Pozemní aplikace motoru M601

Ing.Jan Dobřichovský,
Ing. Vojtěch Horký,
Ing. Josef Neruda CSc.
Psáno v roce 2002

Pozemní využití původně pouze letadlového motoru M601 se stalo významným doplňkem výrobního programu naší společnosti a tak bychom rádi připomněli dva důležité představitele těchto výrobků: Jetstart a energetickou jednotku EJ500. O Jetstartu se již několikrát ve Zpravodaji psalo a tak alespoň zmiňme základní popis a historické milníky.

Jetstart je vzduchová startovací jednotka pro spouštění velkých turbínových motorů, klimatizaci a technický servis dopravních letadel na letišti. Je určena především pro velkokapacitní letouny Boeing a Airbus. Celé zařízení je uloženo na plošině malého skříňového nákladního automobilu podle potřeby pojíždějícího po ploše letiště. K letadlu se jednotka připojuje pružnými hadicemi.

Zpočátku jsme dodávali jen kompresorový modul s řídícím a protipumpážním systémem, který anglická firma Phillips G.S.E. zastavovala do svých dieselovým motorem poháněných startovacích jednotek. Tyto jednotky slouží úspěšně již sedmý rok u britské letecké společnosti British Airways na londýnských letištích, ale i v Asii a Africe.

V roce 1998 byl zkonstruován a vyroben agregát využívající pro pohon odstředivého kompresoru generálkovaný motor M601D. Tento motor je opatřen radiální skříní pro vstup vzduchu do motoru, skříní pro výstup spalin, novým zavěšením na rám a novým regulačním systémem. Místo reduktoru je zavěšen modul kompresoru hnaný přímo spojovací hřídelí od hřídele volné turbíny. Regulační a protipumpážní systém hnaného kompresoru je shodný jako v uspořádání pro pohon dieselovým motorem. Jednotka dodává 3 kg vzduchu za sekundu o teplotě 200°C se stlačením 3,93 a je zvláště vhodná pro spouštění těch největších dvouproudových motorů, jež se používají v letadle Boeing 777, tj. GE90, PW4000 nebo RR Trent 800. Tyto turbínové agregáty byly dodávány firmě Honeywell, která prováděla zástavbu na podvozek a zajišťovala prodej. Ukázalo se však, že konstrukce nástavby byla provedena nevhodně. Navrhli jsme tedy vlastní, “waltrováckou” konstrukci nástavby, která byla firmou Honeywell přijata a všechny do té doby vyrobené jednotky

byly takto ve Walteru pro Honeywell přestavěny. Od té doby se celá jednotka vyrábí i montuje ve Waltrovce. Firma Honeywell má na starosti “pouze” marketing a prodej.

Tím ale modernizace neskončila. I když jednotka splňovala výkonové parametry, stále se vyskytovaly tu a tam mnohdy banální závady. Zaměřili jsme se tedy na zlepšení spolehlivosti a to ve dvou rovinách. Jednak se snažíme dokonale zaškolit obsluhující personál tak, aby rozuměl funkci jednotlivých systémů a dokázal i plně využít moderní elektronický řídící systém, který mu mimo jiné umožní i identifikovat případnou závadu, nebo nesplnění nějaké důležité podmínky podmiňující povolení spuštění a provoz jednotky. Elektronický řídící systém totiž hlídá kromě životně důležitých parametrů i např. řádné nabití baterie, hladinu oleje či paliva v nádrži, atd. Vedle toho se současně snažíme zvýšit spolehlivost vlastní jednotky. S řídícím systémem je nyní možno komunikovat na dálku pomocí modemu, takže je možné sledovat a diagnostikovat zařízení podle okamžitého stavu, historie i statistiky po telefonu, bez nutnosti vysílat servisního technika. Systém vstřikování vody pro udržení výkonu i při vysokých atmosférických teplotách byl nahrazen zvýšením výkonu motoru použitím kompresoru převzatého z motoru M601E. Byla vyvinuta tryska pochodňového zapalovače umožňující použití motorové nafty. Připravena jsou ještě mnohá další zlepšení, včetně rekonstrukce hnaného kompresoru a uložení agregátu, vedoucí ke snížení výrobních nákladů. Jejich zavedení je však závislé na počtu vyráběných kusů. Bohužel události 11. září loňského roku nepříznivě ovlivnily i trh s těmito výrobky, takže prodeje jsou tento rok výrazně nižší. Dělají se vlastně jen modernizace dříve vyrobených jednotek a kromě toho byla již dokončena i nová jednotka pro japonského zákazníka v provedení Skid. Jednotky jsou v provozu na letištích  Frankfurt, Berlín, Heathrow (Londýn), Split a Pula.

