DE102010014637A1

DE102010014637A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Konservieren von Fluidsystemen und Triebwerk

Info

Publication number: DE102010014637A1
Application number: DE201010014637
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Streifinger Helmut
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-04-13
Also published as: US20130032215A1; EP2558699A1; WO2011128744A1; DE102010014637B4; US9441786B2

Abstract

Offenbart ist eine Vorrichtung zum Konservieren von Fluidsystemen, beispielsweise eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems eines Turbinentriebwerks, mit zumindest einem Antrieb zum Antreiben zumindest einer Kraftstoffpumpe und zumindest einer Ölpumpe, wobei eine Ventilanordnung vorgesehen ist, die ein Umpumpen eines Fluids zwischen den Fluidsystemen ermöglicht, ein Triebwerk mit einer derartigen Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Vorrichtung bzw. zur Konservieren von Fluidsystemen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konservieren von Fluidsystemen, beispielsweise eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems eines Turbinentriebwerks, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Triebwerk sowie ein Verfahren zum Konservieren derartiger Fluidsysteme.
Zur Vermeidung von Korrosion von Lager und Getrieben, einem Austrocknen von Dichtungen, einer Kontamination und einem Altern von Betriebsflüssigkeiten sind bei einer Langzeitlagerung von Triebwerken aufwendige Konservierungsarbeiten und regelmäßige Wartungsarbeiten erforderlich. Der bei den Konservierungs- und Wartungsarbeiten anfallende hohe Personal- und Kostenaufwand wird insbesondere bei unbemannten Fluggeräten (UAVs unmanned aerial vehicles) deutlich, die nicht selten bis zu 10 Jahren ohne einen Flugeinsatz gelagert werden.
Zur separaten Langzeitlagerung von Triebwerken wird in einschlägigen Wartungsvorschriften der Ersatz der Betriebsflüssigkeiten wie z. B. dem Kraftstoff und dem Schmieröl durch ein entsprechendes Konservierungsöl gefordert. Dabei ist ein regelmäßiges Durchdrehen der eingelagerten Triebwerke zur Benetzung der Lager, der Zahnräder, der Pumpen bzw. zur Befeuchtung der Dichtungen usw. mit dem Konservierungsöl vorgeschrieben. Herkömmlicherweise erfolgt das Durchdrehen manuell von Hand, was sich wiederum in den hohen Personalkosten abbildet.
Im Flugzeug installierte Triebwerke müssen stattdessen teilweise in regelmäßigen Abständen vom Anlasser durchgedreht werden und Bodenläufe absolvieren. Dabei führen insbesondere der bei den Bodenläufen verbrauchte Kraftstoff sowie die notwendigen Sicherungsmaßnahmen zu einem erhöhten Kostenaufwand.
Zudem muss das Konservierungsöl bei der separaten Langzeitlagerung in einem Container als auch bei der Langzeitlagerung im Flugzeug nach einer vorgeschriebenen Lagerzeit gewechselt werden.
Ein herkömmliches zu wartendes Kraftstoffsystem und Ölsystem ist in 1 gezeigt. Das Kraftstoffsystem 2 hat einen Kraftstofftank 6 zur Aufnahme eines Kraftstoffs 8, der über eine Füllpumpe 10 zur Triebwerks-Kraftstoffpumpe 16 gefördert wird. Der Kraftstofftank 6 verfügt über eine Tankentlüftung 12 sowie über eine Auslassleitung 14 zur Entnahme des Kraftstoffes 8. Die Auslassleitung 14 ist mit einer Vorpumpe 16 verbunden und weist ein Absperrventil bzw. ein Hauptventil 18 zum Auf- bzw. Zusteuern der Auslassleitung 14 auf, das als ein 2/2-Wegeventil ausgeführt ist. In seiner ersten Arbeitsstellung 1, die den Fail-Safe-Mode darstellt, ist das Hauptventil 18 zugesteuert und dem Kraftstofftank 6 kann kein Kraftstoff 8 entnommen werden. In seiner gezeigten zweiten Arbeitsstellung 2 ist das Hauptventil 18 aufgesteuert und dem Kraftstofftank 8 kann Kraftstoff 6 entnommen werden.
