Home | LinksRegulations | Aircraft - Rocket Technology | Photo Gallery | Accident reports

 

ΜΟΝΑΔΑ ΨΥΞΗΣ ΚΥΚΛΟΥ ΑΕΡΑ

Click here for English version 

Ή μονάδα ψύξης, η αλλιώς η μονάδα κλιματισμού, είναι μια μονάδα κύκλου αέρα, μια μονάδα δηλαδή που χρησιμοποιεί τον αέρα σαν μέσο επίτευξης της μείωσης της θερμοκρασίας, με την βοήθεια ψυγείων αέρα-αέρα και ενός συνδυασμού στροβίλου και συμπιεστή ή Μηχανή Κύκλου Αέρα σε ελεύθερη μετάφραση από τον Αγγλικό όρο Air Cycle Machine. Το σύστημα συμπληρώνεται από διάφορες βαλβίδες και αισθητήρες, και έχει την δυνατότητα να παρέχει αέρα αποστειρωμένο, ξηρό, απαλλαγμένο από σκόνη, στην σωστή θερμοκρασία πίεση και ρυθμό παροχής για να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του συστήματος κλιματισμού και συμπίεσης της καμπίνας.

Βασική λειτουργία : Αέρας υπό υψηλή πίεση και θερμοκρασία, προερχόμενος από τους κινητήρες, η από την Βοηθητική Μονάδα Ισχύος (Auxiliary Power Unit, A.P.U.) του αεροσκάφους, διέρχεται από την πρωτεύον ψυγείο αέρα-αέρα όπου και χάνει μέρος της θερμοκρασίας του, στην συνέχεια εισέρχεται στο τμήμα του αεροσυμπιεστή της μονάδας στροβίλου-συμπιεστή, όπου η πίεση και η θερμοκρασία του αυξάνονται εκ νέου, στην συνέχεια ο αέρας εισέρχεται στο δευτερεύον ψυγείο αέρα-αέρα όπου και ψύχεται ξανά με την βοήθεια εξωτερικού αέρα, και τέλος οδηγείται στο τμήμα του στροβίλου της μονάδας στροβίλου-συμπιεστή.

Στα πρώιμα αεριωθούμενα αεροσκάφη, η διαμόρφωση του συστήματος κλιματισμού, δεν απείχε και πολύ από την ανωτέρω βασική διαμόρφωση, με την προσθήκη της βαλβίδας έλεγχου της ροής του αέρα και ενός συστήματος αποπαγοποίησης για την προστασία του συστήματος.

Ή μονάδα ψύξης του συστήματος κλιματισμού στα σύγχρονα αεροσκάφη αποτελείται από : Μετατροπέα Όζοντος, Βαλβίδα Ελέγχου Ροής Αέρα, Πρωτεύον και Δευτερεύον Ψυγείο τύπου Αέρα-Αέρα, Μονάδα Στροβίλου-Συμπιεστή, Πρωτεύουσα και Δευτερεύουσα Βαλβίδα Ρύθμισης Θερμοκρασίας, Αναθερμαντή, Συμπυκνωτή, Σύστημα Απαγωγής Νερού, Βαλβίδες μιας Κατεύθυνσης, καθώς και πολλούς Αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης.

Μονάδα ψύξης Airbus 340-300 όπου διακρίνονται τα ψυγεία (Πρωτεύον-Δευτερεύονν) ό Στρόβιλο-Συμπιεστής, Συμπυκνωτής, Επαναθερμαντής, και Συλλέκτες Νερού.

 

Μονάδα ψύξης Airbus 340-300 όπου διακρίνονται ο Στρόβιλο-Συμπιεστής, Συμπυκνωτής, Επαναθερμαντής, Συλλέκτες Νερού, Μετατροπέας Όζοντος, Βαλβίδα Ελέγχου Ροής.

