Käynnistysjärjestelmä

Kaasuturbiinin käynnistysjärjestelmään kuuluu käynnistin ja sytytysjärjestelmä. Moottorin käynnistyminen edellyttää, että ahdin ja turbiini saadaan pyörimään riittävän suurella nopeudella, jotta ilmaa virtaa polttokammioon ja muodostuu kunnollinen polttoaine-ilmaseos.

Moottorin käynnistysvaiheessa kummatkin järjestelmät toimivat samanaikaisesti. Järjestelmien on toimittava myös eriaikaisesti. Käynnistimellä on voitava pyörittää moottoria ilman sytytystä. Samoin sytytysjärjestelmän on toimittava yksinään, esimerkiksi liekin palamisen varmistamiseksi, kun toimitaan vaikeissa olosuhteissa. Kaasuturbiinit käynnistetään yleensä siten, että käynnistimen teho siirretään apulaitevaihteistolle ja sieltä hammasvälityksen kautta pyörittämään ahdinta. Kaksiakselisissa ahtimissa käynnistin pyörittää korkeapaineahdinta.

Useissa käynnistysjärjestelmissä käynnistin kytkeytyy irti automaattisesti, kun moottori pyörii "itsekäymisnopeutta" suuremmalla nopeudella eli nopeus on sellainen, jossa turbiini tuottaa enemmän tehoa kuin ahdin vaatii pyöriäkseen. Jos moottoria ei käynnistysvaiheessa auteta riittävän suurelle pyörintänopeudelle, saattaa moottorin kiihtyminen tyhjäkäynnille loppua ja käynnistyksestä tulee ns. roikkukäynnistys, "hung start". Ellei pyörintänopeus nouse tyhjäkäynnille, on moottorin polttoaineensyöttö katkaistava ja käynnistys keskeytettävä. Syy epäonnistuneeseen käynnistymiseen on selvitettävä.

Jos käynnistyminen on hidas ja polttoainevirtausta yritetään lisätä, seurauksena on kuumakäynnistys, "hot start".

Käynnistyksen vaiheet

Käynnistettäessä moottoria on aina pyöritettävä jonkin aikaa "kylmiltään", ilman sytytysvirtaa, jotta moottoriin mahdollisesti jääneet palamiskelpoiset kaasut poistuvat eivätkä aiheuta räjähdystä moottorin sisällä. Sytytys kytketään päälle vähän ennen kuin polttoaineen syöttö moottoriin alkaa.

Sytytys päälle.
Polttoaineen syöttö päälle.
Polttoaine syttyy.
Moottori saavuttaa itsekäymiskierrokset.
Sytytys katkeaa.
Käynnistimen kytkin vapauttaa käynnistimen.
Moottori käy tyhjäkäyntiä.

EGT:n nousu ilmaisee palamisen alkaneen.
EGT:n huippuarvo
Tyhjäkäynnin EGT-arvo

Sähkökäynnistin

Sähkökäynnistin ei ole yleisin suihkumoottorien käynnistintyyppi, mutta niitä käytetään pienten moottoreitten, kuten APU- ja pienehköjen potkuriturbiinimoottoreitten käynnistiminä. Pienillä lentomoottoreilla yleinen käynnistintyyppi on yhdistetty käynnistin/generaattori.

Sähköisiä käynnistimiä ei käytetä suurilla moottoreilla siksi, että käynnistimeltä vaaditaan suurta tehoa ja suuritehoinen sähkökäynnistin on painavampi kuin teholtaan vastaava paineilmakäynnistin.

Alla olevassa kuvassa on automaattinen vapautuskytkin, joka irrottaa käynnistimen kytkennän moottorin apulaitevaihteistosta, kun käynnistin pysäytetään. Mekanismiin kuuluu kolme salpaa, jotka on jousikuormitettu irrotusasentoon. Kun käynnistin pyörii, salvat kääntyvät sisäänpäin ja kytkevät käynnistimen moottorin apulaitevaihteiston käyttöakselille. Moottorin käyntinopeuden noustessa tyhjäkäynnille, käyttöakselin pyörintänopeus ylittää käynnistimen pyörintänopeuden, jolloin salvat irtoavat akselikosketuksesta ja vapauttavat käynnistimen.

Momentin välitykseen apulaitevaihteistolle käytetään rajoituskytkintä, joka luistaa käynnistyksen alkuvaiheessa ja estää liian suuren momentin välittymisen moottorin apulaitevaihteistolle.

Käynnistin/generaattori

Monissa pienissä turbiinimoottorisissa liikelentokoneissa (Business Jet) käytetään tasavirtageneraattoria, koska se toimii vähäisin muutoksin myös starttimoottorina. Generaattorissa on ylimääräiset sarjakäämit, joiden ansiosta generaattori toimii tehokkaana sähkömoottorina.

