Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 1, Pagina: 4-40
Aviación: sistemas de encendido de motores de turbina
Aviation: Turbine Engine Ignition Systems
Dado que los sistemas de encendido de turbina funcionan principalmente durante un breve período durante el ciclo de arranque del motor, por regla general, no presentan problemas que el típico sistema de encendido de motor alternativo. No es necesario sincronizar el sistema de encendido del motor de turbina para que se encienda durante un punto exacto del ciclo operativo.
Se utiliza para encender el combustible en la cámara de combustión y luego se apaga. Otros modos de operación del sistema de encendido de la turbina, como el encendido continuo que se usa a un voltaje y nivel de energía más bajos, se usan para ciertas condiciones de vuelo.
El encendido continuo se usa en caso de que el motor se apague. Este encendido podría volver a encender el combustible y evitar que el motor se detenga. Ejemplos de modos de vuelo críticos que usan encendido continuo son el despegue, el aterrizaje y algunas situaciones anormales y de emergencia.
La mayoría de los motores de turbina de gas están equipados con un sistema de encendido de tipo capacitor de alta energía y se enfrían con aire mediante el flujo de aire del ventilador. El aire del ventilador se conduce a la caja del excitador y luego fluye alrededor del cable del encendedor y rodea el encendedor antes de regresar al área de la góndola.
El enfriamiento es importante cuando se utiliza el encendido continuo durante un período de tiempo prolongado. Los motores de turbina de gas pueden estar equipados con un sistema de encendido de tipo electrónico, que es una variación del sistema de tipo capacitor más simple.
El motor de turbina típico está equipado con un sistema de encendido de tipo capacitor, o de descarga de capacitor, que consta de dos unidades de encendido independientes idénticas que funcionan con una fuente de energía eléctrica común de bajo voltaje (CC): la batería de la aeronave, 115 CA, o su generador de imanes permanentes.
El generador es accionado directamente por el motor a través de la caja de cambios accesoria y produce energía cada vez que el motor está girando. El combustible en los motores de turbina puede encenderse fácilmente en condiciones atmosféricas ideales, pero dado que a menudo funcionan en las bajas temperaturas de las grandes altitudes, es imperativo que el sistema sea capaz de suministrar una chispa de alta intensidad de calor.
Por lo tanto, se suministra un alto voltaje para formar un arco a través de un amplio espacio de chispas del encendedor, lo que proporciona al sistema de encendido un alto grado de confiabilidad en condiciones de altitud muy variables.
Un sistema de encendido típico incluye dos unidades excitadoras, dos transformadores, dos cables de encendido intermedios y dos cables de alta tensión. Por lo tanto, como factor de seguridad, el sistema de encendido es en realidad un sistema dual diseñado para disparar dos bujías de encendido.
La figura es un diagrama esquemático funcional de un sistema de encendido de turbina de tipo condensador de estilo antiguo típico. Se suministra un voltaje de entrada de 24 voltios CC al receptáculo de entrada de la unidad excitadora. Antes de que la energía eléctrica llegue a la unidad excitadora, pasa a través de un filtro que evita que se induzca voltaje de ruido en el sistema eléctrico de la aeronave.
La potencia de entrada de bajo voltaje opera un motor de CC que impulsa una leva multilobular y una leva de un solo lóbulo. Al mismo tiempo, se suministra energía de entrada a un conjunto de puntos de ruptura que son accionados por la leva multilobular.
Desde los puntos de interrupción, una corriente rápidamente interrumpida se envía a un autotransformador. Cuando el interruptor se cierra, el flujo de corriente a través del devanado primario del transformador establece un campo magnético. Cuando se abre el interruptor, el flujo de corriente se detiene y el colapso del campo induce un voltaje en el secundario del transformador.
Este voltaje hace que fluya un pulso de corriente hacia el capacitor de almacenamiento a través del rectificador, lo que limita el flujo a una sola dirección. Con pulsos repetidos, el capacitor de almacenamiento asume una carga, hasta un máximo de aproximadamente 4 julios. (Nota: 1 julio por segundo equivale a 1 vatio). El condensador de almacenamiento está conectado al encendedor de chispa a través del transformador de disparo y un contactor, normalmente abierto.
