مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس)

الثلاثاء 26 يناير 2010, 1:19 pm

مقدمة

1. ينبغي وجود نظامين منفصلين للبدء؛ للتأكد من أن المحرك التوربيني الغازي أو "Gas Turbine Engine" سيبدأ العمل بشكل مُرْضٍ...

أولاً.. يجب الاحتياط لدوران كل من الضاغط أو "The Compressor" والتوربينة أو "The Turbine" حتى يصلا للسرعة التي يمر عندها هواء كافٍ نحو منظومة الاحتراق أو "Combustion System" ليختلط بالوقود الخارج من فوهات رش الوقود أو "Fuel Spray Nozzles"...

وثانياً.. يجب الاحتياط لاشتعال خليط الهواء مع الوقود أو "Air/Fuel Mixture" في منظومة الاحتراق...

ويجب أن يعمل هذان النظامان المذكوران للبدء معاً في وقت واحد، أثناء إدارة المحرك، مع وجوب بقاء إمكانية إدارة المحرك بلا إشعال أيضاً؛ لأغراض فحوصات الصيانة، فلا تعود منظومة الإشعال أو "Ignition System" للعمل إلا عند الطيران...

2. ويتم تنسيق أداء كلا النظامين لوظيفتهما أثناء دورة بدء أو "Starting Cycle"، ويتم التحكم في عملهما آلياً فيما بعدَ بدايةِ هذه الدورة بواسطة دائرة كهربية...

وفي الصورة التالية تسلسل نموذجي للأحداث التي تتم أثناء بداية المحرك التوربيني النفاث..

أو "A Typical Sequence of Events during the Start of a Turbo-jet Engine"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig1px4

طُرُقُ بدء المحركات النفاثة [1]

3. إن خطوات البدء لجميع المحركات النفاثة متشابهة في أساس عملها، ولكن يمكن تحقيقها بطرق متنوعة...

ويختلف النوع ومصدر الطاقة لباديء الحركة أو "Starter"، تبعاً لمتطلبات المحرك والطائرة نفسها...

فيستخدم البعض الطاقة الكهربية لبدء إدارة المحركات النفاثة، ويستخدم آخرون غازاً معيناً أو هواءً، أو الضغط الهيدروليكي، ولكل من تلك الطرق مميزاتها؛ فعلى سبيل المثال.. تحتاج الطائرة الحربية لأن يبدأ المحرك في أقل وقت ممكن، وأن تستقل تماماً ــ متى تيسر ــ عن أي تجهيزات خارجية، بينما تحتاج طائرات الركاب أو طائرات الشحن التجارية أن يبدأ محركها بأقل إزعاج للركاب، وبأكثر الوسائل اقتصاداً...

فأيُّما نظام يُستخدَم.. نجد أهمية قصوى لتحديد غرض استخدامه، ومدى الاعتمادية عليه لتحقيق هذا الغرض...

4. ويجب أن يُخْرِجَ محرك أو موتور بدء الحركة أو "Starter Motor" عزماً مرتفعاً، ويقوم بتوصيله إلى الأجزاء الدوارة للمحرك، بوسيلة توفر تسارعاً سَلِساً، من السكون حتى السرعة التيطُرُقُ بدء المحركات النفاثة [2]

1 ــ كهربياً "Electrically"

● الوصف والتركيب

5. عادةً ما يكون باديء الحركة الكهربي أو "The Electric Starter" محركاً أو موتوراً كهربياً يعمل بواسطة التيار المستمر أو "Direct Current [DC] Electric Motor"، ويتم ربط هذا الموتور الكهربي بالمحرك عن طريق آلية ترس تخفيض وسَقَّاطَة أو "Reduction Gear and Ratchet Mechanism"، أو عن طريق قابض أو "Clutch" ينفصل آلياً بوصول المحرك إلى سرعة يعتمد فيها على نفسه في الحركة...

وفي الصورة التالية باديء حركة كهربي..

أو "An Electric Starter"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig2rw0

● طريقة العمل

6. ربما كانت وسيلة الإمداد بالتيار الكهربي أو "The Electrical Supply" ذات جهد عالٍ أو منخفض، وتَمُرّ عبر منظومة من المُرَحِّلات والمقاومات الكهربية أو "Relays and Resistances"؛ لتسمح لكامل الجهد الكهربي أن يتزايد تدريجياً بزيادة سرعة بادئ الحركة أو "The Starter"، كما توفر كذلك الطاقة اللازمة لتشغيل منظومة الإشعال بالمحرك النفاث...

