Domanda:
Come vengono avviati i motori a turbina?
casey
2014-02-27 06:01:37 UTC
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Cosa succede a un motore a turbina dal momento in cui viene avviato un avviamento fino al raggiungimento del minimo stabile?

Cosa può andare storto?

Ovviamente ** tutti ** sanno che per avviare il motore della Fenice, gli spari ...
"Certo, tutti sanno che per avviare il motore della Fenice, gli spari": https://www.youtube.com/watch?v=AwYzAF9bZLI
Sei risposte:
#1
+43
casey
2014-02-27 06:01:37 UTC
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Il mezzo per avviare la maggior parte dei motori a turbina è l'aria di spurgo ad alta pressione. Questa sorgente di spurgo proviene tipicamente da un'APU, ma può anche provenire da un motore già in funzione (avvio incrociato) o da un carrello huffer esterno.

In alcuni aeroplani l'avvio è completamente controllato da FADEC e devono essere avviati e monitorati solo dall'equipaggio di volo, e su altri aeroplani alcuni passaggi devono essere avviati manualmente.

Il processo di seguito descrive meglio un motore turbofan. Leggi la risposta di @Falk per informazioni sulle differenze con i motori turboelica.

Nozioni di base sui turbofan

Fare riferimento all'immagine qui sotto (Credito: K. Aainsqatsi, Wikipedia): Turbofan diagram

Le parti del motore a cui farò riferimento di seguito sono:

  • Il ventilatore N1, l'albero N1 e la turbina N1 che sono visualizzati in verde ed etichettati "Ventilatore / Compressore a bassa pressione "," Albero bassa pressione "e" Turbina bassa pressione ". Queste unità sono collegate e si muovono come un unico pezzo.
  • Il compressore N2, l'albero N2 e la turbina N2, visualizzati in viola ed etichettati "Compressore ad alta pressione", "Albero ad alta pressione" e "Turbina ad alta pressione". Questi sono collegati e si muovono come uno, ma indipendentemente dall'albero N1. Non raffigurato è un azionamento accessorio che è orientato all'albero N2 per guidare gli accessori del motore.
  • La sezione calda, raffigurata in giallo ed etichettata "Camera di combustione". Questa è la patria di un incendio costantemente acceso in un motore a reazione.

Avviamento del motore

Il processo di avviamento del motore segue questa formula di base

  • Attraverso l'apertura delle valvole di sfiato , l'aria di spurgo viene inviata a un avviatore di una turbina ad aria. Questi dispositivi utilizzano tipicamente l'aria di spurgo ad alta pressione per girare e innestare una frizione centrifuga collegata alla trasmissione accessoria del motore. Questo a sua volta fa girare l'albero N2 all'interno del motore.

  • Con l'albero N2 in rotazione, il compressore N2 e le turbine N2 girano. Questo inizia a forzare l'aria attraverso il motore dalla parte anteriore a quella posteriore.

  • Con l'albero degli accessori e gli alberi N2 in rotazione, gli accessori dovrebbero iniziare a funzionare e questo può essere verificato dalle indicazioni della pressione dell'olio sull'EICAS.

  • Con maggiore rotazione dell'N2 , l'accensione verrà inserita. Questi accenditori si trovano nella sezione calda del motore e producono piccole scintille. Dovrebbe esserci un'indicazione sull'EICAS che l'accensione è attiva.

  • Con un ulteriore aumento della rotazione di N2, verrà introdotto il flusso di carburante. Ciò sarà verificato sull'EICAS. Una volta rilevato il flusso di carburante, è importante che la prossima fermata avvenga abbastanza presto.

  • Luce spenta! Il carburante viene acceso dall'accensione e ora il fuoco che brucia nella sezione calda fornita dall'aria del compressore sta producendo spinta attraverso le turbine N2 e N1.

  • Poiché il motore è producendo spinta attraverso la turbina N1, l'albero N1 fa girare la ventola N1 e l'EICAS noterà questo aumento nella rotazione N1. Le velocità di rotazione N1 e N2 aumentano.

  • Al di sopra di una soglia N2, le valvole di sfiato che alimentano l'avviatore della turbina si chiuderanno e l'avviatore si disinnesterà. Gli accenditori si spegneranno a una certa soglia di N2.

