دانلود مقاله استارت موتور های جت و توربینی

استارت موتورهای جت وتوربینی
برای روشن شدن یک موتور توربینی یقینا به یک آغازگر و راه انداز نیاز میباشد همانطور که برای روشن شدن یک موتور پیستونی نیاز است.

ولی بین استارت یک موتور پیستونی و یک موتور توربینی تفاوت زیادی وجود دارد که به تعدادی از
آنها اشاره میکنم:
یک تفاوت اساسی استارت موتورهای جت با استارت موتورهای پیستونی در این است که در موتورهای پیستونی بیشترین فشار و بار وارد بر روی استارت در لحظات اول است و آن به دلیل این است که در این موتورها کافی است میل لنگ با دور متوسطی بچرخد و پیستون ها بتوانند هوا را به اندازه کمپرس کنند و موتور با قدرت خود به کار ادامه دهد.

و چنانچه استارت در این موتورها خراب شود میتوان آنرا به طرق دیگر روشن کرد .

یعنی استارت در این موتورها ارزش حیاتی پایینی دارد چون میتوان با هل دادن یک ماشین آنرا روشن کرد.
و اما در موتورهای توربینی استارت از اهمیت بسیار بالایی برخوردار میباشد بطوریکه به هیچ وجه نمیتوان این موتورها را بدون داشتن یک استارت بکار گرفت.

نکته ی مهم اینجاست که در موتورهای جت برخلاف موتورهای پیستونی بیشترین فشار و بار بر استارت قبل از قطع جرقه، زمانی است که بار وارد بر کمپرسور افزایش میابد.

تفاوت اساسی دیگر که در ظاهر خود را نشان میدهد مدت زمان استارت خوردن است.در موتورهای پیستونی مدت زمان استاندارد استارت خوردن حدود 1.8 ثانیه است و در موتورهای سرحال این مقدار کمتر نیز هست که البته در مورد موتورهای قدیمی بحث نمیکنم.

این درحالی است که مقدار زمان لازم برای استارت خوردن یک موتور توربینی معمولی با قدرت نسبی hp 120 حدود 100 ثانیه است.

البته این زمان در هر موتوری متفاوت است ولی موتور هر چه قدر کوچکتر باشد به زمان کمتری احتیاج دارد و برعکس.

هدف از سیستم استارت شتاب دادن به موتوراست تا لحظه ای که توربین ها بتوانند قدرت کافی برای ادامه ی سیکل کاری موتور را تهیه کنند.

به این نقطه از سرعت توربین ها "سرعت خودکفایی" میگویند.

استارترها انواع مختلفی را دارند ولی همان طور که گفته شد هدف همه ی استارترها یکی است و آن رساندن دور موتور به سرعت خودکفایی و در موتورهای بدون توربین رساندن موتور به نقطه ی خودکفایی است.

تهیه، انتخاب یا استفاده از استارت ها به عواملی بستگی دارد که در زیر به آنها اشاره کردم.
یکی زمان استارت است که در هواپیماهای جنگی بسیار مهم است و حتی پس از رسیدن موتور به دور هرزگرد درجه حرارت گازهای اگزوز بالا میرود ولی پس از اینکه دور به 40% Max رسید درجه حرارت گازهای اگزوز باید پایین بیاید، در غیر اینصورت خلبان باید موتور را خاموش کند تا اشکال آن برطرف گردد.علت بالا رفتن درجه حرارت اگزوز در حین استارت زدن عدم وجود هوای خنک کننده بخاطر کم بودن دور کمپرسور است.

زمانی که استارت زده میشود شمع ها قبل از ورود سوخت به محفظه ی احتراق شروع به جرقه زدن میکنند.

چون اگر مانند موتورهای پیستونی اول مخلوط هوا و سوخت وارد شود ممکن است به"Hot start" بینجامد.

به این نقطه از سرعت توربین ها "سرعت خودکفایی" میگویند.

تهیه، انتخاب یا استفاده از استارت ها به عواملی بستگی دارد که در زیر به آنها اشاره کردم.

