuraukse­na runsaasti suolaliejujätettä ja korroosio-ongelmia. Poistuneet käytöstä.

Sorptio. Adsorptiokuivaimen parannettu painos, jossa ilmaa ei mene enää hukkaan lainkaan. Kuivaimessa kosteuden poisto tapahtuu kompressorista ulostulevalla hyvin kuuman (n. 150-180 ast C) ilman avulla.

Ilmankuivaajissa on ennen kuivainta aina öljyerotin (vaikka komp­ressorissa on oma päällera­kennettuna, se ei riitä haluttaessa puhdas­ta ilmaa). Lisäksi kuivai­men jälkeen on pölysuodatin. Kuivaimessa oleva aine irtoaa pikkuhiljaa ja jää jälkisuodatti­meen.

Kuivaimeen tulevan ilman lämpötila ei saa olla yli 40 ast C, siksi kuivain sijoite­taan paineilma­pullon jälkeen. Pullossa ilma jäähtyy.

1.3 Kompressorit

Markkinoilla on useita erilaisia kompressorityyppejä: män­tä, kalvo, öljyä käyttävä ruuvi, öljyvapaa ruuvi, vesiren­gasruuvi, hammasra­tas­tyyppinen, puhaltimet, scroll, lamelli. Näistä laivoissa käytetään mäntäkoneita käynnis­tysilmasysteemeissä (paineet 30-40 bar) ja perinteisiä ruuveja 7-13 bar systeemeissä.

Kompressoreita hankittaessa on muistettava kuormitettavuus. Mäntä­koneita ei voi kuormittaa 100%:sti eli niiden käyntiaika tulee rajoittaa 50-70% ylikuumentumisen ja karstoittumisen takia. HUOM! Laivoissa käynnistysilmakompressoreilla ei saa tuottaa työ tai instrumentti-ilmaa em. syystä. Ruuvikompressoreita voi kuormittaa periaatteessa 100%. Ne ovat kuitenkin usein varustet­tu kevennysjärjestelmällä eli paineil­man kulutuksen ollessa 0 automatiikka pitää venttiilit auki niin että komp­ressori ei kehitä painetta. Tehon tarve moottorilta on tällöin n. 20%.
Mäntäkompressorien sähkö­moottorin tehosta peräti 95% menee läm­möksi joten jäähdytyksen oltava hyvä. Hyvä tuuletus ilmajäähdyttei­selle kompressorille tai sitten vesijäähdytys. Komp­res­sorin imuilma ei saa ylittää 45 ast C. Liian kuuma käyntiläm­pötila polttaa voiteluöl­jyn kiinni sylinterei­hin ja venttiilei­hin, jotka karstoittuvat ja aiheuttavat entistä huonom­man voitelun. Kompresso­riöljyksi kelpaa vain erittäin hyvä synteetti­nen öljy.

Ns.öljyvapaassa ruuvikompressorissa tai scroll-kompres­sorissa liikkuvat osat eivät kosketa toisiaan lainkaan jolloin voitelevaa öljyä ei tarvita.

1.4 Säiliöt

Säiliön tehtävät: toimii varaajana (voidaan hetkellisesti ottaa systee­mistä ilmaa enemmän kuin kompressori tuottaa), jäähdytti­menä, vedeneroittimena (uimuripois­tin säiliön pohjalle), ohjaa kompressoria (alapaine käynnis­tää, yläpaine pysäyttää, paineiden väli n. 2 bar), ottaa vastaan paineiskut systeemistä ja lieventää mäntäkoneet sykettä, suojaa kompressorin säätölaitteita.

Käynnistysilmasäiliöitten koko määräytyy luokituslaitosten sääntöjen mukaan, montako moottoria täytyy käynnistää, ovatko moottorit, suuntaavaihtavia vai, onko päämoottoreita yksi vai enemmän jne. Yleensä 2x250 L, 2x500 L tai 2x1000 L standardipulloja sääntöjen mukaisilla varolaitteilla varustettuna.

Työilmasäiliön koko on 500-1000 L.

1.5 Putkistosta yleensä

Systeemivuodot. Ilma tulee vilkkaasti ulos pienestä reiästä! Esimer­kik­si 7 bar systee­missä olevasta 3 mm reiästä vuotaa 11 l/s = 20 Nm3/h !!

Suodattimista. Suodattimien kyky ilmoitetaan yleensä partikkeli­koot­tain. Montako prosenttia tiettyä partikkelikokoa suodatin pystyy suodattamaan. Suodattimet pystyvät erottamaan kiinteät partikkelit sekä vesi- että öljymolekyylit.

Kuivaimet ovat herkkiä laivan tärinälle. Koeajoissa on tarkastetta­va että kuivain ei tärise tai jopa ala teräsrakenteiden takia mennä re­sonanssiin.

Putkistoon ei saa jäädä pusseja, joihin tiivistyvä kosteus muodos­taisi vesitaskuja. Erityisesti käynnistysilmalinjat oltava alati laskevia varus­tettuna tarpeellisessa määrin vedeneroittimilla koska systeemissä ei ole kuivainta.

2 Käynnistysilmajärjestelmä


Moottorien käynnistys tapahtuu paineilmalla, joko syöttämällä jakajan kautta korkeapaineista ilmaa sylintereihin tai matalapai­neista ilmaa paineilmastarttimoottorille.

Suoraa sylinterikäynnistystä käytetään moottoreissa yli 800 kW ja paineilmamoottoria (tai sähkömoottoria) alle 800 kW moottoreissa.