Kun kuvan kytkin on start -asennossa, generaattorin kenttäkäämi ei saa virtaa, mutta sarjakäämit saavat ja generaattori toimii starttimoottorina. Samalla myös moottorin sytytinyksikkö saa sähköä käynnistysreleen kautta.

Moottorin käynnistyttyä kytkin siirretään run -asentoon. Silloin käynnistysrele aukeaa ja generaattorin kentän kytkentärele saa sähköä kenttäkäämin automaattisulakkeen kautta. Se kytkee generaattorin jännitteensäätimeen, ja generaattori alkaa tuottaa latausvirtaa. Kun generaattorin tuottaman sähkövirran jännite on noussut tarpeeksi, virran kääntörele kytkee sen takaisin virtakiskoon.

Yhdistelmägeneraattori korvaa erillisen starttimoottorin mekaanisine kytkimineen, koska se on valmiiksi kiinni moottorin apulaitevaihteistossa.

Paineilmakäynnistin

Paineilmakäynnistin on tyypiltään matalapaineinen ilmamoottori, jolla on hyvä teho-painosuhde. Ilmakäynnistimen paino on noin yksi viidesosa samantehoisen sähkökäynnistimen painosta. Käynnistimessä käytetään paineilmaa jonka paine on 35...45 psi ja massavirtaus käynnistimen lävitse on tehosta riippuen 50...150 lb/min (0,38...1,14 kg/s).

Paineilmalähteenä toimii koneen APU, koneen toinen käynnissä oleva moottori tai maalaite (maa-APU).

Turbiinin korkea pyörintänopeus vähenee ulostuloakselin pyörintänopeudeksi planeettavaihteistolla. Planeettavaihteiston välityssuhde on n. 10,5 : 1 ja ulostuloakselin nopeus 3 600 - 4 500 RPM. Planeettavaihteiston ja käynnistimen ulostuloakselin välissä on vielä samantapainen kytkin kuin sähkökäynnistimessäkin. Siinä on jousien ja keskipakoisvoiman vaikutuksesta toimivat telkihaat. Käynnistimen ulostuloakseli on kytketty apulaitevaihteistoon ura-akselilla joka pyörii aina, kun moottorin korkeapaineroottori pyörii.

Käynnistimen kotelossa on vaihteiston ja laakerien voiteluöljy. Käynnistimessä käytetään yleensä samaa öljyä mitä moottorissakin.

Suurimpien ilmakäynnistimien teho on noin 150 kW (200 hv) ja käynnistimen paino on noin 20 kg.
Käynnistin pystyy nostamaan korkeapaineroottorin pyörintänopeuden 25 - 35 % :iin.

Käynnistimen kytkin

Kun käynnistimen kytkin on kytkeytyneenä ulostuloakselille moottori on pysäytyksissä tai käynnistysvaihe on meneillään. Käynnistinventtiili suljetaan, kun moottori pyörii suuremmalla nopeudella kuin itsekäymisnopeus. Silloin käynnistin pysähtyy. Keskipakoisvoima irrottaa kytkimen telkihaat ja pitää kytkimen irtikytkeytyneenä niin kauan kuin moottori käy riittävän suurella nopeudella. Moottorin pysäytyksessä keskipakoisvoima lakkaa vaikuttamasta ja jousivoima painaa telkihaat kiinni käynnistimen vaihteiston käyttämälle hammastukselle.

Käynnistimen kytkin on kriittinen osa, ja se voi vahingoittua, jos käynnistysvaiheen epäonnistuttua tai muusta syystä käynnistin kytketään toimintaan silloin, kun moottorin roottori pyörii.

Käynnistinventtiili

Useimmiten käytetään kalvotoimista perhosventtiiliä. Venttiilin toimintaa ohjataan sähköisellä solenoidilla ja käyttövoimana on paineilma. Venttiili ohjaa paineilman virtauksen käynnistimelle. Joissakin käynnistinventtiileissä on myös kääntökahva, josta mekaanikko voi avata paineilman tulon käynnistimelle. Kahvaa käytetään silloin, kun moottorin käynnistysautomatiikka ei saa käynnistysventtiiliä auki.

Normaalisti käynnistys tapahtuu moottorin ohjausautomatiikan (ECU) valvonnassa. Solenoidiventtiilillä on myös käsiohjaustoiminta, joka tarkoittaa solenoidin ohjausta painonapilla (MANUAL START) moottorin kytkinpaneelista.