وتُلغَى وسيلة الإمداد بالتيار الكهربي هذه آلياً عندما يقل حِمْل باديء الحركة أو "The Starter Load" بعد بدء دوران المحرك بنفسه بشكل مُرْضٍ، أو عندما تكتمل دورة التوقيت أو "The Time Cycle"...

وفي الصورة التالية منظومة نموذجية لبدء الحركة كهربياً..

أو "A Typical Electrical Starting System"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig3rg5

2 ــ بواسطة عُبُوَّة مضغوطة أو (خرطوشة) "Cartridge"

● المُميزات

7. أحياناً ما تُستخدَم عُبُوَّة مضغوطة أو (خرطوشة) في المحركات الحربية، وتوفر وسيلة سريعة ومستقلة للبدء...

● الوصف والتركيب

باديء الحركة في هذه الطريقة هو أساساً عبارة عن توربينة دفع صغيرة أو "Impulse-type Turbine" تقودها غازاتٌ عالية السرعة من عُبُوَّة أو (خرطوشة) احتراق...

وفي الصورة التالية باديء حركة ثلاثي الخلفية..

أو "A Triple-breech Starter"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig4gq3

● طريقة العمل

تمر القدرة الخارجة من التوربينة خلال ترس تخفيض وآلية فصل ذاتية الحركة لتدوير المحرك...

ويبدأ مُفَجِّر كهربيُّ الإشعالِ أو "ُElectrically Fired Detonator" إشعالَ شحنة العُبُوَّة أو (الخرطوشة)...

● العيوب

لَمَّا كانت شحنةٌ من مادة شبيهة بالبارود اسمها كورْدَيِت أو "Cordite" هي ما يوفر وسيلة الإمداد بالطاقة لهذا النوع من بادئات الحركة، فإن مقدار الشحنة المطلوبة قد يَحُدُّ مِن استخدام بادئات الحركة ذات العُبُوَّة أو (الخرطوش)...

3 ــ بواسطة نترات – الأيزو – بروبيل " Iso-propyl-nitrate "

● المُميزات

8. يوفر هذا النوع من بادئات الحركة طاقة خَرْج عالية، ويتميز بخصائص بدء سريعة...

● الوصف والتركيب

هو عبارة عن توربينة تنقل القدرة إلى المحرك من خلال ترس تخفيض، حيث تدور هذه التوربينة بواسطة غازات ذات ضغط عالٍ؛ تلك الناتجة من احتراق نترات – الأيزو – بروبيل...

وفي الصورة التالية منظومة بدء حركة بواسطة نترات – الأيزو – بروبيل..

أو "An Iso-propyl-nitrate Starting System"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig5yl2

● طريقة العمل

يُرَش هذا الوقود ــ نترات – الأيزو – بروبيل ــ نحو غرفة احتراق أو "Combustion Chamber"، والتي تُشَكِّل جزءً من باديء الحركة، وتشتعل هناك كهربياً ــ في غرفة الاحتراق المذكورة ــ بواسطة منظومة إشعال ذات طاقة مرتفعة أو "High-energy Ignition System"...

وتُمِد مضخةٌ غرفةَ الاحتراقِ بالوقود من خَزَّان أو "Storage Tank"، وتقوم مضخة هواء أخرى بتنظيف غرفة احتراق باديء الحركة من الأدخنة قبل كل بداية للمحرك...

ويتم التحكم كهربياً في تشغيل كل من مضخات الوقود والهواء، ومنظومات الإشعال، وإلغاء الدائرة ــ بعد انتفاء الحاجة إليها ــ بواسطة مُرَحِّلات أو "Relays" ومفاتيح توقيت أو "Time Switches"...

4 ــ بواسطة الهواء "Air Starting"

● المُميزات

9. يُستخدَم البدء بواسطة الهواء في معظم محركات طائرات الركاب والطائرات التجارية، وفي بعض المحركات الحربية النفاثة...