یکی زمان استارت است که در هواپیماهای جنگی بسیار مهم است و حتی پس از رسیدن موتور به دور هرزگرد درجه حرارت گازهای اگزوز بالا میرود ولی پس از اینکه دور به 40% Max رسید درجه حرارت گازهای اگزوز باید پایین بیاید، در غیر اینصورت خلبان باید موتور را خاموش کند تا اشکال آن برطرف گردد.علت بالا رفتن درجه حرارت اگزوز در حین استارت زدن عدم وجود هوای خنک کننده بخاطر کم بودن دور کمپرسور است.

چون اگر مانند موتورهای پیستونی اول مخلوط هوا و سوخت وارد شود ممکن است به"Hot start" بینجامد.

Hot start استارتی است که در آن حرارت گازهای اگزوز از حد مجاز تجاوز میکند.

چنانچه در زمان استارت زدن موتور روشن نشود، سوخت نسبتا زیادی (در موتورهای بزرگ) وارد محفظه ی احتراق میگردد.

در اینحالت اگر دوباره استارت زده شود میتواند منجر به Hot start شود.

برای جلوگیری از Hot start سیستمی کار گذاشته است که سیستم تخلیه یا Drain نامیده میشود و چنانچه موتور در استارتهای اولیه روشن نشود این سیستم سوخت داخل محفظه ی احتراق را تخلیه میکند.

عامل دیگر امکان دسترسی به نیروی محرکه ی استارت است.

حتی موتورهای جت کوچک مقدار جریان الکتریسیته ی زیادی برای روشن شدن احتیاج دارند.

به همین نسبت موتورهای بزرگتر نیرویی بیشتر برای روشن شدن احتیاج دارند.

بعضی از استارتها از جهت نیروی محرکه خودکفا هستند.

به این صورت که اکثر هواپیماهای جت انرژی لازمه استارت (دور بالای موتور) را از موتورهای جت کوچکتری که برق تولید میکنند میگیرند.

یا ممکن است قدرت لازم برای استارت در یک هواپیمای چند موتوره از یک موتور که روشن است گرفته شود تا بقیه ی موتورها روشن شوند ، در چنین حالتی میتوان یکی از موتورهای هواپیما را با یکی از انواع استارتها روشن کرد سپس بقیه موتورها را با نیروی این موتور روشن کرد.

سومین عامل مواردی است از قبیل وزن مخصوص (نسبت وزن به گشتاور یا قدرت تولیدی)، سادگی، قابلیت اطمینان، قیمت و قابلیت تعمیر مجدد.

انواع استارت برای موتورهای توربینی عبارتند از: 1.

استارت الکتریکی 2.

استارت الکتریکی که بعد از استارت زدن آلترناتور شود 3.

استارت فشنگی یا استارت با سوخت جامد 4.

استارت بادی 5.

استارت با احتراق هوا و سوخت 6.

استارتر با موتور هیدرولیکی 7.

استارت دستی یا هندلی 8.

استارتر با سوخت یک پایه چون پرداختن به توضیح تمام استارتها هم وقت گیر و هم حجیم است به اصلی ترین استارتها میپردازم و درمورد بقیه توضیح کوتاهی میدهم .

چنانچه در مورد هر کدام سوال داشتید یا توضیح بیشتری خواستید آنرا در بخش نظرات بیان کنید.

تصویر یک استارت الکتریکی میکروجت ستارت الکتریکی منبع این نوع استارت همان طور که از نامش پیداست موتور الکتریکی است.

موتور الکتریکی که در این نوع موتورها استفاده میشود دارای RPM زیادی میباشد.RPM در حالت کلی به معنای تعداد دور در دقیقه میباشد و این یکایی است که برای نشان دادن دور موتورها چه پیستونی و چه توربینی به کار برده میشود.

قدرت این استارت برای گرداندن کمپرسور صرف می شود تا کمپرسور هوا را به میزان لازم کمپرس کرده و به محفظه ی احتراق بفرستد.

چنانچه در استارت یک موتور توربینی قدرت و سرعت کافی موجود نباشد RPM موتور در هنگام استارت کم خواهد بود و چون دور کمپرسور کم است آن مقدار که باید هوا را فشرده کند نمیکند لذا به سرعت خودکفایی نمیرسد و موتور روشن نمیشود (راه نمی افتد).

برخلاف استارت موتورهای پیستونی که پس از روشن شدن موتور از مدار اتصال به فلایویل توسط اتومات استارت جدا میشود، در این نوع از استارت موتورهای توربینی استارت تا رساندن RPM موتور به اندازه ی RPM حالت خودکفایی کار میکند.