Paineilma kehitetään vähintään kahdella kompressorilla, 1 komp­ressori täyttää koko ajan käynnistysilmasäiliöitä ja toinen on varalla. Toisen kompressorin tulee olla kytketty hätätauluun eli sähkömoottori saa tarvitta­essa syöttö­jännit­teen hätäaggregaatilta. KÄynnistysilma­kompressori kapasiteetti on yleensä 60-120 Nm³/h, 30 bar. Tarvittava ilmamäärä tulee luokituslai­toksen säännöis­tä, joissa määritellään kuinka monta starttia pitää peräjäl­keen saada. 1-mootto­rilaivassa ilmaa tulee riittää säiliöis­sä 12 starttiin ja 2-mootto­risissa (tai useam­pia moottoreita) riittää 6 start­tia/moottori. Komp­ressorin tulee kyetä täyttämään pullot 1 h aikana.

Starttikom­pressoreissa on päällerakennettuna tarvitt­avat jääh­dytti­met, veden ja öljyneroittimet, varo- ja kevennyslait­teet sekä käynnistys- ja pysäy­tysautomatiikka. Kompressorit ovat yleensä mäntäkoneita, jotta saadaan helposti paine 30 bar (tai 40 bar). Kompressorit ovat asen­nettu tärinävaimentimille sekä ovat ilmajääh­dytteisiä. Vesijäähdy­tys saadaan tarvittaessa.

Kompressoreilta menee putkisto startti-ilmasäiliöille, joita tulee olla aina myös kaksi. Putket ovat suht pieniä, koska virtausnopeus ilmalla on yli 30 m/s. Pulloissa on sääntöjen mukaiset sulkulaitteet sekä varolaitteet. Varoventtiilin putki ei saa purkautua kulkutielle, johdetaan yleensä kuiluun tai turkin alle. Muistettava lisäksi, että säiliöissä oleva vapaa ilma on laskettava mukaan sammutusjärjestelmää mitoitettaes­sa.

Säiliöistä ilma johdetaan suoraan moottoreille. Startti-ilmasysteemissä ei ole kuivaimia. Startti-ilmasysteemistä käytetään yleensä myös tyfoonia sekä otetaan pneumatiikkajärjestelmään ilmaa kuivaimen ja paineenalentimen kautta.

Suorassa sylinterikäynnistyksessä ilma viedään moottorille pää­käyn­nistysventtiilille. Pääkäynnistysventtiili ei kuitenkaan avaudu ennen­kuin varmistuksista on huolehdittu joko sähköisesti tai pneu­maattises­ti. Mm seuraavia syitä voi olla, stop on päällä, starttipaine alhainen, moottorin öljysumuilmaisin hälyttänyt, polttoainetanko ei ole nolla-asennossa, paaksauskone päällä jne. Kun pääkäynnis­tys­venttiili aukeaa sylintereille menevät linjat saavat täyden työpai­neen. Tämän jälkeen annetaan starttikäsky (tai automatikka antaa), jolloin pinempi ohjausventtiili antaa jakajan kautta ohjauskäskyt sylinterikoh­taisille starttiventtiileille avautua. Järjestelmään kuuluvat lisäksi takaiskuvent­tiilit ja liekinestolaitteet.

Paineilmamoottorikäynnistys

Systeemiin kuuluvat kompressori, pullot ja putkisto kuten sylinteri­käynnistyksessäkin, mutta paine on vain 10-12 bar. Lisäsksi mootto­rin päältä puuttuvat kaikki paineilmaputket. Starttimoottorille tulee syöttölinja jossa linjassa on 12 tai 24 V magneettiventtiili. Magneetti­venttiilin ohjaus ja käynnistyksen estot kuten sylinterikäynnistyksessä.

Sähkömoottorikäynnistys

Kuten paineilmamoottori, mutta käynnistysmoottorin syöttövirta otetaan akuilta. Pienemmissä moottoreissa on yleensä joko kaksi sähköstarttimoottoria kaksilla akuilla tai sitten toinen starttitapa on sähkömoottori ja toinen paineilmamoottori.

Panoskäynnistys

Räjähdyspanos kiinnitettynä sylinterin kanteen.

3 Ohjausilmajärjestelmä

Usein puhutaan myös pneumatiikkailma- tai instrumentti-ilmasystee­mistä. Järjestelmää käytetään pääasiassa putkistojärjestelmien venttiilien toimilaitteiden käyttämiseen. Erilaiset säädöt ovat myös helppoja paineilman avulla. Ohjausilmajärjestelmässä olennaine laite on kuivaaja/ilman puhdistaja. Pienet reiät magneettiventtiileissä ja ohjausventtiileissä edellyttävät kuivattua, partikkelitonta öljyttyä ilmaa.


4 Työilmajärjestelmä

Työkoneen optimaalinen työpaine on 6 bar. Laivojen työilmajärjestel­mie ja -kom­pressorien paine vaihtelee 7-10 riippuen järjestelmän laajuudesta ja systeemissä olevista painehä­viötä aiheuttavista laitteis­ta. Esim. autolautoissa systeemeissä kokonaispainehä­viö voi olla ennen työkonetta 2 bar, jolloin kompressoripaineen tulee olla minimi 8 bar.

Ilmatyökalut kuluttavat paljon ns. Normaalilitroja. Esim. n. 200 Nm3/h työilma­kompressori pystyy tuottamaan ilmaa ainoas­taan 3-4 neljään kohteeseen kerrallaan. On huomioitava rahtilaivois­sa, joissa käyte­tään paineilma­toimisia stuuvauslaitteita ym. rahdin kiinnittämiseen ja siirtämiseen tarvittavia laitteita. Esim. yksi konetilo­jen paineilmanostin kuluttaa jo 100 Nm3/h jatkuvassa käytössä.
Kokeilua