Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 1, Pagina: 3-26
Aeronaves: Sistemas de escape con turbocompresor
Cuando se incluye un turbocompresor o un sistema de turbocompresor, el sistema de escape del motor funciona en condiciones de presión y temperatura muy elevadas. Se deben tomar precauciones adicionales en el cuidado y mantenimiento del sistema de escape. Durante la operación en altitud de alta presión, la presión del sistema de escape se mantiene en o cerca de los valores del nivel del mar.
Debido al diferencial de presión, cualquier fuga en el sistema permite que los gases de escape escapen con una intensidad similar a la de un soplete que puede dañar gravemente las estructuras adyacentes. Una causa común de mal funcionamiento son los depósitos de coque (acumulación de carbono) en la unidad de la válvula de descarga, lo que provoca un funcionamiento errático del sistema.
Las acumulaciones excesivas de depósitos pueden hacer que la válvula de descarga se atasque en la posición "cerrada", provocando una condición de sobrecarga. La acumulación de depósitos de coque en el propio turbo provoca una pérdida gradual de potencia en vuelo y una lectura baja de la presión del colector antes del despegue.
La experiencia ha demostrado que la decoquización periódica, o la eliminación de los depósitos de carbón, es necesaria para mantener la máxima eficiencia. Limpie, repare, revise y ajuste los componentes y controles del sistema de acuerdo con las instrucciones del fabricante correspondiente.
Sistema de escape aumentador - Augmentor Exhaust System
En los sistemas de escape equipados con tubos de aumento, los tubos de aumento deben inspeccionarse a intervalos regulares para comprobar que estén correctamente alineados, que estén sujetos de forma segura y que estén en general en buen estado.
Incluso cuando los tubos de aumento no contengan superficies de intercambio de calor, deben inspeccionarse en busca de grietas junto con el resto del sistema de escape. Las grietas en los tubos de aumento pueden presentar un peligro de incendio o de monóxido de carbono al permitir que los gases de escape ingresen a las áreas de la góndola, el ala o la cabina.
Reparaciones del sistema de escape - Exhaust System Repairs
En general, se recomienda reemplazar las chimeneas de escape, silenciadores, tubos de escape, etc., con componentes nuevos o reacondicionados en lugar de repararlos. Las reparaciones soldadas de los sistemas de escape se complican por la dificultad de identificar con precisión el metal base para poder seleccionar los materiales de reparación adecuados.
Los cambios en la composición y la estructura granular del metal base original complican aún más la reparación. Sin embargo, cuando sean necesarias reparaciones soldadas, se deben conservar los contornos originales; la alineación del sistema de escape no debe estar deformada ni afectada de otra manera. Las reparaciones o los cordones de soldadura descuidados que sobresalen internamente no son aceptables, ya que provocan puntos calientes locales y pueden restringir el flujo de gases de escape.
Siempre se deben usar los accesorios y abrazaderas adecuados cuando se reparan o reemplazan los componentes del sistema de escape. Acero o baja temperatura, Las tuercas autoblocantes no deben sustituirse por tuercas de latón o tuercas de seguridad especiales para altas temperaturas utilizadas por el fabricante. Las juntas viejas nunca deben reutilizarse. Cuando sea necesario el desmontaje, las juntas deben reemplazarse por otras nuevas del mismo tipo proporcionadas por el fabricante.
Boquillas de escape del motor de turbina - Turbine Engine Exhaust Nozzles
Los motores de turbina tienen varios tipos diferentes de boquillas de escape según el tipo de motor. Los motores turboeje de los helicópteros pueden tener una tobera de escape que forma un conducto divergente. Este tipo de boquilla no proporcionaría ningún empuje, toda la potencia del motor giraría los rotores, mejorando las habilidades de vuelo estacionario del helicóptero.
Los motores turboventiladores tienden a caer en ventiladores con conductos o motores con ventiladores sin conductos. Los motores de ventilador con conductos toman el flujo de aire del ventilador y lo dirigen a través de conductos cerrados a lo largo del motor. Luego, fluye hacia una boquilla de escape común. El flujo de escape del núcleo y el flujo del ventilador se mezclan y fluyen desde el motor a través de esta boquilla mixta.
El ventilador sin conductos tiene dos boquillas, una para el flujo de aire del ventilador y otra para el flujo de aire del núcleo. Ambos fluyen hacia el aire ambiente por separado y tienen boquillas separadas.
El motor sin conductos o el motor de tobera separada maneja grandes cantidades de flujo de aire. El aire del ventilador que crea la mayor parte del empuje (80–85 por ciento del empuje total) debe dirigirse a través de las aspas del ventilador y las aspas de salida con la menor turbulencia posible. El flujo de aire del núcleo debe enderezarse ya que proviene de la turbina.
Mediante el uso de una tobera convergente, los gases de escape aumentan de velocidad antes de que se descarguen por la tobera de escape. El aumento de la velocidad de los gases aumenta su impulso y aumenta el empuje producido (20-15 por ciento de empuje total). La mayor parte de la energía de los gases ha sido absorbida para impulsar el ventilador a través de las etapas de la turbina de baja presión.
Las toberas de escape de los turbohélices proporcionan pequeñas cantidades de empuje (10 a 15 por ciento), pero se utilizan principalmente para descargar los gases de escape de la aeronave. La mayor parte de la energía se ha transferido a la hélice. En algunos aviones turbohélice, un conducto de escape a menudo se denomina tubo de escape, aunque el conducto en sí es esencialmente un tubo simple, de acero inoxidable, cónico o cilíndrico.