Die Vorpumpe 16 steht mit einem Getriebe 20 in Verbindung und ist mit einer Kraftstoffleitung 22 verbunden, die in ein Kraftstoffverteilersystem 24 einer Brennkammer 26 mündet. Zur Vermeidung von Verunreinigungen des Kraftstoffes 8 in der Kraftstoffleitung 22 ist in dieser ein Filter 28 angeordnet. Stromabwärts des Filters 28 ist eine Zahnradpumpe 30 vorgesehen, die über das Getriebe 20 ansteuerbar ist. Zur Zumessung der Kraftstoffmenge, die dem Verteilersystem 24 zugeführt werden soll bzw. wird, ist der Zahnradpumpe 30 eine Kraftstoffzumesseinrichtung 32 mit einer Überlaufleitung 34 nachgeschaltet. Die Überlaufleitung 34 mündet stromaufwärts des Filters 28 in die Kraftstoffleitung 22 und ermöglicht die Rückführung einer überschüssigen Kraftstoffmenge. Stromaufwärts der Kraftstoffzumesseinrichtung 32 sind ein oder mehrere kraftstoffhydraulische Aktuatoren 36 mit elektrohydraulischen Servoventilen 38 über eine oder mehrere Abzweigleitungen 40 mit der Kraftstoffleitung 22 verbunden. Der kraftstoffhydraulische Aktuator 36 weist einen Kolben 42 auf, der in einem Zylinder 44 verfahrbar geführt ist. Über eine Aktuatorleitung 46, die sich von dem elektrohydraulischen Servoventil 38 erstreckt und stromaufwärts des Filters 28 in die Kraftstoffleitung 22 mündet, kann der Kraftstoff 8 zurück in die Kraftstoffleitung 22 geführt werden. Zur Steigerung eines Kraftstoffdruckes für den Aktuator 36, des Servoventils 38, sowie weiterer in der Kraftstoffzumesseinrichtung 32 integrierten Ventilen wie Zumessventil, Triebwerkabschaltventil und Triebwerk-Notabschaltventil, ist der Kraftstoffzumesseinrichtung 32 ein Druckerhöhungsventil 48 nachgeschaltet, das über eine Steuerleitung 50 mit der Aktuatorleitung 46 in Wirkverbindung steht. Zur Erzeugung eines Wärmeaustausches zwischen dem Kraftstoff 8 und einem in dem Ölsystem 4 geführten Öl 56 ist in der Kraftstoffleitung 22 zwischen der Vorpumpe 20 und dem Filter 28 ein Wärmetauscher 52 angeordnet. Der Wärmetauscher 52 kann auch in einer anderen Position, zum Beispiel hinter dem Druckerhöhungsventil 48, angeordnet sein.
Das Ölsystem 4 verfügt sehr vereinfacht dargestellt über einen Öltank 54 zur Aufnahme des Öls 56, einen Auslasskanal 58 zur Entnahme des Öls 56 sowie einen Einfüllkanal 60 zur Tankbefüllung. Des Weiteren weist der Öltank 54 einen Überlaufkanal 62, einen Drainagekanal 64 beispielsweise zur Probenentnahme, einen Tankentlüftungskanal 66 sowie einen Ölstandssensor 68 auf. Der Auslasskanal 58 ist mit einer Förderpumpe 70 verbunden, die mit dem Getriebe 20 in Wirkverbindung steht. Von der Förderpumpe 70 erstreckt sich zumindest ein Ölkanal 72 zu Lagerkammern und Getrieben 74 des Triebwerks sowie zu einem Startaggregat bzw. Generator 76. Das Startaggregat bzw. der Generator 76 stellt jedoch nicht zwangsläufig einen Teil des Ölsystems 4 dar, sondern kann ein eigenes Ölsystem aufweisen. Der Ölkanal 72 ist durch den Wärmetauscher 52 geführt und weist stromaufwärts des Wärmetauschers 52 einen Filter 78 zur Vermeidung von Verunreinigungen auf. Die Lager und Zahnräder in den Lagerkammern und Getrieben 74 sowie der Generator 76 verfügen über jeweils einen Absaugkanal 80, 82, der jeweils zu dem Öltank 54 geführt und in der jeweils eine entsprechende Absaugpumpe 84 angeordnet ist. Des Weiteren verfügen die Lagerkammern und Getriebe 74 sowie das Startaggregat 76 und der Öltank 54 über Entlüftungskanäle 86, 88, 66 zur Ableitung von Öl, Lagerkammer-Sperrluft, die zum Beispiel mit höherem Druck eine Dichtheit von z. B. Spalt-, Bürsten-, Labyrinth- oder Gleitringdichtungen 96, 98 zwischen Lagerkammern und Hauptwellen gewährleistet, und sonstigen Gasdämpfen, die in Fluidverbindung mit einer Zentrifugal-Ölabscheider 90 stehen. Der Ölabscheider 90, der mit dem Getriebe 20 in mechanischer Wirkverbindung steht, hat einen Leitungskanal 92 zur Rückführung des in der Entölungseinrichtung 90 abgeschiedenen Öls 56 in den Öltank 54 sowie einen Entlüftungskanal 94 zur Abgabe der Lagerkammer-Sperrluft und Gasdämpfe. Um zu vermeiden, dass über die Lagerkammern und Getriebe 74 sowie das Startaggregat 76 Luft in das Ölsystem 4 eindringen kann, sind diese über entsprechende Dichtungen 96, 98 quasi hermetisch abgeschlossen. Diese werden von außerhalb der Luftkammern 74 mit Sperrluft bedrückt. Der dadurch bewirkte Luftstrom in den Kammern 74 verhindert ein Austreten von Öl 56 durch die Dichtungen 96, 98.