این نوع استارت توان مصرفی بسیار بالایی دارد بطوریکه بر صفحات باطریها فشار بسیاری وارد میکند لذا از این استارت در موتورهای توربینی که تعداد توربین کمتری دارند استفاده میشود.

از این استارت در بیشتر موتورهایی که کاربرد صنعتی دارند به عنوان بهترین استارت استفاده میشود.

شمایل نمای داخلی یک موتور که یک استارت الکتریکی بر روی آن با واسطه ی تغییر گشتاور نصب شده است.

استارت فشنگی بکار رفته در موتور t58 استارت فشنگی این استارت یک استوانه فشنگی شکل است که درون آن ماده ی انفجاری که ازدیاد حجم و انبساط زیادی مینماید قرار میدهند.

این استارت در قسمت قبل از کمپرسور نصب میشود، مانند آنچه در شکل زیر دیده میشود.

تصویر زیر یک استارت فشنگی را بطور جدا از موتور نشان میدهد.

استارت بادی در این نوع استارت هوای کمپرس شده در مخزن اکسیژن که معمولا مایع میباشد همزمان با سوخت به داخل محفظه ی احتراق تزریق و محترق شده که باعث حرکت سریع توربینها میشود و بعد از دور خودکفایی سیکل کاری توسط خود موتور انجام میشود.

متاسفانه به دلیل استفاده و کاربرد غلط از نام " استارت بادی" از آن تعابیر مختلفی میشود مانند: استارت بادی استارتی است که هوا را با سرعت به توربینها ( یا کمپرسورها) میزند و آنها را به گردش در می آورد که با تحقیق مطلع شدم که این تعبیر از استارت بادی در واقع استارتی است به نام استارت هیدرولیکی و در کل اینکه به نام بعضی از آنها زیاد توجه نکنید، فقط طریقه ی کار و عملکرد آنها را خوب به خاطر بسپارید چون زمانی برایتان لازم میشود.

سایر استارتها استارت با احتراق هوا و سوخت در موتورهایی بکار میرود که از سوخت های مخصوصی استفاده میکنند و در این نوع استارت موتور با اینحالت که در حال سیکل عادی است کار میکند و نمونه ی استفاده از این نوع استارت میکروجتی است که از سوخت گازی استفاده میکند.

در استارت با موتور هیدرولیکی نیز هوای کمپرس شده توسط موتور هیدرولیکی به داخل محفظه ی احتراق راه میابد و در استارت هندلی نیز یک هندل با واسطه ی تغییر گشتاور به شفت اصلی متصل میشود و کمپرسور را به حرکت در می آورد.

تصویر زیر یک استارتر هیدرولیکی خیلی کوچک و دست ساز را نشان میدهد که شامل یک موتور الکتریکی و یک توربین گریز از مرکز دقیقا مشابه کمپرسور گریز از مرکز میباشد و از توربین کمپرسور ساخته شده است که لوله ی خروجی آن به ورودی موتوری که قرار روشن شود وصل میشود.

استارت الکتریکی هم که کاربرد زیادی در بین موتورهای صنعتی دارد اینطور است که بعد از استارت به حالت آلترناتور تغییر میکند و با نیروی موتور برق تولید میکند.استارتهایی هم وجود دارند که با تزریق سوختی مخصوص مانند هیدروژن روشن میشوند و بعد از استارت از سوخت عادی استفاده میکنند.

استارتهایی که امروزه بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند شامل استارتهای زمینی برای هواپیماها میباشند که به چند طریق عمل میکنند.

یکدسته مانند استارتهای هیدرولیکی عمل می کنند و دسته ی دیگر شامل یک موتور جت کوچک تولید کننده ی برق میباشند که برق تولیدی آنها در استارت الکتریکی موتور اصلی استفاده میشود.

در بعضی هواپیما ها نیز از یک موتور جت کوچک و مجزا استفاده میشود که خودش با استارت الکتریکی روشن شده و با نیروی شفت خود یا با برق تولیدی خود سایر موتورهای اصلی را روشن میکند.

این هم تصویر نمای داخلی یک موتور است که متعلق به تولید کننده ی BMWاست و اگر دقت کنید میبینید که این موتور دارای استارت دستی (هندلی)است.