 

Λειτουργία της Μονάδας Ψύξης αέρα του συστήματος κλιματισμού : Κατά την διάρκεια της λειτουργίας της μονάδας ψύξης του αέρα στο έδαφος, αέρας αναρροφάται, η εξωθείται δια μέσω του αεραγωγού στον οποίο παρεμβάλλονται τα ψυγεία αέρα-αέρα του συστήματος, με την βοήθεια ισχυρού ανεμιστήρα, ο οποίος παίρνει κίνηση είτε από την μονάδα στροβίλου-συμπιεστή ευρισκόμενος πάνω στον ίδιο άξονα του στρόβιλο-συμπιεστή όπως συμβαίνει στις μοντέρνες σχεδιάσεις-εφαρμογές, είτε από μικροστρόβιλο ο όποιος κινείται από την ενέργεια πεπιεσμένου θερμού αέρα από το σύστημα παροχής αέρα του αεροσκάφους, είτε από τριφασικό ηλεκτροκινητήρα μεγάλης ισχύος, όπως το συναντούσαμε σε παλαιότερες εφαρμογές όπως στο Boeing 727, και Boeing 737-200.

Έν πτήση, ο αέρας που εισέρχεται μέσα στον αεραγωγό (όπου παρεμβάλλονται τα ψυγεία αέρα-αέρα) λόγω της ταχύτητας του αεροσκάφους, είναι παραπάνω από αρκετός για να ψύξουν τα ψυγεία, οπότε η λειτουργία του ανεμιστήρα δεν είναι πλέον απαραίτητη, και είτε αυτή σταματά αυτόματα στην περίπτωση που αυτός παίρνει κίνηση από μικροστρόβιλο ή ηλεκτρικό κινητήρα διακόπτοντας την παροχή αέρα ή ηλεκτρικού ρεύματος αντίστοιχα, ή στην περίπτωση που ο  ανεμιστήρας κινείται από την μονάδα του στρόβιλο-συμπιεστή ευρισκόμενος πάνω στον ίδιο άξονα, παρακάμπτεται από την ροη του αέρα με την βοήθεια μιας βαλβίδας που λειτουργεί μηχανικά με την διαφορά των πιέσεων μέσα στον αεραγωγό, και έτσι ο ανεμιστήρας εξακολουθεί να περιστρέφεται χωρίς να απορροφά ενέργεια από το σύστημα, εκτός της ελαχίστης απαιτούμενης για τις τριβές.

Ό πεπιεσμένος και θερμός αέρας από το σύστημα παροχής αέρα του αεροσκάφους εισέρχεται στη μονάδα ψύξης του συστήματος κλιματισμού δια μέσω του Μετατροπέα Όζοντος όπου με καταλυτική αντίδραση μετατρέπεται το Όζον που υπάρχει μέσα στον αέρα προερχόμενο από το σύστημα αέρα του αεροσκάφους σε Οξυγόνο, ενώ στη συνέχεια ο αέρας περνά μέσα από την βαλβίδα ελέγχου της Ροής του Αέρα, όπου η ροή ελέγχεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις του συστήματος ελέγχου της πίεσης της καμπίνας και του συστήματος κλιματισμού.

Στην συνέχεια ο ρυθμισμένος ως προς την ροή θερμός και υψηλής πίεσης αέρας εισέρχεται στο Πρωτεύον Ψυγείο αέρα-αέρα με πίεση της τάξης των 30 έως 40 p.s.i. (λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα), και θερμοκρασία της τάξης των 150˚ Κελσίου, όπου η θερμοκρασία του μειώνεται με την βοήθεια του ψυχρού ρεύματος εξωτερικού αέρα που διέρχεται από τον αεραγωγό και κατά συνέπεια και δια μέσω του ψυγείου, είτε λόγω της ταχύτητας του αεροπλάνου, είτε λόγω της λειτουργίας του ανεμιστήρα.

Μηχανή Κυκλου Αέρα - Air Cycle Machine - Μονάδα Στροβίλου-Συμπιεστή

 

Μηχανή Κυκλου Αέρα - Air Cycle Machine - Μονάδα Στροβίλου-Συμπιεστή

 

Το Πρωτεύον ψυγείο αέρα-αέρα είναι κατασκευασμένο από Αλουμίνιο και είναι του τύπου διασταυρούμενης ροής των δυο ρευμάτων αέρα, όπου η ροές επιμερίζονται σε μικρές διατομές για ευκολότερη ανταλλαγή θερμοκρασίας δια μέσω μεγάλης επιφάνειας αλληλεπίδρασης.