Painekytkin on jousikuormitettu "kiinni"-asentoon, jossa se ohjaa työpaineen kalvon kiinnipuolelle. Kun työpaine vaikuttaa venttiilille, sulkee painekytkimen ohjaama palloventtiili työpaineelta virtauskanavan kalvon kiinnipuolelle.

Virtaussuutin säätää venttiilin avautumisnopeuden rajoittamalla ilman virtausta ulos kalvon kiinnipuolelta. Vuodatuspaineen tunnistin estää liian suuren paineen vaikuttamasta kalvolle. Paineentunnistusventtiili on jousikuormitettu kiinni-asentoon. Kun käynnistysventtiilin ollessa "auki"-asennossa käynnistimelle menevä paine kasvaa liian korkeaksi, venttiili avautuu ja ohjaa ilmanpaineen painekytkimen kautta kalvon kiinni-puolelle, jolloin perhosventtiili alkaa sulkeutua ja käynnistimelle vaikuttava ilmanpaine alenee.

Sytytysjärjestelmä (Engine Ignition, ATA - 74)

Sytytysjärjestelmä - kuvaus ja toiminta

Polttomoottorien polttoaine-ilmaseos on suhteellisen helppo sytyttää, koska ne toimivat hyvin lähellä ideaalisia olosuhteita. Kaasuturbiinit toimivat hyvin korkealla ja ohuessa ilmassa. Jos moottorin liekki jostain syystä sammuu näissä olosuhteissa, on moottorin uudelleenkäynnistäminen vaikeaa. Korkealla alhainen lämpötila heikentää polttoaineen höyrystymisominaisuuksia ja polttoaine-ilmaseoksen sytyttämiseen vaaditaan suuritehoinen sytytyskipinä.

Moottorilla on tavallisesti kaksi itsenäisesti toimivaa järjestelmää, joilla kummallakin on oma sytytystulppa.
Nykyisissä sytytysjärjestelmissä sytytyskipinä saadaan aikaan lataamalla järeää kondensaattoria ja purkamalla sen varaus sytytystulppaan. Sytytysjärjestelmiä on kahta perustyyppiä:

Kumpikin tyyppi voi käyttää syöttöjännitteenä 28V tasavirtaa tai 115V/400Hz vaihtovirtaa.

Suihkumoottoreiden sytytysjärjestelmä on käytössä tavallisesti vain käynnistysvaiheessa, ja normaalin käynnistymisen jälkeen sytytystä ei tarvita ja sytytysjärjestelmän sähkövirta katkaistaan. Joissakin erikoistapauksissa sytytysjärjestelmä kytketään toimintaan moottorin käydessä varmistamaan, ettei moottorin liekki sammu. Sytytys kytketään toimintaan, kun

Kuvan sytytysjärjestelmää voidaan käyttää eri tehoilla. Normaalin käynnistyksen yhteydessä käytetään sytyttimiä täydellä teholla (20 J), jolloin syöttöjännite on 28 V / DC. Suuri energiankulutus saa sytytyslaatikon kuumenemaan nopeasti ja se rajoittaa aikaa, jonka sytytys voi olla jatkuvasti kytkettynä. Käyttö- ja jäähdytysjaksojen pituudet on kuvattu moottorin käynnistysohjeissa.

Jatkuvasti käytettäessä sytytysjärjestelmän teho on alhaisempi (4 J), jolloin se voi olla päällä jatkuvasti ilman ylikuumenemisen vaaraa. Tällöin syöttöjännite on 115 V / 400 Hz AC ja se tulee koneen omilta generaattoreilta.

Sytyttimen elektroniikkaosat ovat hermeettisesti suljetussa, metallikuorisessa kotelossa, josta sytytysjännite johtuu suojattua suurjännitejohtoa pitkin sytytystulppaan. Kotelossa on sytyttimen tehomuuntaja, liipaisumuuntaja, jännitteen nostamiseen, varauksen keruuseen ja laukaisuun tarvittavat kondensaattorit sekä ionisointiputket, joissa käytetään lievästi radioaktiivisia aineita. Metallikotelon lisäksi sytyttimessä on

-suodatinkytkentä, jolla estetään radiotaajuisten häiriöiden pääsy sytyttimestä koneen muuhun sähköjärjestelmään. Kun korkeajännitejohdon liitin joudutaan irrottamaan, on johto maadoitettava, ennen kuin huoltotoimia jatketaan. Ennen korkeajännitejohdon irrottamista on odotettava huolto-ohjeissa ilmoitettu aika, jotta sytytyslaatikon kondensaattorien varaus on laskenut tarpeeksi. Sytytyslaitteen sähköpurkaus on tappavan voimakas.