به خاطر بسپارید که کلید ساخت یک موتور جت در استارت آن است.

اگر استارت موتور شما خوب نباشد یا درست عمل نکند شما به هیچ وجه قادر به روشن کردن موتورتان نخواهید بود و دلیل آن در این است که نیروی لازم برای سیکل کاری توسط استارت تامین میشود.

سیکل کاری و انواع موتورهای توربین گازی جت بیشتر هواپیماهای مدرن امروزی جهت تولید نیروی تراست لازم برای حرکت، از موتورهای توربین گازی استفاده میکنند.

اصطلاح "Gas Turbine" به عنوان یک واژه ی عمومی برای انواع موتورهای توربینی مورد استفاده قرار میگیرد و در محدوده ی موتورهای جت شامل: توربوجت، توربوفن، توربوپراپ، توربوشفت و کلیه موتورهای توربینی که با مکانیزم جت کار میکنند میشود.

از سایر سیستم های پیشرانشی که با شتاب سیال، تراست تولید میکنند ولی توربینی نیستند میتوان به: رمجت، اسکرمجت، پالس جت، پرشرجت، واترجت و موتورهای راکتی اشاره کرد که هر کدام با مکانیزم و اصولی جدا کار میکنند و ساختمانی متفاوت از یکدیگر دارند.

موتورهای توربینی گونه های مختلفی دارند و با وجود اینکه هر یک از آنها متفاوت از دیگری است اما دارای قسمتهای مشترکی هستند.

همه ی موتورهای توربینی دارای یک مجرای ورود هوا، یک کمپرسور یا متراکم کننده، یک بخش احتراق، یک توربین و یک مجرای خروجی هستند.

همه ی این موتورها با یک اصول اساسی کار میکنند ولی هر کدام از آنها دارای مزایا و اشکالات مجزایی هستند.

در بالا شکل بسیار ساده ای از یک موتور توربین گازی مشاهده میشود.

همه موتورهای توربینی جت با این قاعده کار میکنند :هوا به داخل لوله مانندی کشیده و فشرده شده، با سوخت مخلوط و سوخته شده با سرعت بالایی خارج میشود.

کلید ساختن یک موتور جتی که کار کند در فشرده سازی هوای ورودی آن است.

چنانچه کمپرس صورت نگیرد، مخلوط هوا و سوخت قادر نخواهد بود هیچ ازدیاد حجم و تراستی تولید کند.

بیشتر جت ها دارای کمپرسوری هستند شامل پره های گردنده و در قسمتی که کمپرس صورت میگیرد حرکت هوا جهت ایجاد فشار زیاد، کند میشود.

این هوای کمپرس شده به داخل محفظه ای که در آن احتراق صورت میگیرد رانده شده و با سوخت مخلوط شده و سوزانده میشود.

در حین اینکه گازهای پرفشار در حال خارج شدن هستند از میان توربینی شامل پره های قوس دار زیادی میگذرند.

در اینجا گازهای خروجی پره های توربین را به حرکت در می آورند و این توربین نیز از طریق یک شفت (محور) به کمپرسور در قسمت جلوی موتور متصل است و باعث گرداندن پره های کمپرسور میشود.

به این طریق گازهای خروجی محفظه ی احتراق، توربین را و توربین نیز کمپرسور را گردانده تا هوای بیشتری گرفته و فشرده شود و موتور به سیکل کاری خود ادامه دهد.

کارکرد موتورهای توربینی مداوم است یعنی بدون وقفه کار میکنند و هیچ وقفه ای ندارند.

انواع موتورهای جت توربینی توربوجت توربوجت اولین و ساده ترین شکل از یک موتور جت جهت تولید تراست است.

همانطوری که در تصویر شماتیک آن دیده می شود دارای کمپرسور، محفظه ی احتراق، توربین و سایر قسمت های استاندارد یک موتور توربین گازی میباشد.

تفاوت بارزی که بین یک توربوجت و یک موتور توربین گازی ساده وجود دارد در کمپرسور توربوجت است که دارای ضریب تراکم بسیار بالاتری نسبت به یک توربین گاز ساده است.