  • Il motore si stabilirà in un'impostazione stabile della spinta al minimo.

Cosa può andare storto?

  • Hung start

    • N2 non riesce a girare sufficientemente per introdurre il flusso di carburante.
    • Ogni partenza ha un limite di tempo e la partenza verrà interrotta.
  • Nessun dispositivo di accensione

    • Interrompi l'avvio e cambia gli accenditori.
    • Chiama MX.
  • Mancata accensione

    • Il flusso di carburante è introdotto ma la spia si spegne non si è verificato in un lasso di tempo adeguato
    • Il carburante si sta accumulando nel motore e se si spegne la luce, può essere dannoso.
    • L'avviamento viene interrotto e viene eseguita la marcia a secco per pulire il motore.
  • Superamento ITT

    • Di solito c'è una limitazione nella temperatura inter-turbina durante l'avvio del motore.
    • Se viene superato, l'avvio deve essere interrotto
    • Ciò potrebbe richiedere il coordinamento con MX prima di tentare un altro avvio.
  • Il lo starter della turbina ad aria non si disinnesta

    • Deve essere corretto prima di partire
    • In alcuni motori, MX può correggere questo problema con il motore acceso.
  • La valvola di intercettazione dell'aria di spurgo che alimenta lo starter della turbina non si chiude

    • Potrebbe essere necessario lo spegnimento del motore per rimediare
    • Tuttavia, in alcuni aeroplani, questa valvola può essere chiusa manualmente da MX con il motore acceso
    • È richiesto il coordinamento con MX.
  • Runaway N1 o N2

    • Se il FADEC non gestisce correttamente il flusso di carburante, il motore potrebbe non stabilizzarsi ma continuare a girare.
    • Interrompi l'avvio.
    • Coordinarsi con MX prima di tentare un riavvio.

Che ne dici di avviare il motore in aria?

Se il motore si spegne, si può tentare un riavvio in volo. Questi avvi si verificano in genere in uno dei seguenti modi:

  • Avvio incrociato
  • Avvio APU
  • Avvio windmilling

L'avvio dell'APU è essenzialmente lo stesso processo di cui sopra. L'avviamento incrociato, che può essere effettuato anche a terra, sostituisce semplicemente un motore acceso a una potenza elevata per fornire l'aria di spurgo per l'avviamento ed è altrimenti lo stesso come sopra.

L'inizio interessante è il inizio del mulino a vento. La necessità di questo significa che è successo qualcosa di brutto. Per aver bisogno di un avvio del mulino a vento, ciò significa che non ci sono fonti di aria di spurgo per alimentare l'avviatore della turbina ad aria. Ciò può significare che tutti i motori sono spenti e l'APU non è disponibile (MALE!), O semplicemente che le valvole di spurgo di un motore spento non si sono chiuse e non possono essere aperte.

Per l'EMB-145 che conosco, una partenza con il mulino a vento richiedeva la discesa a una velocità tra 260 KIAS e 320 KIAS e non poteva essere tentata sopra FL250. In breve, speri che il flusso di massa attraverso il motore sia sufficiente per far girare il compressore di N2 come farebbe l'ATS. Con un'indicazione N2 all'interno della busta dell'avviamento del motore, introduci scintilla e carburante e speri che il motore si accenda. Nel peggiore dei casi, se si è troppo lenti e non si è in grado di fornire un flusso d'aria sufficiente prima dello spegnimento della luce, il motore può surriscaldarsi rapidamente e danneggiarsi. Per questo motivo è particolarmente importante interrompere questo tipo di avvio non appena viene rilevata un'anomalia.

Solo un po 'di gee whiz info, l'RB211-22B e -524 come si trovano sull'L-1011 avevano una posizione ENRICH sull'interruttore di avviamento per aggiungere un po' di carburante per farlo andare e prevenire un inizio sospeso nelle giornate fredde. Ciò ha causato grandi ed eccitanti pennacchi bianchi di fumo. Guarda questa immagine [http://www.airliners.net/photo/Trans-World-Airlines/Lockheed-L-1011-385-1-15-TriStar/0061484/L/”(http://www.airliners. net / foto / Trans-World-Airlines / Lockheed-L-1011-385-1-15-TriStar / 0061484 / L /)
Cos'è MX? Google non dice niente ...
Manutenzione di @PavelPetrman
#2
+19
Falk
2014-02-27 09:24:35 UTC
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Se desideri conoscere i motori a reazione, leggi la risposta di @ casey. È molto dettagliato e buono.

