PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : آشنایی باسامانه کنترل سوخت هیدرو مکانیکی در موتورهای توربینی



ریپورتر
28th June 2010, 03:04 PM
موتورهای توربینی که اغلب نمونه عینی آنها را در موتورهای توربوجت ، توربوفن ،توربوشافت و یا توربوپراپ انواع پرنده ها میبینیم، همگی در یک جزء مشترک هستند و آن استفاده از سامانه های پیچیده کنترل سوخت میباشد. در تمام انواع موتورهای توربینی این نکته بسیار حائز اهمیت است که در زمان احتراق چه مقدار سوخت وارد محفظه احتراق گردد تا احتراق به طور مناسب صورت گرفته و علاوه بر ایجاد نیروی مورد نیاز، ار آسیب به موتور نیز خودداری گردد. این کار در حقیقت وظیفه اصلی هر سامانه کنترل سوخت با هر اساس عملکردی میباشد.
عملکرد نامطلوب سامانه کنترل سوخت در یک موتئر توربینی ممکن است منجر به موارد زیر گردد:
1- عدم توانایی موتور دز ایجاد احتراق: در این حالت، مخلوط سوخت و هوای موجود در محفظه احتراق اصطلاحا بسیار Lean (رقیق) بوده و احتراق صورت نمیگیرد.
2- استارت موتور با درجه حرارت بالا در محفظه احتراق: زمانی که مخلوط سوخت و هوا به اصطلاح بسیار Rich (غلیظ) است، در زمان استارت دما به شدت بالا رفته و ممکن است سبب خسارت احتمالی به توربین گردد.
3- واماندگی موتور در هنگام شتابگیری و یا افزایش درجه حرارت محفظه احتراق.
4- عملکرد نامناسب موتور در فرایند کاهش شتاب که میتواند منجر به خروج شعله از خروجی موتور گردد (Flame out).
اهمیت فعالیت صحیح سامانه کنترل سوخت از آنجایی است که عملکرد پیوسته و دائم موتور زمانی به دست می آید که سوخت مورد نیاز موتور برای حفظ سرعت لازم، دقیقا با مقدار سوخت ارسال شده از سامانه انتقال سوخت به موتور برابر باشد.
سامانه کنترل سوخت در موتورهای توربینی را میتوان از جهاتی با کاربراتور در موتورهای بنزینی مقایسه کرد. وظیفه هر دو سامانه، تامین سوخت مورد نیاز موتور است، اما عاملی که سبب پیچیدگی سامانه های کنترل سوخت موتورهای توربینی میگردد، پارامترهای موثر در این فرایند است.
در یک موتور پیستونی یا بنزینی معمولی مهمترین عامل و به عبارتی تنها عامل در تعیین مقدار سوخت ارسالی به موتور ، همان موقعیت اهرم گاز است که توسط راننده تعیین میگردد. به عبارت دیگر با یک اتصال مستقیم از اهرم گاز به دریچه کنترل کننده ورودی هوا و سوخت این امر صورت میپذیرد و عمده ترین فعالیت این نوع سامانه ها همان ترکیب مناسب سوخت و هوا بوده و فقط تنظیمات اولیه سیستم به همراه موقعیت اهرم گاز تعیین کننده نسبت مهم هوا به سوخت میباشد ولی در یک موتور توربینی پارامترهای تعیین کننده در مقدار سوخت ارسالی به موتور به خاطر ماهیت متفاوت عملکرد اینگونه موتورها و از طرف دیگر حساسیت بسیار زیاد این عامل در فرایند کارکرد موتور، چه از لحاظ تعداد و چه از نظر نحوه عمل اصولا متفاوت از موتورهای پیستونی زمینی میباشد، به عنوان مثال در موتورهای توربینی هیچگونه اتصال مستقیمی از اهرم گاز به شیر اصلی کنترل سوخت وجود ندارد و این عامل در تعامل با دیگر پارامترهای تعیین کننده نسبت مهم سوخت به هوا میباشد. عوامل موثر برای تننظیم مقدار سوخت ارسالی به موتور از طرف یک سامانه کنترل سوخت در همه موتورهای توربینی یکسان نبوده و به پیشینه ارتفاع عملکرد، دور موتور، حجم سوخت ارسالی به محفظه احتراق و برخی شرایط عملکرد موتور بستگی دارد. اما پارامترهای تشریح شده در ذیل که تحت عنوان پارامترهای موثر در تعیین مقدار سوخت ارسالی به موتور مورد بررسی قرار میگیرند، به عنوان پارامترهای ورودی یک سامانه کنترل سوخت شناخته شده و در تمام موتورهای توربینی، همگی و یا تعدادی از آنها مورد استفاده قرار میگیرد.