وتتميز هذه الطريقة على طُرُق البدء الأخرى للمحركات النفاثة بمميزات عديدة؛ فتمتاز بخفة الوزن مقارنةً بالطرق الأخرى، كما أنها بسيطة واقتصادية للتشغيل...

● الوصف والتركيب وطريقة العمل

10. ينقل باديء الحركة الهوائي أو "Air Starter Motor" القدرة إلى العمود الخارج منه والمتصل بالمحرك؛ وذلك بواسطة ترس تخفيض وقابض...

وفي الصورة التالية باديء حركة نموذجي يعمل بواسطة الهواء..

أو "A Typical Air Starter Motor"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig6bf2

11. وتدور توربينة باديء الحركة بواسطة هواء مأخوذ من مصدر خارجي للإمداد على الأرض؛ إما أن يكون مصدره وحدة قدرة إضافية أو "Auxiliary Power Unit [APU]"، أو على هيئة تيار متعارض أو "Cross-feed" من محرك دائر آخر...

ويتم التحكم كهربياً في مصدر الإمداد بالهواء، إلى جانب صمام تقليل للضغط أو "Pressure Reducing Valve" يُفتَح عند القيام ببدء المحرك، وينغلق آلياً عند وصول باديء الحركة إلى سرعةٍ محددة سلفاً...

كما ينفصل القابض آلياً أيضاً بتسارع المحرك حتى سرعة الدوران الخاملة أو (اللاحِمْل) أو "Idling r.p.m"، وينقطع عندئذ دوران باديء الحركة...

وفي الصورة التالية منظومة نموذجية لبدء الحركة بواسطة الهواء..

أو "A Typical Air Starting System"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig7ix3

● حالة خاصة

12. أحياناً ما يُزوَّد المحرك بباديء حركة احتراقيّ أو "Combustor Starter"، مُندمجا في باديء حركة هوائي؛ لإمداده بالطاقة عند عدم توفر مصدر خارجي للإمداد بالهواء...

وتوجد غرفة احتراق صغيرة في وحدة باديء الحركة، يُستعمَل فيها هواء ذي ضغط عالٍ من خزان مُرَكَّب على الطائرة، ووقود من منظومة وقود المحرك...

وتقوم صمامات تحكم أو "Control Valves" بضبط وسيلة الإمداد بالهواء أو "The Air Supply" التي تضغط مُرَكِّم الوقود أو "Fuel Accumulator" لتحقيق ضغط كافٍ للوقود من أجل تذريته أو "Atomization"، كما تُنَشِّط وسيلة الإمداد بالهواء هذه منظومة الإشعال المستمر أو "The Continuous Ignition System"...

ويشتعل خليط الوقود والهواء في غرفة الاحتراق، ويتم توجيه الغاز الناتج نحو توربينة باديء الحركة الهوائي...

وتقوم دائرة كهربية بإغلاق وسيلة الإمداد بالهواء عند اكتمال دورة البدء، والتي تُنهي بدورها منظومات الوقود والإشعال...

13. ولا تُزوَّد بعض المحركات التوربينية النفاثة ببادئات حركة أو "Starter Motors"، ولكنها ــ أي المحركات ــ تَستخدِم اصطدام الهواء أو "Air Impingement" نحو ريشات التوربينة أو "Turbine Blades" كوسيلة لتدوير المحرك...

ويتم الحصول على الهواء اللازم لتدوير توربينة المحرك من مصدر خارجي، أو ــ كما ذكرنا آنفاً ــ من محرك دائر آخر، ويتم توجيه ذلك الهواء خلال صمامات عديمة الارتداد أو صمامات لا رجوعية أو "Non-return Valves" وفوهات أو "Nozzles" نحو ريشات التوربينة...

وفي الصورة التالية طريقة نموذجية لبدء الحركة بواسطة اصطدام الهواء..

أو "A Typical Method of Air Impingement Starting"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig8cn9

5 ــ بواسطة توربينة غازية "Gas Turbine"

● المُميزات

14. يُستخدَم باديء الحركة التوربيني الغازي أو "Gas Turbine Starter" في بعض المحركات النفاثة، ويعتمد على نفسه اعتماداً كاملاً؛ فلديه منظومة وقود وإشعال، ومنظومة بدء ــ و التي عادة ما تكون كهربية أو هيدروليكية ــ كما يحتوي على منظومة تزييت أو "Oil System" خاصة به...