Ci sono alcuni motori a turbina che vengono avviati in modo diverso. Stiamo parlando di motori turboelica o turboalbero. Un famoso esempio è la turbina PT6, che fornisce potenza a molti piccoli aeroplani a elica a turbina come la serie King Air di Beachcraft e Piper's Cheyenne e JetProp.

Questi motori sono costituiti da due parti, il generatore di gas e la potenza libera turbina. Il generatore di gas è praticamente un motore a reazione. È costituito da un ingresso, un compressore, una camera di combustione e una turbina. Non conosco nessun motore turboelica con un ugello per creare spinta, come un motore a reazione ne ha uno, ma se uno di voi lo sa, mi piacerebbe leggere il tuo commento. Su un motore turboalbero lo scarico non è affatto utilizzato per generare spinta quindi alcuni di essi sono addirittura invertiti (compressore nella parte posteriore del motore, ma di causa ancora alimentato con aria da una presa diretta in avanti). Forse hai notato che in alcuni aeromobili a turboalbero lo scarico è molto vicino all'elica: ecco il motivo.

Il secondo componente è una turbina a potenza libera, guidata dallo scarico del generatore di gas, che guida l'elica tramite un riduttore (velocità della turbina a potenza libera> 30.000 RPM, velocità dell'elica < 3.000 RPM). Nella maggior parte dei motori questi componenti sono tenuti insieme solo dal carter motore, ecco perché si chiama turbina a potenza libera.

Ora abbiamo tutti un'idea di base di questo tipo di motore e possiamo parlare della sequenza di avvio. Un cosiddetto generatore di avviamento è collegato al generatore di gas. Fondamentalmente è un motore elettrico alimentato da una batteria (o qualsiasi altra fonte di alimentazione CC) utilizzata per azionare l'albero del generatore di gas. Una volta avviato il motore, questo motore può essere utilizzato come generatore che fornisce potenza CC. Se guardi i principi di un motore elettrico e di un generatore DC vedrai che tecnicamente sono gli stessi. Hai solo bisogno di cambiare alcune connessioni. Questo di solito viene fatto azionando un interruttore a bilanciere a tre posizioni "start-off-generator".

La sequenza di avvio è praticamente la stessa di un motore a reazione:

  • Avviate l'albero del generatore di gas con il motorino di avviamento
  • A una velocità di rotazione specifica (solitamente 10-15%) aggiungere carburante
  • Monitorare i parametri del motore
  • Interruttore al generatore

Solitamente la turbina a potenza libera inizia a girare l'elica subito dopo l'aggiunta del carburante, tuttavia alcuni motori sono dotati di freno dell'elica che impedisce alla sezione di turbina a potenza libera di girare. Ciò è utile per azionare la sezione del generatore di gas solo per ottenere alimentazione elettrica o idraulica, a volte pneumatica, una sorta di APU. La serie ATR di Aerospaitiale è un famoso esempio. La chiamavano "modalità hotel".

Grazie per il complimento e per aver ampliato le risposte per coprire più del turbofan nella mia risposta.
Un effetto collaterale dell'avvio di una turbina libera come la PT-6 è che c'è pochissima coppia sull'elica durante l'avvio e il minimo. I piloti King Air vengono occasionalmente presi in giro dai passeggeri che vanno sotto l'ala e tengono l'elica durante la partenza. Il pilota vede un motore acceso ma zero giri al minuto. Puoi resistere fino a circa il 20% di potenza. Piuttosto meno divertente con Twin Otters - ovvio cosa sta succedendo.
@paul foto (o video) o non è successo ;-)
@paul Suppongo che http://www.pprune.org/archive/index.php/t-431538.html e altri lo confermino, ma mi piacerebbe comunque vedere un video ;-)
Molti, se non la maggior parte dei turboprop, hanno ugelli per creare una certa spinta del getto. Ciò è dovuto all'efficienza dell'elica, che non è del 100%. Come prima approssimazione, il miglior rapporto (di progetto) tra la spinta dell'elica e la spinta del getto è lo stesso dell'efficienza dell'elica in crociera, tipicamente circa 85/15. Per gli elicotteri è un'altra storia, quindi nei turboalberi di solito usano tutta la pressione per far girare l'albero, a volte anche sovraespandendo il gas. Ciò richiede un ugello di espansione più grande, che puoi vedere su molti elicotteri.
#3
+11
Meower68
2014-07-23 03:42:25 UTC
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Finora ottime risposte. Ci sono un paio di altri modi in cui un motore a reazione può essere avviato.