Μετά την δίοδο του ο αέρας από το Πρωτεύον Ψυγείο αέρα-αέρα και την μείωση της θερμοκρασίας του, εισέρχεται στο τμήμα του Συμπιεστή της μονάδας του στρόβιλο-συμπιεστή, όπου η πίεση και η θερμοκρασία του ανεβαίνουν εκ νέου. Ή ενέργεια για την κίνηση του Συμπιεστή λαμβάνεται από τον Στρόβιλο της μονάδας, καθώς τα δυο στοιχεία ευρίσκονται πάνω στον ίδιο άξονα και περιστρέφονται μαζί. Ή άνοδος της θερμοκρασίας του αέρα που διέρχεται από τον Συμπιεστή είναι της τάξης των 30 έως 40 βαθμών Κελσίου.

Κατόπιν ο αέρας εξερχόμενος του Συμπιεστή με μεγάλη θερμοκρασία και πίεση εισέρχεται στο Δευτερεύον ψυγείο αέρα-αέρα, το οποίο είναι του ιδίου τύπου και κατασκευής με αυτό του Πρωτεύοντος, όπου αφαιρείται εκ νέου η θερμοκρασία από τον αέρα δια της κυκλοφορίας του ρεύματος εξωτερικού αέρα μέσω του ψυγείου, είτε λόγω της ταχύτητας, είτε λόγω της λειτουργίας του ανεμιστήρα. Ή πτώση θερμοκρασίας από την δίοδο του αέρα μέσα από το Δευτερεύον Ψυγείο αέρα-αέρα είναι της τάξης των 60 έως 70 βαθμών Κελσίου.

Στη συνέχεια του Δευτερεύοντος Ψυγείου αέρα-αέρα υπάρχει μια διάταξη, μια πρώτη διάταξη συλλογής νερού που προέρχεται από την συμπύκνωση της υγρασίας του αέρα λόγω πτώσης της θερμοκρασίας του. Ό διαχωριστήρας αυτός λειτουργεί φυγοκεντρικά, όπου ο αέρας περνώντας από μέσα του στροβιλίζεται, με αποτέλεσμα τα σταγονίδια του νερού να εκσφενδονίζονται στα τοιχώματα του διαχωριστήρα να συλλέγονται και να απομακρύνονται με σωλήνα, ο δε αέρας να περνάει και να συνεχίζει απαλλαγμένος από μεγάλο μέρος υγρασίας.

Ό αέρας αφήνοντας το Δευτερεύον ψυγείο αέρα-αέρα κάνει την πρώτη του διέλευση από τον Αναθερμαντή όπου χάνει μέρος της θερμοκρασίας του, για να εισέλθει στην συνέχεα στον Συμπυκνωτή, όπου ψύχεται με την βοήθεια του παγωμένου αέρα που προέρχεται από την έξοδο του Στροβίλου του συστήματος που θα δούμε παρακάτω.

Ό Αναθερμαντής είναι ένα ψυγείου τύπου αέρα-αέρα διασταυρούμενης ροής.

Ό Συμπυκνωτής είναι ένα ψυγείο αέρα-αέρα φτιαγμένο με τέτοιο τρόπο ώστε η δίοδος αέρα που προέρχεται από την έξοδο του στροβίλου να είναι μεγάλης διατομής, ώστε να είναι δύσκολο ακόμα και σε συνθήκες ισχυρής παγοποίησης να κλεισει η δίοδος και να διακοπεί η λειτουργία της μονάδας.

Μετά την δίοδο του αέρα από τον Συμπυκνωτή, η θερμοκρασία του είναι πια πολύ κάτω από το σημείο δρόσου, με αποτέλεσμα η εναπομείνασα υγρασία του αέρα να συμπυκνωθεί ακαριαία σε σταγονίδια νερού που συλλέγονται και αποβάλλονται από τους συλλέκτες νερού, με την ίδια διαδικασία (φυγοκεντρικά) όπως και σε προηγούμενο στάδιο μετά το Δευτερεύον ψυγείο, που ακολουθούν στην πορεία του αέρα προς την δεύτερη δίοδο του από τον Αναθερμαντή και στη συνέχεια το τελευταίο στάδιο τον Στρόβιλο.

Το νερό που συλλέγεται από όλους τους διαχωριστήρες νερού διοχετεύεται σε ψεκαστές που βρίσκονται μέσα στον αεραγωγό εξωτερικού ρεύματος αέρα, όπου και αυξάνουν την απόδοση του Πρωτεύοντος και Δευτερεύοντας ψυγείου, απορροφώντας ενέργεια εξατμιζόμενο.

