Lautasventtiilistäkö korvaaja moottorin kaasunpoistojärjestelmään?
Nykyinen dual fuel -moottorin kaasunpoistojärjestelmässä oleva palloventtiili vaatii lukuisia toimilaitteita toimiakseen, minkä seurauksena se on haasteellinen asentaa ja huoltaa. Opinnäytetyössä kehitettiin uusi konsepti kaasunpoistojärjestelmästä, joka perustui lautasventtiilin toimintakykyyn ilman erillistä ohjauslaitetta. Venttiilityypin vaihdolla pystyttiin yksinkertaistamaan järjestelmää sekä sen asentamista moottoriin.
Wärtsilän dual fuel -moottoreissa käytetään nesteytettyä maakaasua (LNG) polttoainekaasuna. LNG on muutettava kaasumaiseen muotoon ennen kuin sitä voidaan käyttää Wärtsilän DF-moottoreissa. LNG sisältää tyypillisesti 85–95 % metaania. Palaessaan puhtaasti LNG tuottaa vähäisen määrän päästöjä tai ilmansaasteita. Mikäli LNG palaa epätäydellisesti, voi palamaton metaani päätyä ilmakehään. Palamattomana metaani on erittäin voimakas kasvihuonekaasu (Thurman, 2024).
DF-moottorin kaasunpoistojärjestelmän tehtävänä on hallita mahdollisia kaasuvuotoja, estää kaasun pääsy konehuoneeseen sekä suojata moottoria liialliselta paineen nousulta. Näin ollen järjestelmän toimivuus vaikuttaa suoraan moottorin turvallisuuteen, käytettävyyteen sekä huollettavuuteen. Venttiilivalinnalla on tässä kokonaisuudessa keskeinen rooli, sillä sen nopea reagointikyky, toimintavarmuus sekä riittävä tilavuusvirta takaavat tehokkaan kaasunpoiston.
Nykyinen palloventtiili täyttää toimintavaatimukset, mutta sen aiheuttamat komponenttivaatimukset tekevät järjestelmästä monimutkaisen. Järjestelmän asentaminen on koettu haasteelliseksi, sillä se sijaitsee moottorin päällä. Sijaintinsa vuoksi järjestelmä on myös altis moottorin tärinöille ja komponenttien uudelleensijoittamista on tehty tärinänsiedon parantamiseksi. Näiden haasteiden myötä heräsi tarve selvittää erilaisen venttiilityypin soveltuvuutta kaasunpoistojärjestelmään.
Lautasventtiilistä vaihtoehto palloventtiilille
Tulokset osoittivat, että lautasventtiili täyttää DF-moottorin kaasunpoistojärjestelmälle asetetut keskeiset vaatimukset. Markkinoilta löydettiin lautasventtiili, jonka tilavuusvirta pystyy moottorin käynnistyksen yhteydessä tyhjentämään kaasumanifoldit sekä putkistot puhdistuskaasuista annetussa aikarajassa.
Lautasventtiilin etuja ovat rakenteellinen yksinkertaisuus, mahdollisuus nopeaan ja varmaan kaasun eristämiseen sekä toimintakyky ilman erillistä ohjauslaitetta. Lautasventtiilin toimintaperiaatetta voidaan verrata viemäritulppaan, sillä tulpan poiston jälkeen suuri virtauskanava avautuu nopeasti.
Uusi konsepti yksinkertaistaa kaasunpoistojärjestelmää
Venttiilityypin vaihtoon perustuva uusi kaasunpoistojärjestelmän konsepti osoittaa, että järjestelmää voidaan yksinkertaistaa. Uuden konseptin myötä kaasunpoistojärjestelmästä voidaan poistaa useita eri komponentteja, kuten esimerkiksi aktuaattori, paineilmasäiliö sekä magneettiventtiili.
Järjestelmä on suunniteltu esiasennettavaksi, minkä seurauksena moottorin päällä ei tarvitse enää muuta kuin kiinnittää suojakuoren sisälle esiasennettu järjestelmä kiinni kaasumanifoldiin. Opinnäytetyössä kehitetty kaasunpoistojärjestelmä on aiempaa järjestelmää huomattavasti kompaktimpi ja suojakuoren ulkopuolelle jäävien komponenttien määrä väheni huomattavasti.
Suojakuoren valmistaminen valamalla
Työssä tutkittiin kolmea valmistustavoiltaan erilaista konseptia suojakuoren valmistamiseksi. Suojakuoren tehtävänä on suojata konehuonetta mahdollisilta kaasuvuodoilta, mikäli venttiilissä tapahtuisi kaasuvuoto. Konsepteista valutekniikalla valmistettu suojakuori osoittautui soveltuvaksi jatkokehitykselle.
Valamalla valmistetun suojakuoren avulla pystyttiin huomioimaan niin venttiilin kuin kaasumanifoldin laipan asettamat vaatimukset suojakuoren geometrialle. Järjestelmä sijaitsee ahtaassa paikassa moottorin päällä, mikä asetti järjestelmälle tarkkoja geometrisiä vaatimuksia ja rajoituksia.
Parempaa tärinänsietokykyä
Opinnäytetyössä kehitetyn kaasunpoistojärjestelmän laskennallisesti osoitettiin kestävän moottorin päällä olevaa tärinää 23,5 % nykyistä järjestelmää paremmin. Tehdyissä simulaatioissa tärinänsieto parani, sillä konseptoitu järjestelmä on nykyistä kevyempi sekä se mahdollistaa useimpien järjestelmän komponenttien sijoittamisen suojakuoren sisään, jolloin se on kompaktimmin kiinni kaasumanifoldin laipassa.
Lähteet
Kyllönen, E. 2026. Product Develompent of a Gas Vent System – Theseus, Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö.
Thurman, A. 2024. LNG as fuel for ships: expert answers to 17 important questions. Referenced 3.2.2026. https://www.wartsila.com/insights/article/lng-fuel-for-thought-in-our-deep-dive-q-a
Kuva: Konseptoitu kaasunpoistojärjestelmä, tekijän ottama kuvakaappaus