L'F-16 ha il motore collegato a un cambio con uno speciale albero bilanciato ad alta velocità. C'è una frizione in cui l'albero si collega al cambio. Al cambio è collegata anche una turbina più piccola nota come Jet Fuel Starter (JFS), delle dimensioni approssimative di un'anguria di grandi dimensioni, anch'essa dotata di frizione. Il cambio ha anche pompe idrauliche e generatori.

Per avviare l'aereo:

  1. il motore principale è disinnestato dal cambio
  2. il JFS è innestato al cambio
  3. la pressione idraulica viene alimentata da un accumulatore a una pompa, facendolo funzionare come un motore idraulico, che fa girare il cambio
  4. il cambio rotante fa ruotare il JFS verso punto che raggiunge la velocità di partenza
  5. il carburante viene alimentato al JFS, l'accensione si avvia e si avvia
  6. il JFS accelera, producendo circa 200 cavalli
  7. quando il JFS funziona a piena inclinazione, la frizione dell'albero motore si innesta
  8. l'albero rotante fa ruotare il motore principale fino a raggiungere la velocità di avvio
  9. quando il motore principale raggiunge una determinata velocità, il JFS è disinnestato dal cambio e si spegne
  10. il motore in rotazione porta i generatori e l'impianto idraulico in linea, ricaricando la pressione negli accumulatori per la prossima volta che deve avviarsi

In alcuni aspetti, questo è simile a un toro apripista o altre attrezzature pesanti. Molti di loro hanno un piccolo "motore pony" con un avviamento elettrico, che produce poi la combinazione di potenza / coppia necessaria per avviare il motore principale. Quando il motore principale è in funzione, il motore del pony si spegne e si spegne.

Altri velivoli più vecchi, come l'F-100 Super Sabre, utilizzavano una piccola carica esplosiva (cartuccia iniziale, essenzialmente un grande vuoto). Lo installeresti nel motore. Il pilota lo avrebbe sparato elettricamente nella turbina di scarico, che avrebbe fatto girare il motore abbastanza (speravi) per far sì che il tutto iniziasse a velocità, quindi innestasse i sistemi di alimentazione e accensione. Se il carrello non si accendeva correttamente, era necessario attendere un certo periodo di tempo affinché si raffreddasse prima di poterlo rimuovere. Non vorresti che scendesse sulla rampa (possibile presenza di vapori di carburante) o nelle tue mani (ahi!).

Quando vedo l'immagine di un JFS, non mi viene in mente esattamente una grande anguria.
Certo, non sembra una grande anguria. Ma, per scopi di scala, questo è quanto è grande. E ne ho preso uno e l'ho portato, proprio come una grande anguria.
Un cocomero da 200 cavalli!
Anche il motore del pony sui trattori ecc. È raffreddato ad acqua e condivide la camicia d'acqua con il motore principale. Quindi preriscalda anche il motore principale.
#4
+11
Peter Kämpf
2014-07-24 00:53:32 UTC
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Immagino che ora sia il mio turno di aggiungere modi esotici per avviare un motore a reazione.

Il Jumo 004 di Me-262 e Ar-234 aveva un piccolo motore a pistoni nella punta centrale che era avviato elettricamente, ma può anche essere avviato a mano da un meccanico. Hai mai notato il foro al centro della punta e l'anello bloccato in esso (vedi l'immagine a sinistra sotto)?

