Λύσεις — Ενότητα 3.7: Συστήματα Εκκίνησης (σελ. 364) – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΑΕΡΟΣΚΑΦΩΝ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Ενότητα 3.7: Συστήματα Εκκίνησης

Λύσεις στις 5 ερωτήσεις της ενότητας 3.7: διαφορές στη διαδικασία εκκίνησης εμβολοφόρου και αεριοστρόβιλου κινητήρα, ο όρος «θερμή εκκίνηση» (hot start) και η αιτία εμφάνισής του, οι μέθοδοι εκκίνησης αεριοστρόβιλων κινητήρων (πνευματικός, ηλεκτρικός, ηλεκτρικός-γεννήτρια, φυσίγγιο, αξονοστρόβιλος, υδραυλικός), ο συνδυασμένος ρόλος του ηλεκτρικού εκκινητή-γεννήτριας, και τα είδη υδραυλικών εκκινητών (περιορισμένης ενέργειας/περιορισμένης ισχύος).

Διαφορές εκκίνησης εμβολοφόρου και αεριοστρόβιλου κινητήρα

Ερώτηση: Αναφέρατε τις διαφορές στη διαδικασία εκκίνησης ενός εμβολοφόρου και ενός αεριοστρόβιλου κινητήρα.

Απάντηση:

• §3.7. «Στους εμβολοφόρους κινητήρες η εισαγωγή του μείγματος γίνεται με την υποπίεση που δημιουργεί το έμβολο... Ταυτόχρονα η πίεση στον θάλαμο καύσης αυξάνεται με μία περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα στην απαιτούμενη για την ανάφλεξη του μείγματος πίεση με τη βοήθεια του εμβόλου. Στους αεριοστρόβιλους κινητήρες... ο συμπιεστής του κινητήρα θα πρέπει να περιστραφεί σε ένα ύψος στροφών ίσο περίπου με το 15-20% των μέγιστων στροφών του... Σε αντίθεση με τους εμβολοφόρους κινητήρες, στους οποίους το μέγιστο φορτίο απαιτείται κατά την πρώτη περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα, στους αεριοστρόβιλους το φορτίο αυξάνεται καθώς αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα.»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Στους εμβολοφόρους κινητήρες η εισαγωγή του μείγματος αέρα-καυσίμου γίνεται με την υποπίεση που δημιουργεί το έμβολο στη φάση της εισαγωγής, ενώ η πίεση στον θάλαμο καύσης αυξάνεται με μία μόνο περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα στο επίπεδο που απαιτείται για την ανάφλεξη — το μέγιστο φορτίο του εκκινητή απαιτείται ήδη από την πρώτη περιστροφή. Στους αεριοστρόβιλους κινητήρες, αντίθετα, ο συμπιεστής πρέπει να περιστραφεί σε ύψος στροφών ίσο περίπου με το 15-20% των μέγιστων στροφών του κινητήρα, ώστε να δημιουργηθεί κατάλληλη πίεση για τη διατήρηση φλόγας στον θάλαμο καύσης και για τη σωστή ψύξη των θερμών τμημάτων — παράλληλα πρέπει να περιστραφεί ο άξονας σε στροφές αρκετές ώστε τα παρελκόμενα του συστήματος καυσίμου και ανάφλεξης να αυξήσουν την πίεση καυσίμου και την τάση ρεύματος σε επίπεδα λειτουργίας. Σε αντίθεση με τον εμβολοφόρο, στον αεριοστρόβιλο το φορτίο δεν είναι μέγιστο από την αρχή, αλλά αυξάνεται σταδιακά καθώς αυξάνονται οι στροφές του κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Εμβολοφόρος: μέγιστο φορτίο από την 1η περιστροφή, μία περιστροφή αρκεί για ανάφλεξη· αεριοστρόβιλος: συμπιεστής στο 15-20% των μέγιστων στροφών, φορτίο αυξάνεται σταδιακά

Ο όρος «θερμή εκκίνηση» (hot start)

Ερώτηση: Τι σημαίνει ο όρος «θερμή εκκίνηση» αεριοστρόβιλου κινητήρα και ποιος είναι ο λόγος που συμβαίνει;

Απάντηση:

• §3.7. «Η ψύξη των θερμών τμημάτων του κινητήρα είναι ιδιαίτερα σημαντική κατά τη διαδικασία της εκκίνησης, δεδομένου ότι σε αυτή τη φάση υπάρχει πάντα το ενδεχόμενο «θερμής εκκίνησης» (hot start) και καταστροφής του στροβίλου.»