وهذا النوع من بادئات الحركة اقتصادي للتشغيل، كما يُخرِج طاقة عالية بالمقارنة بوزنه المنخفض...

● التركيب

15. يتكون باديء الحركة هذا من:

1 - توربينة غازية صغيرة مُدمَجة ــ عادةً ما تتكون من ضاغط يعمل بالطرد المركزي تقوده توربينة أو "Turbine-driven Centrifugal Compressor" ــ ..

2 - منظومة احتراق عكسية التدفق

أو "Reverse Flow Combustion System"..

3 - توربينة مستقلة ميكانيكياً غير مُقيَّدة القدرة

أو "Mechanically Independent Free-power Turbine"...

● الوصف

تتصل تلك التوربينة المستقلة ميكانيكياً غير مُقيَّدة القدرة بالمحرك الأساسي بواسطة ترس تخفيض كوكبي ذي مرحلتين أو " Two-stage Epicyclic Reduction Gear"، وقابض آلي أو "Automatic Clutch" وعمود خَرْج أو "Output Shaft"...

وفي الصورة التالية باديء حركة توربيني غازي نموذجي..

أو "A Typical Gas Turbine Starter"...

مباديء وطرق بدء الحركة في المحركات النفاثة من (رولز رويس) Fig9yb0

● طريقة العمل

16. عند بداية دورة البدء أو "The Starting Cycle" يتم تدوير باديء الحركة التوربيني الغازي بواسطة باديء حركته الخاص، حتى يصل إلى سرعة يعتمد فيها على نفسه في الحركة، وعندئذ تُطفَأ كلا منظومتي بدئه وإشعاله آلياً...

وبعدئذ.. يستمر تسارع باديء الحركة التوربيني الغازي في الازدياد حتى سرعة مُتحَكَّم فيها تبلغ تقريباً 60.000 لفة في الدقيقة...

وفي ذات الوقت وأثناء تسارع باديء الحركة التوربيني الغازي، يتم توجيه غازات العادم نحو تلك التوربينة غير مُقيَّدة القدرة بواسطة ريشات دليل الفوهة أو "Nozzle Guide Vanes"؛ وذلك لإمداد المحرك الأساسي بالحركة...

وما أن يصل المحرك الأساسي إلى السرعة التي يعتمد فيها على نفسه في الحركة، حتى يشتعل صمام قاطع للتيار أو "Cut-out Switch" مُغلِقاً باديء الحركة التوربيني الغازي...

وبتباطؤ باديء الحركة.. ينفصل القابض آلياً عن عمود الخَرْج، ويتسارع المحرك الأساسي بقدرته الخاصة حتى السرعة الخاملة أو "Idling r.p.m"...

6 ــ هيدروليكياً "Hydraulically"

● الوصف

17. يُستخدَم البدء الهيدروليكي لبدء بعض المحركات النفاثة الصغيرة...

وفي غالب التطبيقات.. تُستخدَم واحدة من المضخات الهيدروليكية المُرَكَّبة أصلاً على المحرك، وتُعرَف عندئذ بمضخةباديء الحركة أو "Pump/Starter"، بالرغم من أن تطبيقات أخرى ربما تستخدم محركاً هيدروليكياً منفصلاً...

● طريقة العمل

ربما تنوعت طُرُق نقل العزم للمحرك من باديء الحركة، ولكنْ ينبغي أن يتضمن النظام النموذجي مجموعة ترس تخفيض وقابض...

وتزوِّد وحدة أرضية للإمداد مضخةباديء الحركة بالضغط الهيدروليكي المنتِج للقدرة اللازمة لإدارتها، وتنتقل تلك القدرة الناتجة للمحرك عبر ترس التخفيض والقابض...

● المُميزات

يتم التحكم في منظومة بدء الحركة بواسطة دائرة كهربية، تُشَغِّل أيضاً الصمامات الهيدروليكية؛ وبذلك تعمل مضخةباديء الحركة كمضخة هيدروليكية عادية، عند انتهاء دورة البدء...

يوفِّر عندها تدفقُ الغاز عبر المحرك قدرةً كافية لتوربينة المحرك لتتسلم زمام الأمور...