Je nutné zmínit i další možné využití tohoto zařízení. Waltrováci nezůstali stranou a přišli s nápadem využít Jetstart pro vysoušení vnitřních prostorů staveb a objektů postižených letošními katastrofálními záplavami proháněním velkého množství ohřátého vzduchu těmito prostory. K tomu slouží přídavné zařízení, ejektor, který přisává vzduch z okolí a mísí ho s primárním stlačeným horkým vzduchem. Tím se několikanásobně zvýší průtočné množství vzduchu (až na 36 kg/s, teplota asi 40°C) a tím i ventilační a vysoušecí účinek. Ejektor/y se umístí do vysoušeného objektu a stlačený vzduch se k nim přivede pružnými hadicemi z agregátu pracujícího před objektem na volném prostoru. Díky velice aktivnímu přístupu pracovníků odborů VJ-AT, VJ-P a Výroby byl nápad realizován během tří dnů. Pomocí Jetstartu tak byly vysušeny Čokoládovny Nestle v Modřanech, gymnasium v Karlíně a firma ComAp v Libni.

Energetická jednotka EJ 500

Další z pozemních aplikací letadlového motoru M601 je jeho použití jako upraveného motoru  M601D v kogeneračním systému výroby elektrické energie a tepla. Tento systém  sestávající z energetické jednotky  EJ500, kompresoru stlačujícího zemní plyn, parního kotle a řídícího systému, je postaven v energetickém centru Walter. Energetická jednotka je tvořena motorem G601D a jeho příslušenstvím, spojkou a elektrickým generátorem. Všechny tyto části jsou uloženy v protihlukové skříni. Mimo skříň je umístěn počítačem ovládaný elektronický řídící systém, skříň se silnoproudými vývody elektrické energie z generátoru, ventilace skříně EJ500 a hasicí systém.

Motor G601 je vybaven spalovací komorou vyvinutou pro spalování zemního plynu, která zajišťuje nižší úroveň škodlivých emisí CO a NOX než je předepsáno normou. U motoru je použit jednostranný výfuk a reduktor s otáčkami výstupního hřídele 1500 1/min  pro pohon  elektrického generátoru. Nejsou instalována původní čerpadla olejového systému a pro spouštění se používá hydromotoru. Příslušenstvím motoru je olejový systém s elektricky poháněným čerpadlem a vysokotlakým čerpadlem spouštěcího systému, plnoprůtokový velmi jemný olejový filtr a chladič oleje. K motoru náleží i plynový systém s filtrem a uzavíracími ventily s automaticky kontrolovanou těsností, velmi rychlý stopventil  (zasahuje v případě náhlého odlehčení na velkém výkonu) a regulační ventil Woodward s vlastní elektronikou, který je ovládán řídícím systémem EJ500, přívodní kanál vzduchu a výstupní potrubí spalin.

Řídící systém EJ500 zajišťuje nejen postupné dosažení požadovaného výkonu po spuštění a jeho udržování, ale i jeho omezování tak, aby nebyly převýšeny maximální otáčky generátoru motoru 99% a maximální teplota mezi turbínami 690°C. Systém sleduje provozní hodnoty, při přiblížení k maximálním dovoleným vydává varování a při jejich překročení dochází k havarijnímu zastavení. Automaticky je řízen i průběh spouštění a přifázování generátoru k elektrické síti.

Řídící systém dovoluje řízení EJ500 přímo ze strojovny, nebo dostává zadání od řídícího systému celé kogenerace. Systém uchovává hodnoty sledovaných parametrů za několik posledních hodin a vydaná varování (i případná havarijní zastavení) po několik set posledních hodin. Kogenerační systém postavený na bázi EJ500 je výhodný pro použití tam, kde se jedná o zásobování teplem. Ve standardních podmínkách ISO je elektrický výkon 447 kW a tepelný výkon 1510 kW. Elektrická účinnost při započtení vlastních potřeb je 17,5%. Elektrická účinnost celého kogeneračního systému je 16% s uvážením  příkonu kompresoru zemního plynu, ventilátoru větrání a napájecího čerpadla kotle. Uvedený tepelný výkon stačí na výrobu 2 tun páry za hodinu o teplotě 220°C a tlaku 1Mpa. Celková účinnost kogenerace je asi 85% (hlavní částí ztráty je teplo ve výstupu spalin do komína).

Kogenerační systém Walter odpracoval dosud 2500 hodin (kromě zkušebních běhů a odlaďování režimů jednotlivých částí kogenerace) a zajišťoval potřebu tepla pro provoz galvanovny po dobu, kdy není v provozu velký kotel.

Firmou TENZA (Brno) byl na přání potenciálního zákazníka zpracován podrobný ekonomický rozbor několika konkrétních případů použití EJ500 v kogeneračních systémech. V případech, že není potřeba výstavba nové budovy, je doba návratnosti investice 3,5 roku. Je-li nutno postavit novou budovu a zajistit utlumení hluku pro provoz uvnitř města, je návratnost asi o rok delší.