Σύνοψη: Ο όρος «θερμή εκκίνηση» (hot start) αναφέρεται στο ενδεχόμενο, κατά τη διάρκεια της εκκίνησης ενός αεριοστρόβιλου κινητήρα, η θερμοκρασία των καυσαερίων/θερμών τμημάτων να ανέβει υπερβολικά, με αποτέλεσμα κίνδυνο καταστροφής του στροβίλου. Ο λόγος που το ενδεχόμενο αυτό υπάρχει πάντα στη φάση της εκκίνησης είναι ότι, σε αυτό το στάδιο, ο συμπιεστής περιστρέφεται ακόμη σε χαμηλό ύψος στροφών (γύρω στο 15-20% των μέγιστων), οπότε η ροή αέρα διαμέσου του κινητήρα δεν είναι ακόμη επαρκής για την ορθή ψύξη των θερμών τμημάτων — γι' αυτό η ψύξη τους θεωρείται ιδιαίτερα κρίσιμη ακριβώς κατά τη διαδικασία εκκίνησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Hot start = κίνδυνος υπερθέρμανσης/καταστροφής στροβίλου κατά την εκκίνηση, λόγω ανεπαρκούς ψύξης με τον συμπιεστή σε χαμηλές στροφές

Μέθοδοι εκκίνησης αεριοστρόβιλων κινητήρων

Ερώτηση: Αναφέρατε τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την εκκίνηση αεριοστρόβιλων κινητήρων.

Απάντηση:

• §3.7.1. «Οι γνωστές μέθοδοι εκκίνησης αεριοστρόβιλων κινητήρων που έχουν αναπτυχθεί μέχρι σήμερα είναι οι ακόλουθες: με πνευματικό εκκινητή, με ηλεκτρικό εκκινητή, με ηλεκτρικό εκκινητή – γεννήτρια, με φυσίγγιο πεπιεσμένου αερίου ή με στερεό καύσιμο, με αξονοστρόβιλο.» και §3.7.1.6 «Οι υδραυλικοί εκκινητές χρησιμοποιούν για τη λειτουργία τους την ενέργεια που έχει μια ποσότητα υδραυλικού υγρού...»

Σύνοψη: Οι γνωστές μέθοδοι εκκίνησης αεριοστρόβιλων κινητήρων είναι: 1) με πνευματικό εκκινητή (στρόβιλος μίας βαθμίδας που λειτουργεί με αέρα υπό πίεση), 2) με ηλεκτρικό εκκινητή (ηλεκτρικός κινητήρας υψηλής ροπής), 3) με ηλεκτρικό εκκινητή-γεννήτρια (συνδυάζει εκκινητήρα και γεννήτρια σε ένα παρελκόμενο), 4) με φυσίγγιο πεπιεσμένου αερίου ή στερεού καυσίμου (καυσαέρια από καύση γόμωσης ή παροχή πεπιεσμένου αέρα περιστρέφουν στρόβιλο εκκινητή), και 5) με αξονοστρόβιλο (αυτόνομη μονάδα-κινητήρας μεγάλης ισχύος για το μέγεθός της). Επιπρόσθετα, χρησιμοποιείται και εκκίνηση με υδραυλικό εκκινητή, όπου η ενέργεια υδραυλικού υγρού (αποθηκευμένου υπό πίεση ή παρεχόμενου από αντλία) περιστρέφει υδραυλικό μοτέρ συνδεδεμένο με τον κινητήρα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• 5+1 μέθοδοι: πνευματικός, ηλεκτρικός, ηλεκτρικός-γεννήτρια, φυσίγγιο/πεπιεσμένος αέρας, αξονοστρόβιλος, υδραυλικός

Ηλεκτρικός εκκινητής – γεννήτρια — Σωστό ή Λάθος

Ερώτηση: Ο ηλεκτρικός εκκινητής – γεννήτρια συνδυάζει τη λειτουργία του εκκινητήρα με αυτόν της γεννήτριας εξοικονομώντας με αυτό τον τρόπο βάρος και χώρο στον κινητήρα. ΣΩΣΤΟ Q ΛΑΘΟΣ Q

Απάντηση:

• §3.7.1.3. «Ένας τύπος εκκινητήρα παρόμοιος με τον ηλεκτρικό είναι ο εκκινητής – γεννήτρια... Αυτός ο τύπος συνδυάζει τη λειτουργία του εκκινητήρα με αυτόν της γεννήτριας, εξοικονομώντας βάρος και χώρο, αφού αντικαθιστά δύο παρελκόμενα και απλοποιεί την κατασκευή του κιβωτίου υποπολλαπλασιασμού...»