تفاوت اساسی دیگر در توربین آن است که در توربوجت توربین تنها به کمپرسور متصل است و تنها میزان بسیار کمی از قدرت همان توربین جهت سایر موارد فرعی مانند پمپ ها استفاده میشود و در توربوجت پر انرژی بودن گازهای خروجی یک موضوع بسیار مهم و قابل توجه است، در حالی که در یک موتور توربین گازی به غیر از توربینی که به کمپرسور متصل است توربین دیگری نیز جدا از آن در قسمت خروجی محفظه ی احتراق قرار دارد که در واقع به شفت خروجی موتور متصل است و جهت استفاده در مواردی از قبیل تولید برق و سایر موارد مشابه مورد استفاده قرار میگیرد.

نکته ی قابل توجهی که در مورد موتورهای توربین گازی وجود دارد این است که از گازهای خروجی آنها هیچ استفاده ای نمیشود به همین جهت سعی میشود که تمام حرارت و انرژی قابل استفاده ی گازهای محترق قبل از خروج جهت بازدهی بیشتر گرفته شود.

نسبت سوخت به هوا در یک توربوجت خیلی کم است.

طبق خبرگذاری ناسا، بطور میانگین در یک توبوجت مقدار 100 pounds هوا در ثانیه با 2 pounds سوخت در ثانیه ترکیب میشود ولی این نسبت در هر موتوری متفاوت است.

توربوفن بسیاری از هواپیماهای مسافربری مدرن از موتور های توربوفن استفاده میکنند بخاطر اینکه آنها بازده بیشتری نسبت به سوخت دارند.

اگر میزان مصرف سوخت یک توربوجت با تورفن و میزان تراست تولیدی آنها را مقایسه کنید میبینید که توربوفن با همان میزان مصرف سوخت، مقدار تراست خیلی بیشتری تولید میکند.

یک موتور توربوفن شکل تغییریافته و پیشرفته ی یک موتور توربین گازی ساده است.

همانند سایر موتورهای جت، توربوفن هم دارای هسته ی موتوری توربوجت است.

در یک توربوفن مرکز موتور توسط یک لایه شامل یک فن در جلو و توربین اضافی درکنار آن احاطه شده است.

فن و توربین فن از تعداد زیادی تیغه همانند کمپرسور و توربین هسته تشکیل شده اند که به یک شفت اضافی متصل اند.

شفتی که به فن متصل است از وسط هسته ی شفت مرکزی عبور میکند و به این صورت اگر موتور دارای سه شفت باشد، فن جلویی به درونی ترین شفت و آن نیز به آخرین طبقه ی توربین در انتهای موتور (مرکز) متصل است.

توبوفن ها به دو دسته شامل توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین و با نسبت گذرگاهی بالا تقسیم میشوند.

دسته ی اول نسبتا کوچکتر هستند و مقداری بیشتر از یک توربوجت، تراست تولید میکنند ولی توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا، تراست خیلی بیشتری تولید میکنند و نسبت به سوخت کارآمد تر هستند و صدای کمتری تولید میکنند.

اصلی ترین هدف و وظیفه ی فن راندن مقدار زیادی هوا از میان گذرگاه خارجی است که از اطراف هسته ی موتور می گذرد.

با اینکه در این گذرگاه جانبی جریان هوا با سرعت خیلی کمتری جریان میابد، ولی حجم بالایی از هوا با این فن شتاب و سرعت میگیرند و این فن، به غیر از تراستی که هسته ی توربوجت دارد، تراست مهم و عمده ای را بدون سوزاندن هیچ سوخت اضافی تولید میکند.

بدینگونه توربوفن نسبت به توربوجت استفاده ی بیشتری از سوخت میکند، در نتیجه بازده آن بیشتر از توربوجت است.

در حقیقت موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی بالا در بازدهی تقریبا با توربوپراپ برابر هستند.

به علاوه، هوای کم سرعت باعث لایه گذاری صدای مرکز موتور میشود و موتور را کم صدا تر میکند.

فن به دلیل اینکه در میان داکت یا مجرای ورودی قرار گرفته است و از تعداد زیادی پره تشکیل شده است میتواند بطور کارآمد با سرعتی بیشتر از یک ملخ ساده کار کند.

به همین دلیل توربوفن ها در نقل و انتقالات پر سرعت به کار میروند ولی ملخ دارها در نقل و انتقالات سرعت پایین بکار میروند.