Bei den vorbeschriebenen bekannten Öl- und Kraftstoffsystemen werden die Pumpen 16, 30, 70, 84 sowie der Ölabscheider 90 über ein bzw. jeweils ein Getriebe 20 angesteuert, das mit einer Triebwerkswelle, insbesondere einer Hochdruckwelle des Triebwerks, in Wirkverbindung steht. Ebenso wird der elektrische Generator/Starter 76 über ein bzw. das Getriebe 20 und somit über die Triebwerkswelle angetrieben. Folglich weisen die Kraftstoffpumpen 16, 30 sowie die Ölpumpen 70, 84 eine Geschwindigkeit auf, die proportional zur Drehgeschwindigkeit der Triebwerkswelle ist. In der optionalen Funktion als Starter versetzt der Generator/Starter 76 die Triebwerkswelle über das Getriebe 20 in Rotation. Statt des elektrischen Starters 76 wird häufig ein nicht gezeigter Luftturbinenmotor zum Starten verwendet.
Ein jüngeres Konzept eines Öl- und eines Kraftstoffsystems ist in 2 gezeigt. Vergleiche hierzu auch die deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 051 498 A1 der Anmelderin. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten Ölsystem 4 und Kraftstoffsystem 2 weisen diese jüngeren Systeme 2, 4 jeweils einen Elektromotor 102, 104 zum Antreiben der Kraftstoffpumpen 16, 100 bzw. der Ölpumpen 70, 84 sowie der Entölungseinrichtung 90 auf. Dabei ist kraftstoffseitig die stromabwärts gelegene bisherige Zahnradpumpe 30 als eine einstellbare Verdrängerpumpe 100 ausgebildet. Zusätzlich ist die herkömmliche Kraftstoffzumesseinrichtung 32 durch die Pumpe 100 und eine dem Druckerhöhungsventil 48 zur Steigerung des Kraftstoffdruckes nachgeschaltete Kraftstoffdurchsatzmesseinrichtung 106 ersetzt. Aufgrund der Einstellbarkeit der Verdrängerpumpe 100 kann auf eine Überlaufleitung 34 verzichtet werden. Das interne bzw. externe Startaggregat 76 wird unter Zwischenschaltung eines Getriebes über eine Welle des Triebwerks angetrieben. Optional können die Hochdruckwelle und Niederdruckwelle des Triebwerks mit direkt angetrieben, vorderen oder hinteren Generatoren oder Starter-Generatorn versehen sein. Dieses jüngere Konzept erlaubt die variable und individuelle Einstellung der Fördermengen der Öl- und Kraftstoffpumpen 70, 84, 16, 100. Problematisch ist jedoch, dass auch bei diesem Konzept erhebliche Wartungskosten auftreten, da beispielsweise der Fluidaustausch insbesondere des Kraftstoffsystems aufwendig ist und die Lager nach wie vor regelmäßig wie eingangs beschrieben mit Öl benetzt und durchgedreht werden müssen. Ebenso ist die Überwachung der Systeme und insbesondere die der Qualität des Konservierungsfluids aufwendig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Konservieren von Fluidsystemen, beispielsweise eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems eines Turbinentriebwerks, das die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine vollautomatisierte bzw. nahezu vollautomatisierte Konservierung erlaubt, ein Triebwerk, das automatisiert konserviert werden kann, sowie ein Verfahren zur Durchführung einer derartigen Konservierung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Triebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Konservieren von Fluidsystemen, beispielsweise eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems eines Turbinentriebwerks, hat zumindest einen Antrieb zum Antreiben zumindest einer Kraftstoffpumpe und zumindest einer Ölpumpe. Der Antrieb kann direkt oder über eine angetriebene Triebwerkswelle und ein damit und mit den Pumpen verbundenen Getriebes erfolgen. Erfindungsgemäß ist eine Ventilanordnung