Σύνοψη: Η πρόταση είναι ΣΩΣΤΟ. Ο ηλεκτρικός εκκινητής-γεννήτρια πράγματι συνδυάζει τη λειτουργία εκκινητήρα και γεννήτριας σε ένα παρελκόμενο, αντί για δύο ξεχωριστά, εξοικονομώντας βάρος και χώρο και απλοποιώντας το κιβώτιο υποπολλαπλασιασμού· η εμπλοκή του με το κιβώτιο μετάδοσης κίνησης είναι μόνιμη, χωρίς να απαιτείται σύστημα εμπλοκής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• ΣΩΣΤΟ — συνδυάζει εκκινητήρα και γεννήτρια σε ένα παρελκόμενο, μόνιμη εμπλοκή, χωρίς σύστημα εμπλοκής

Είδη υδραυλικών εκκινητών και τρόπος λειτουργίας τους

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη υδραυλικών εκκινητών που γνωρίζετε και ποιος είναι ο τρόπος λειτουργίας τους;

Απάντηση:

• §3.7.1.6. «Οι υδραυλικοί εκκινητές χρησιμοποιούν για τη λειτουργία τους την ενέργεια που έχει μια ποσότητα υδραυλικού υγρού, το οποίο είναι αποθηκευμένο σε δοχείο υπό υψηλή πίεση (συστήματα περιορισμένης ενέργειας), ή παρέχεται υπό πίεση από μία αντλία (συστήματα περιορισμένης ισχύος)... το υδραυλικό υγρό αποθηκεύεται σε έναν υδραυλικό συσωρευτή (accumulator), σε πίεση που μπορεί να φτάσει τα 4000psi... η αντλία που παρέχει πίεση στον υδραυλικό εκκινητή οδηγείται από άξονα του βοηθητικού συστήματος εκκίνησης (APU)...»

Σύνοψη: (ενδεικτική) Υπάρχουν δύο είδη υδραυλικών συστημάτων εκκίνησης. Στα συστήματα περιορισμένης ενέργειας, το υδραυλικό υγρό είναι αποθηκευμένο υπό υψηλή πίεση (έως περίπου 4000psi) σε υδραυλικό συσσωρευτή (accumulator)· διοχετεύεται μέσω βαλβίδας που ανοίγει κατά την ενεργοποίηση, σε υδραυλικό μοτέρ που περιστρέφεται καθώς περνάει το υγρό από την πτερωτή του, και λειτουργεί όσο υπάρχει πίεση στον συσσωρευτή — γι' αυτό εκτελεί τον κύκλο εκκίνησης σε μικρό χρονικό διάστημα και χρησιμοποιείται σε μικρούς κινητήρες χωρίς μεγάλη απαίτηση ροπής εκκίνησης. Στα συστήματα περιορισμένης ισχύος, η πίεση στον υδραυλικό εκκινητή παρέχεται συνεχώς από αντλία που οδηγείται από τον άξονα του βοηθητικού συστήματος εκκίνησης (APU) του σκάφους· χρησιμοποιείται σε σκάφη με περισσότερους από έναν κινητήρες, το υδραυλικό υγρό διοχετεύεται μέσω σωληνώσεων στα υδραυλικά μοτέρ των κινητήρων αλλά και στο υδραυλικό σύστημα του σκάφους, ενώ η ίδια πίεση χρησιμοποιείται και για την εκκίνηση του APU μέσω δικού του υδραυλικού συσσωρευτή, εξοικονομώντας έτσι βάρος.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Περιορισμένης ενέργειας: υγρό σε συσσωρευτή (~4000psi), μικρός κύκλος, μικροί κινητήρες· περιορισμένης ισχύος: αντλία κινούμενη από APU, πολυκινητήρια σκάφη