Ό αέρας μετά το πέρασμα του από τους συλλέκτες νερού, απαλλαγμένος από όλη του την υγρασία, περνάει για δεύτερη φορά από τον Αναθερμαντή, αλλά αυτή τη φορά για να ανακτήσει ενέργεια πριν εισέρθει στον στρόβιλο, για να αυξηθεί η απόδοση του τελευταίου. Ή θερμοκρασία εισόδου στον στρόβιλο είναι της τάξης των 20 έως 30 βαθμών Κελσίου.

Ό αέρας εκτονώνεται μέσα στον Στρόβιλο ταχύτατα και απελευθερώνει την ενέργεια του κινώντας τον, με μια πτώση θερμοκρασίας 30-40 βαθμών περίπου, οπότε η θερμοκρασία εξόδου της μονάδας ψύξης κατεβαίνει έως και τους -10˚ Κελσιου. Ό Στρόβιλος περιστρέφει τα στροφεία του Συμπιεστή  και του Ανεμιστήρα που ευρίσκονται πάνω στον ίδιο άξονα με ρυθμό 40,000 έως και 50,000 στροφές το λεπτό.

Όι τιμές των θερμοκρασιών και των στροφών που αναφέρονται στο κείμενο παραπάνω, ισχύουν κατά την περίπτωση που η μονάδας ψύξης λειτουργεί στο μέγιστο της δυνατότητας της, συνήθως σε θερμές και υγρές μέρες, και όταν το αεροσκάφος είναι στο έδαφος. Όταν η απαίτηση για ψύξη είναι μικρότερη της μεγίστης δυνατότητας, όπως για παράδειγμα κατά την διάρκεια της πτήσης, ή όταν αρχίσει να σχηματίζεται πάγος στον Συμπυκνωτή ή στην έξοδο του στροβίλου, ένα μέρος του αέρα παρακάμπτει το σύστημα των ψυγείων και του στρόβιλο-συμπιεστή δια μέσω μιας βαλβίδας που ονομάζεται ''Βαλβίδα Ρύθμισης Θερμοκρασίας''. Ο θερμός αυτός αέρας λειώνει τον πάγο που έχει σχηματιστή στον Συμπυκνωτή ή στην έξοδο του Στροβίλου και αποτρέπει την απόφραξη του συστήματος, ενώ ταυτόχρονα ο αέρας που παίρνει μέσα από τα ψυγεία και την μονάδα του στρόβιλο-συμπιεστή είναι λιγότερος, η ταχύτητα του είναι χαμηλότερη, (λιγότερες στροφές), και η μονάδα ψύξης παραδίδει πιο ζεστό αέρα, ή λιγότερο κρύο αέρα στο Σύστημα Κλιματισμού.

Κατά την διάρκεια της πτήσης σε μεγάλο ύψος, ή ύψος ταξιδίου, η ανάγκη για ψύξη είναι η ελάχιστη λόγω της πολύ χαμηλής θερμοκρασίας του αέρα στο ύψος αυτό. Στην περίπτωση αυτή η μεγαλύτερη ποσότητα του αέρα που εισέρχεται στην μονάδα, περνά απλώς από τα ψυγεία αέρα-αέρα, Πρωτεύον και Δευτερεύον παρακάμπτοντας τον Στρόβιλο-Συμπιεστή, όπου και ψύχεται από το ελεύθερο ρεύμα ψυχρού αέρα. Υπό αυτές τις συνθήκες οι στροφές του Στρόβιλο-Συμπιεστή είναι πολύ λίγες, και στα πιο μοντέρνα συστήματα είναι πιθανό και να σταματήσει εντελώς να περιστρέφεται.

 

Πηγές :

Commercial Airliner Environmental Control System

Engineering Aspects of Cabin Air Quality

Elwood H. Hunt, Dr. Don H. Reid,

David R. Space, and Dr. Fred E. Tilton 

 Boeing Aircraft Maintenance Manuals

Airbus Aircraft Maintenance Manuals

 

Πίσω στην αρχή του κειμένου

Home | LinksRegulations | Aircraft - Rocket Technology | Photo Gallery | Accident reports