Cuando se ha acumulado la carga en el capacitor, el contactor se cierra por la acción mecánica de la leva de un solo lóbulo. Una parte de la carga fluye a través del primario del transformador de activación y el condensador conectado con él. Esta corriente induce un alto voltaje en el secundario, que ioniza el espacio en el encendedor de chispa.
Cuando el encendedor de chispa se vuelve conductor, el capacitor de almacenamiento descarga el resto de su energía acumulada junto con la carga del capacitor en serie con el primario del transformador de activación. La tasa de chispa en el encendedor de chispa varía en proporción al voltaje de la fuente de alimentación de CC que afecta las rpm del motor.
Sin embargo, dado que ambas levas están engranadas en el mismo eje, el capacitor de almacenamiento siempre acumula su reserva de energía a partir del mismo número de pulsos antes de descargarse. El empleo del transformador de disparo de alta frecuencia, con un devanado secundario de baja reactancia, mantiene al mínimo el tiempo de duración de la descarga.
Esta concentración de máxima energía en un tiempo mínimo logra una chispa óptima para el encendido, capaz de volar depósitos de carbón y vaporizar glóbulos de combustible.
Todo el alto voltaje en los circuitos de activación está completamente aislado de los circuitos primarios. El excitador completo está herméticamente sellado, protegiendo todos los componentes de condiciones adversas de operación, eliminando la posibilidad de descargas disruptivas en altitud debido al cambio de presión. Esto también asegura la protección contra fugas de voltaje de alta frecuencia que interfieren con la recepción de radio de la aeronave.
Unidad excitadora de descarga de condensador - Capacitor Discharge Exciter Unit
Este sistema de tipo de capacidad proporciona encendido para motores de turbina. Al igual que otros sistemas de encendido de turbinas, se requiere solo para arrancar el motor; una vez iniciada la combustión, la llama es continua.
La energía se almacena en condensadores. Cada circuito de descarga incorpora dos condensadores de almacenamiento; ambos están ubicados en la unidad excitadora. El voltaje a través de estos capacitores es incrementado por unidades transformadoras.
En el instante en que se dispara la bujía de encendido, la resistencia del espacio se reduce lo suficiente como para permitir que el capacitor más grande se descargue a través del espacio. La descarga del segundo condensador es de bajo voltaje, pero de muy alta energía. El resultado es una chispa de gran intensidad de calor, capaz no solo de encender mezclas anormales de combustible, sino también de quemar cualquier depósito extraño en los electrodos de la bujía.
El excitador es una unidad dual que produce chispas en cada una de las dos bujías de encendido. Se produce una serie continua de chispas hasta que el motor arranca. Luego, se corta la energía y las bujías no se disparan mientras el motor está funcionando, excepto en encendido continuo para ciertas condiciones de vuelo. Es por eso que los excitadores se enfrían con aire para evitar el sobrecalentamiento durante el uso prolongado de encendido continuo.
Bujías de encendido - Igniter Plugs
La bujía de encendido de un sistema de encendido de motor de turbina difiere considerablemente de la bujía de encendido de un sistema de encendido de motor alternativo. Su electrodo debe ser capaz de soportar una corriente de energía muy superior a la del electrodo de una bujía convencional.
Esta corriente de alta energía puede causar rápidamente la erosión del electrodo, pero los cortos períodos de operación minimizan este aspecto del mantenimiento del encendedor.
La distancia entre electrodos de la bujía de encendido típica está diseñada mucho más grande que la de una bujía, ya que las presiones de funcionamiento son mucho más bajas y la chispa puede generar un arco más fácilmente que en una bujía. Finalmente, el ensuciamiento de los electrodos, común a la bujía, es minimizado por el calor de la chispa de alta intensidad.
La figura es una ilustración en corte de una bujía de encendido de espacio anular típica, a veces denominada encendedor de largo alcance porque sobresale ligeramente en el revestimiento de la cámara de combustión para producir una chispa más efectiva.
Otro tipo de bujía de encendido, la bujía de espacio restringido, se usa en algunos tipos de motores de turbina. Funciona a una temperatura mucho más fría porque no se proyecta hacia el revestimiento de la cámara de combustión. Esto es posible porque la chispa no permanece cerca de la bujía, sino que forma un arco más allá de la cara del revestimiento de la cámara de combustión.