تعداد زیادی از هواپیماهای جنگنده از موتورهای توربوفن با نسبت گذرگاهی پایین مجهز شده به پس سوز استفاده میکنند.

آنها میتوانند بطور کارآمد به گشت زنی بپردازند و در جنگهای هوایی نیز، تراست خیلی بالایی دارند.

توربوپراپ بسیاری از هواپیماهای ترابری و پر مصرف کوچک از پیشرانش توربوپراپ استفاده میکنند.

موتورهای توربوپراپ از هسته ی یک موتور توربین گازی برای گرداندن ملخ استفاده میکنند.

موتورهای ملخ دار با حرکت دادن حجم بالایی از هوا و تغییر کمی در سرعت آن، تراست تولید میکنند.

این پیشرانشها بسیار کارآمد هستند و از هر نوع نیروی محرکه ای (موتور) برای به گردش در آوردن ملخ میتوانند استفاده کنند.

در پیشرانش توربوپراپ دو قسمت اصلی و برجسته وجود دارند؛ یکی موتور و دیگری ملخ یا پروانه.

هسته ی موتور در این نوع پیشرانش بسیار مشابه یک توربوجت ساده است، با این تفاوت که به جای رانش قوی گازهای خروجی به بیرون برای تولید تراست، بیشتر انرژی گازهای خروجی صرف گرداندن توربین میشود.

این قسمت در بیشتر موتورها شامل چند طبقه از توربینهای کاملا مجزا است که نیروی آنها از طریق یک شفت دیگر به جعبه دنده و بعد به ملخ انتقال میابد.

سرعت گازهای اگزوز در یک توربوپراپ پایین است و تراست کمی تولید میکند، چون بیشتر انرژی گازهای اگزوز صرف به گردش در آوردن توربین میشود.

بطور میانگین در یک توربوپراپ، تراست تولیدی توسط هسته ی جت حدود 15% است درحالی که تراست تولیدی توسط ملخ آن مقدار باقیمانده یعنی 85% است.

در تصور توربوفن و توبوپراپ مشابه یکدیگرند، اما توربوفن دقیقا خاصیت یک جت را داراست به این معنا که برای تولید تراست از گازهای خروجی استفاده میکند و همچنانکه در شکل مشاهده میشود یک داکت یا مجرا دارد و قسمت فن دارای نازل نیز میباشد، ولی توربوپراپ فقط از موتور جت استفاده میکند و تولید عمده ی، تراست توسط ملخ انجام میشود.

توربوپراپ از بازدهی بالاتری ازسوخت نسبت به توربوفن برخوردار است اما به هر حال صدا و ارتعاش تولیدی توسط ملخ توربوپراپ یک اشکال عمده است و از طرفی توربوپراپ به سرعت ساب سونیک محدود شده است.

توربوشفت توبوشفت گونه ای از موتورهای جت است که تقریبا تمام بالگرد هایی که امروزه ساخته میشوند، از آن نیرو میگیرند.

همانطور که در تصویر مشاهده میشود توربوشفت از بسیاری قسمتهای توربوجت استفاده میکند.

یک تفاوت اساسی بین توربوشفت و سایر موتورهایی که در بالا معرفی شدند این است که توربین تنها به کمپرسور متصل نیست.

البته همانند توربوپراپ در اکثر موتورهای توربوشفت چند طبقه از توربینهای مجزا از کمپرسور، وجود دارند که انرژی آنها از طریق شفتی مجزا به جعبه دنده جهت تغییر به گشتاور مناسب انتقال میابد و بعد مورد استفاده قرار میگیرد.

بطور نمونه تیغه های روتور بالگرد را میچرخاند.

از طرفی بالگردها در ارتفاعی بسیار پایین تر از هواپیماها جایی که گرد وخاک، ماسه و دیگر آشغالهای ریز به راحتی میتوانند به داخل موتور مکیده شوند، کار میکنند.

جهت برطرف کردن این مشکل، بیشتر موتورهای توربوشفت به یک دستگاه تجزیه ی ذره ها که جریان ورودی را صاف کرده و قبل از رسیدن آن به کمپرسور، گرد و خاک را بیرون میریزد، مجهزند.

منبع: www.Omran-sama.blogfa.com