عوامل موثر در عملکرد سامانه کنترل سوخت (پارامترهای ورودی)
همانطور که ذکر شد، یک سامانه کنترل سوخت به عنوان مغز تصمیم گیرنده در موتور، با توجه به یک سری عوامل ورودی فعالیت خود را انجام داده و اصطلاحا مقدار سوخت ارسالی به موتور را سنجش میکند. در زیر به شرح مهمترین عوامل ورودی میپردازیم.
فشار خروجی کمپرسور:
مهمترین عامل تعیین کننده در میزان سوخت لازم برای انجام عمل احتراق با توجه به مقدار طراحی شده نسبت سوخت به هوا بی شک فشار خروجی کمپرسور است. فشار خروجی کمپرسور رابطه ای مستقیم با حجم سوخت مورد نیاز موتور دارد و این یک امر بدیهی است، چرا که مثلا برای ایجاد نسبت سوخت به هوای 1 به 12، با دانستن مقدار هوای موجود در محفظه احتراق (که نسبت مستقیمی با فشار خروجی کمپرسور دارد) مقدار لازم سوخت مشخص میشود. ام از آنجایی که عوامل تاثیر گذار دیگری نیز در فرایند احتراق و عملکرد یک موتور توربینی موثر است نمیتوان تنها به این عامل اکتفا کرد.
فشار خروجی کمپرسور اگرچه در تمام سامانه های کنترل سوخت به عنوان یک عامل ورودی در نظر گرفته میشود، اما ممکن است در سامانه های مختلف با عناوین گوناگونی شناخته شود، علاوه بر اینکه گاها این فشار بعد از دیفیوزر کمپرسور و در ورودی محفظه احتراق مورد استفاده قرار میگیرد و به عنوان فشار ورودی محفظه احتراق از آن یاد میشود.
دور موتور:
دور موتور که همان تعداد چرخش توربین در یک دقیقه میباشد، یکی از سیگنالهای ورودی مهم در یک سامانه کنترل سوخت است و تاثیر چشمگیری بر مقدار جریان سوخت ارسالی به موتور دارد. علاوه بر جلوگیری از افزایش بی رویه دور موتور که عاملی خطرناک در یک موتور توربینی است، لازمه داشتن دور موتور مناسب با نیاز خلبان که توسط موقعیت اهرم گاز اعلام شده است، بر اهمیت این عامل می افزاید. سوالی که ممکن است در اینجا پیش بیاید این است که در موتورهای دو محوره ، سیگنال ورودی از کدام سامانه های توربین گرفته میشود. این عامل بستگی به طراحی موتور داشته و در همه موتورها یکسان نیست . ضمن اینکه در موتورهای توربو شافت به علت وجود سامانه توربین آزاد بدون درگیری با هسته اصلی موتور، دوسیگنال ورودی تحت عنوان دور موتور ( یکی به عنوان دور هسته اصلی موتور و دیگری بعنوان دورسامانه فن آزاد ) به سامانه کنترل سوخت ارسال می گردد. البته پیچیدگی عمل کردن این سامانه ها زیاد بوده و نیاز به بحث جداگانه دارد. همچنین معمولا نسبتی از دور موتور و پس از کاهش آن توسط جعبه دنده ، بعنوان عامل ورودی در سامانه کنترل سوخت مد نظر گرفته می شود.
موقعیت اهرم گاز:
موقعیت اهرم گاز که اغلب به عنوان زاویه دسته گاز ( به طور معمول بین 0 تا 90 درجه ) از آن یاد می شود، عامل دیگری است که از طرف خلبان به عنوان یک سیگنال ورودی به سامانه کنترل سوخت تحمیل می گردد. بسته به موقعیت اهرم گاز است که میزان نیروی درخواست شده از موتور مشخص گردیده و سامانه کنترل سوخت، مقدار سوخت متناسب با آن را با توجه به پارامترهای موثر دیگر به موتور تحویل می دهد. به عبارت دیگر، بسته به موقعیت اهرم گاز است که سامانه کنترل سوخت، حالت های استارت، شتاب گیری و کاهش شتاب را تشخیص داده و عمل خود را متناسب با ان انجام می دهد. در تمام سیستم های کنترل سوخت ، موقعیت اهرم گاز به عنوان تنها عامل تاثیر گذار ورودی که از سوی کاربر ( خلبان ) بر سیستم تحمیل می گردد شناخته می شود. اما نکته قابل توجه این است که تاثیر این عامل به صورت غیر مستقیم بر مقدار سوخت ارسالی به سمت موتور بوده و هیچ گونه ارتباط مستقیمی با شیر اصلی سوخت که همان عنصر اصلی سنجش کننده سوخت می باشد ندارد.