Inspección y mantenimiento del sistema de encendido de la turbina - Turbine Ignition System Inspection and Maintenance
El mantenimiento del sistema de encendido típico de un motor de turbina consiste principalmente en inspección, prueba, solución de problemas, extracción e instalación.
Inspección
La inspección del sistema de encendido normalmente incluye lo siguiente:
• Inspección del terminal del cable de encendido; El terminal de cerámica no debe presentar arcos, huellas de carbono ni grietas.
• El sello de la arandela debe estar libre de descargas disruptivas y rastros de carbón.
• El aislamiento del cable debe permanecer flexible sin evidencia de formación de arcos a través del aislamiento.
• Inspeccione el sistema completo para comprobar la seguridad del montaje de los componentes, cortocircuitos o arcos eléctricos de alto voltaje y conexiones sueltas.
Comprobar el funcionamiento del sistema - Check System Operation
El encendedor se puede verificar escuchando un chasquido cuando el motor comienza a girar, impulsado por el motor de arranque. Aunque el siguiente procedimiento no es una práctica común y solo debe usarse cuando el manual de mantenimiento lo sugiere como un método alternativo, el encendedor también se puede revisar retirándolo y activando el ciclo de inicio, observando la chispa en el encendedor.
PRECAUCIÓN: El alto nivel de energía y el alto voltaje asociados con los sistemas de ignición de la turbina pueden causar lesiones o la muerte al personal que entre en contacto con el sistema activado.
Reparar
Apriete y asegure según sea necesario y reemplace los componentes y el cableado defectuosos. Asegure, apriete y asegure según sea necesario.
Extracción, mantenimiento e instalación de los componentes del sistema de encendido - Removal, Maintenance, and Installation of Ignition System Components
Las siguientes instrucciones son procedimientos típicos sugeridos por muchos fabricantes de turbinas de gas. Estas instrucciones son aplicables a los componentes de encendido del motor. Siempre consulte las instrucciones del fabricante correspondiente antes de realizar cualquier mantenimiento del sistema de encendido.
Cables del sistema de encendido - Ignition System Leads
1. Retire las abrazaderas que sujetan los cables de encendido al motor.
2. Retire el cable de seguridad y desconecte los conectores eléctricos de las unidades excitadoras.
3. Retire el cable de seguridad y desconecte el cable de la bujía de encendido.
4. Descargue cualquier carga eléctrica almacenada en el sistema conectando a tierra y retire los cables de encendido del motor.
5. Limpie los cables con un solvente de limpieza en seco aprobado.
6. Inspeccione los conectores en busca de roscas dañadas, corrosión, aisladores agrietados y clavijas de conector dobladas o rotas.
7. Inspeccione los cables en busca de áreas desgastadas o quemadas, cortes profundos, deshilachados y deterioro general.
8. Realice una verificación de continuidad de los cables de encendido.
9.Vuelva a instalar los cables, invirtiendo el procedimiento de extracción.
Bujías de encendido - Igniter Plugs
1. Desconecte los cables de encendido de las bujías de encendido. Un buen procedimiento a realizar antes de desconectar el cable de encendido es desconectar el cable primario de bajo voltaje de la unidad excitadora de encendido y esperar al menos un minuto para permitir que la energía almacenada se disipe antes de desconectar el cable de alto voltaje del encendedor.
2. Retire las bujías de encendido de los soportes.
3. Inspeccione el material de la superficie del espacio de la bujía de encendido. Antes de la inspección, elimine los residuos del exterior de la carcasa con un paño seco. No elimine ningún depósito o residuo del extremo de encendido de los encendedores de bajo voltaje. Se puede limpiar el extremo de encendido de los encendedores de alto voltaje para facilitar la inspección.
4. Inspeccione el vástago de la bujía del encendedor para ver si está rozado.
5.Reemplace una bujía de encendido cuya superficie esté granular, astillada o dañada de alguna otra manera.
6. Reemplace las bujías de encendido sucias o carbonizadas.
7. Instale las bujías de encendido en las almohadillas de montaje.
8. Verifique que haya espacio libre adecuado entre el revestimiento de la cámara y la bujía de encendido.
9. Apriete las bujías de encendido al par especificado por el fabricante.
10. Bujías de encendido con cable de seguridad.