El conjunto también incluye un cono de cola del motor y los puntales dentro del conducto. El cono de cola y los puntales agregan fuerza al conducto, imparten una dirección axial al flujo de gas y suavizan el flujo de gas. En una instalación típica, el conjunto del tubo de escape se monta en la góndola y se fija en su extremo delantero al cortafuegos.
La sección delantera del tubo de escape tiene forma de embudo y rodea pero no hace contacto con la sección de escape de la turbina. Esta disposición forma un espacio anular que sirve como eyector de aire para el aire que rodea la sección caliente del motor. A medida que los gases de escape de alta velocidad ingresan al tubo de escape, se produce un efecto de baja presión que hace que el aire alrededor de la sección caliente del motor fluya a través del espacio anular hacia el tubo de escape.
La sección trasera del tubo de escape está asegurada al fuselaje por dos brazos de soporte, uno a cada lado del tubo de escape. Los brazos de soporte están unidos a la superficie superior del ala de tal manera que permiten el movimiento hacia adelante y hacia atrás para compensar la expansión. El conjunto del tubo de escape está envuelto en una manta aislante para proteger el área circundante del alto calor producido por los gases de escape.
Tales mantas pueden estar hechas de una lámina laminada de acero inoxidable en el exterior y fibra de vidrio en el interior. Esto se usa cuando el escape del motor está ubicado a cierta distancia del borde del ala o de la estructura del avión. Tales mantas pueden estar hechas de una lámina laminada de acero inoxidable en el exterior y fibra de vidrio en el interior.
Esto se usa cuando el escape del motor está ubicado a cierta distancia del borde del ala o de la estructura del avión. Tales mantas pueden estar hechas de una lámina laminada de acero inoxidable en el exterior y fibra de vidrio en el interior. Esto se usa cuando el escape del motor está ubicado a cierta distancia del borde del ala o de la estructura del avión.
Inmediatamente detrás de la salida de la turbina y, por lo general, justo delante de la brida a la que se une el conducto de escape, el motor está instrumentado para medir la presión de descarga de la turbina. Se insertan una o más sondas de presión en el conducto de escape para proporcionar un muestreo adecuado de los gases de escape.
En motores grandes, no es práctico medir la temperatura interna en la entrada de la turbina, por lo que el motor a menudo también está instrumentado para medir la temperatura de los gases de escape en la salida de la turbina.
Boquilla de escape convergente - Convergent Exhaust Nozzle
A medida que los gases de escape salen por la parte trasera del motor, fluyen hacia la boquilla de escape. La primera parte de la tobera de escape y el tapón de escape forman un conducto divergente para reducir la turbulencia en el flujo de aire, luego los gases de escape fluyen hacia el componente convergente de la tobera de escape donde el flujo está restringido por una abertura de salida más pequeña.
Dado que esto forma un conducto convergente, la velocidad del gas aumenta proporcionando un mayor empuje. La restricción de la apertura de la salida de la tobera de escape está limitada por dos factores. Si la abertura de la boquilla es demasiado grande, se está desperdiciando empuje. Si es muy poco, el flujo se obstruye en los otros componentes del motor.
En otras palabras, la tobera de escape actúa como un orificio, cuyo tamaño determina la densidad y la velocidad de los gases a medida que salen del motor. Esto es fundamental para el rendimiento de empuje. Ajustar el área de la boquilla de escape cambia tanto el rendimiento del motor como la temperatura de los gases de escape.
Cuando la velocidad de los gases de escape en la abertura de la tobera se vuelve Mach 1, el flujo pasa solo a esta velocidad, no aumenta ni disminuye. El flujo suficiente para mantener Mach 1 en la abertura de la boquilla y tener un flujo adicional (flujo que está siendo restringido por la abertura) crea lo que se llama una boquilla obstruida.
El flujo adicional acumula presión en la boquilla, lo que a veces se denomina empuje de presión. Existe un diferencial de presión entre el interior de la boquilla y el aire ambiente. Al multiplicar esta diferencia de presión por el área de la abertura de la boquilla, se puede calcular el empuje de presión.
Boquilla de escape convergente-divergente - Convergent-Divergent Exhaust Nozzle
Siempre que la relación de presión del motor sea lo suficientemente alta como para producir velocidades de los gases de escape que podrían exceder Mach 1 en la tobera de escape del motor, se puede ganar más empuje usando un tipo de tobera convergente-divergente. La ventaja de una tobera convergente-divergente es mayor con números de Mach altos debido a la mayor relación de presión resultante en la tobera de escape del motor.
Para garantizar que un peso o volumen constante de un gas fluya más allá de cualquier punto dado después de alcanzar la velocidad sónica, la parte trasera de un conducto de escape supersónico se agranda para acomodar el peso o volumen adicional de un gas que fluye a velocidades supersónicas. Si esto no se hace, la boquilla no funciona de manera eficiente. Esta es la sección divergente del conducto de escape.
Cuando se utiliza un conducto divergente en combinación con un conducto de escape convencional, se denomina conducto de escape convergente-divergente. En la tobera convergente-divergente o CD, la sección convergente está diseñada para manejar los gases mientras permanecen subsónicos y para entregar los gases a la garganta de la tobera justo cuando alcanzan la velocidad sónica.
La sección divergente maneja los gases, aumentando aún más su velocidad, después de que emergen de la garganta y se vuelven supersónicos. A medida que el gas fluye desde la garganta de la boquilla, se vuelve supersónico (Mach 1 y superior) y luego pasa a la sección divergente de la boquilla. Como es supersónico, continúa aumentando su velocidad. Este tipo de tobera se utiliza generalmente en vehículos aeroespaciales de muy alta velocidad.