دمای محیط:
در صورتی که دقت بیشتری در یک سامانه کنترل سوخت مورد نیاز باشد و یا اینکه بازه دمای محیطی که در آن موتور به فعالیت میپردازد گسترده باشد، بنا به نظر طراحان موتور و سامانه کنترل سوخت، دمای هوای ورودی به موتور نیز میتواند یکی دیگر از سیگنالهای ورودی سامانه کنترل سوخت باشد. از آنجایی که این عامل به طور غیر مستقیم در سیگنال فشار خروجی کمپرسور پنهان است، دارای اهمیت کمتری بوده و حتی در بعضی از سامانه های کنترل سوخت به کار گرفته شده بر روی موتورهای توربو شافت که در بالگرد ها استفاده میشوند وجود ندارد.
فشار هوای ورودی به موتور:
فشار هوای ورودی به موتور نیز در برخی از سامانه های کنترل سوخت به عنوان یک سیگنال ورودی در نظر گرفته میشود. بسته به نوع موتور و تصمیم گیری طراحان، فشار هوای ورودی میتواند به تنهایی و یا به همراه فشار خروجی کمپرسور به عنوان یک سیگنال ورودی در نظر گرفته شود. در برخی انواع قدیمی تر موتورهای توربو شافت، تنها فشار هوای ورودی به موتور به عنوان یک سیگنال ورودی در نظر گرفته شده است که این مسئله باعث پیچیده تر شدن سیستم و به وجود آوردن مشکلات زیادی در فرایند تعمیر و نگهداری قطعه میگردد. اما در انواع پیشرفته تر سامانه های کنترل سوخت، یا از این عامل صرف نظر شده است و یا اینکه به طور موازی، همراه با عامل فشار خروجی کمپرسور به کار گرفته شده است.
از میان پنج عامل موثر در تعیین مقدار سوخت مورد نیاز موتور، میتوان گفت که سه عامل اول تقریبا در تمام سامانه های کنترل سوخت مشترک میباشند ولی بسته به پیچیدگی موتور و نظر طراحان در برخی از موتورهای پیچیده تر که عموما از نوع توربوفن و یا توربوجت میباشند، هر پنج عامل برای عملکرد دقیق موتور مورد استفاده قرار میگیرند. نکته حائز اهمیت در یک سامانه کنترل سوخت، جدا از پیچیدگی های اولیه طراحی اینگونه سامانه ها که منوط به دانستن مدل ریاضی عملکردی موتور میباشد، نحوه عکس العمل متقابل پارامترهای مختلف بر یکدیگر و در نهایت تعیین موقعیت مناسب عنصر اصلی اندازه گیری کننده مقدار سوخت میباشد. در یک سامانه کنترل سوخت هیدرو مکانیکی، تمامی فرامین و کنترلها توسط نیروی وارد شده از طرف سیال تولید شده و توسط رابطهای مکانیکی منتقل میشود. در این فرایند اندازه گیری، هیچگونه قطعه الکتریکی یا الکترونیکی نقش ندارد. جریان های سوختی که وارد کننده نیروها بر قسمتهای مکانیکی و دیافراگم های احتمالی میباشد ، سوخت سروو (Servo Fuel) نام دارد و دارای فشار زیادی است، هرچند از لحاظ مقدار بسیار ناچیز است.
به طور کلی از لحاظ عملکرد داخلی میتوان سامانه های کنترل سوخت هیدرو مکانیکی را به دو بخش مجزا تقسیم کرد:
1- قسمت کنترل کننده جریان: شامل مکانیزم هایی است که وظیفه کنترل و اندازه گیری جریان سوخت ارسالی به سمت موتور را بر عهده دارند.
2- قسمت محاسبه کننده: شامل مکانیزم هایی است که نهایتا تعیین کننده موقعیت شیر اصلی کنترل سوخت میباشد. تعیین موقعیت اصلی شیر کنترل سوخت بر اساس سیگنال های ورودی به سامانه کنترل سوختکه موثر بر قسمت محاسبه کننده میباشد صورت میپذیرد.
بررسی عملکرد سامانه کنترل سوخت نیازمند تحلیل دقیق نحوه تاثیر گذاری هرکدام از سامانه های مذکور در فرایند کنترل جریان سوخت ارسالی به سمت موتور میباشد. از طرفی بسته به نوع موتور و طراحی سامانه کنترل سوخت نحوه عمل نیز متفاوت است، هرچند در برخی موارد اصول عملکرد اجزاء یکسان میباشد.

منبع: ماهنامه صنایع هوایی شماره 218

استفاده از تمامی مطالب سایت تنها با ذکر منبع آن به نام سایت علمی نخبگان جوان و ذکر آدرس سایت مجاز است

استفاده از نام و برند نخبگان جوان به هر نحو توسط سایر سایت ها ممنوع بوده و پیگرد قانونی دارد