Jumo-004 intake Riedel starter engine

L'anello era attaccato a una corda che potrebbe essere utilizzata per avviare il motore a pistoni (motorino di avviamento Riedel, foto a destra). Questo potrebbe avviare il motore da solo fino a 2000 giri / min. A 500-1000 giri / min il pilota inserisce l'accensione. Ora la combustione iniziale ha contribuito a far girare ulteriormente il motore, fino a 5000 giri / min, quando il motore a pistoni si sarebbe disaccoppiato. Quindi il pilota potrebbe far avanzare lentamente le manette fino a 8700 giri / min, il massimo.

Cosa potrebbe andare storto? Molto:

  • Il motore a pistoni non si disaccoppia.

  • Flusso di carburante insufficiente, quindi il motore non accelera . A basse temperature, le pompe del carburante dovevano essere accese, ma solo fino a 3000 giri / min.

  • L'accensione non si avviava abbastanza presto. Quindi il motore rotante fornirebbe carburante alla camera di combustione, dove si raccoglierebbe e verrebbe soffiato nella carenatura del motore posteriore. Quando la combustione è iniziata, anche il carburante raccolto bruciava, provocando un incendio del motore.

  • Il pilota avrebbe fatto avanzare le manette troppo rapidamente. Ciò fornirebbe troppo carburante alla camera di combustione e riscalderebbe la turbina oltre il suo limite. Solo con il flusso d'aria più elevato vicino alla velocità di progetto è possibile bloccare l'acceleratore. -

L'altra procedura di avviamento è quella dei J-58 nell'SR-71, che era notevolmente simile. Solo che il motore di avviamento era molto più grande e non faceva parte del motore: era un design personalizzato di due Buick 455 V-8 sintonizzati, accoppiati su un carrello e azionanti un albero di trasmissione verticale che guidava il motore da una porta sotto la navicella del motore. Per avviare l'accensione, è stato iniettato un composto speciale chiamato trietilborano, perché il freddo JP-7 (il carburante speciale per i J-58) non si sarebbe acceso da solo. Una volta che il motore poteva sostenersi da solo, il carrello veniva disinnestato. Starter engine cart for SR-71s

I motori Buick si guastavano frequentemente e in seguito furono sostituiti da due grandi blocchi Chevy. Inoltre, i motori potrebbero essere avviati con aria pressurizzata. Vedi questo link per ulteriori informazioni.

Cos'altro potrebbe andare storto? Anche questo elenco è abbastanza simile ...

Quindi, avvii Jumo 004 con un tiro, proprio come il tuo tosaerba? È fantastico!
@FreeMan: Sì, il motore Riedel della Jumo non era molto diverso da un motore per tosaerba.
#5
+2
tj1000
2018-04-26 03:39:27 UTC
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Per l'avvio di una turbina molto semplice, senza FADEC o controllo del computer, ecco un video di un elicottero a turbina Mosquito XET avviato.

Accelerare al 50%, quindi ridurlo al minimo.

Innestare il motorino di avviamento.

Al 17% del regime, accendere l'accenditore.

Al 30% RPM, accendi il carburante ... il rombo indica che il bruciatore si è acceso.

Al 50%, spegni lo starter.

Al 70%, spegni l'accenditore.

Al 100%, è pronto a volare.

Il Mosquito utilizza una turbina a gas solare da 90 hp originariamente realizzata per generatori di riserva, motivo per cui l'intero pacchetto è (relativamente) poco costoso: circa $ 65k-70k per un elicottero alimentato a turbina.

Alcuni assemblaggi richiesti ...

#6
+1
Swampy
2019-04-16 13:48:39 UTC
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C'è anche l'iterazione della trasmissione a cardano dell'avviamento dei motori. Dato che un tempo serviva la tecnologia su Tornado, non posso iniziare a dirti quanto sia frustrante questo sistema!

Un'APU aziona un cambio, che ha un generatore, una pompa idraulica e un albero di uscita al motore per avviarlo. È anche accoppiato ad un altro cambio sul motore no2 tramite un albero, che ha anche una pompa idraulica, un generatore e un albero di uscita. Quindi l'APU o entrambi i motori possono funzionare o entrambi i cambi e avviare uno o entrambi i motori!

Sentiti al sicuro condividendone il funzionamento ora che l'aereo è comunque fuori servizio nel Regno Unito;)

http://www.tornado-data.com/Tid/systems/common/secondary_power_system.htm



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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