vorgesehen, die ein Umpumpen eines Fluids zwischen den Fluidsystemen ermöglicht. An der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere vorteilhaft, dass das Kraftstoffsystem und das Ölsystem in Fluidverbindung miteinander stehen können, so dass das Fluid zumindest aus dem einen Fluidsystem, beispielsweise dem Ölsystem, in das andere Fluidsystem, beispielsweise dem Kraftstoffsystem, gefördert werden kann. Dies ermöglicht einen vereinfachten Flüssigkeitsaustausch, der mit reduzierten Wartungs- und Personalkosten verbunden ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist jeweils eine Zirkulation des Fluids in den Fluidsystemen ermöglicht, was signifikant den Automatisierungsgrad steigert. Hierzu ist zum Beispiel ein bzw. das Kraftstoffsystem derart zu modifizieren, dass eine Umwälzung des Fluids in dem Kraftstoffsystem überhaupt möglich ist. Die Umwälzung des Fluids in dem Kraftstoffsystem ersetzt die teuren, aufwendigen und gefährlichen Bodenläufe, da nun die Kraftstoffsystemkomponenten durch das zirkulierende Fluid geschützt werden. Dabei lässt sich ein versehentliches Zusammenschalten der beiden Fluidsysteme im Betrieb durch eine geeignete Sicherungseinrichtung verhindern. Zum Beispiel können Ventile der Ventilanordnung so ausgeführt sein, dass sie sich in ihrem Fail-Safe-Modus in ihrer jeweiligen Schließ- bzw. Sperrstellung befinden, in der jegliche Fluidkommunikation über die Ventile zwischen den Fluidsystemen unterbrochen ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Druckentlastung des einen Fluidsystems über das andere Fluidsystem, wodurch zum Beispiel die Anzahl notwendiger Schnittstellen der Systeme zur Außenumgebung reduziert werden kann.
Um Verunreinigungen des Fluids und somit Beschädigungen der Fluidsysteme und deren Elementen bzw. Komponenten zu verhindern ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine Reinigungseinrichtung zum Abtrennen und Ausscheiden von Verunreinigungen aus dem Fluid vorgesehen ist. Zum Beispiel kann eine Heizeinrichtung in den Fluidsystemen angeordnet sein, die eine Erwärmung des Fluids auf über ca. T_Fluid > 100°C, beispielsweise 120°C, ermöglicht, so dass angesammeltes Wasser verdampft und darüber hinaus eine Abtötung von biologischen Verunreinigungen erfolgt. Zur Entnahme des Wasserdampfes können entsprechende Entlüftungsventile vorgesehen sein. Die Qualität des Fluids kann dabei während der Konservierung über zumindest eine Messeinrichtung mit einer Messsensorik kontrolliert werden.
Die Konservierung lässt sich weiter automatisieren, wenn eine Entnahmeeinrichtung zur Entnahme des Fluids aus den Fluidsystemen und/oder einer Fluidwechseleinrichtung zum Wechseln von Altfluid gegen Frischfluid in den Fluidsystemen vorgesehen ist. Die Entnahmeeinrichtung kann dabei sowohl zur Entnahme von Fluidproben für Laboruntersuchungen als auch zum vollständigen Ablassen des Fluids aus zumindest einem der Fluidsysteme als Vorbereitung einer Inbetriebnahme dienen. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn eine Befüllungseinrichtung zum Nachfüllen des Fluids in den Fluidsystemen vorgesehen ist.
Um eine Fehlfunktion bzw. Beschädigung der Systemkomponenten bzw. der Vorrichtung an sich rechtzeitig zu erkennen, ist es vorteilhaft, wenn eine Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Vorrichtungs- und Ventilanordnungselemente vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt grundsätzlich die vollautomatische Konservierung und Inbetriebnahme eines Motors mit zwei oder mehreren an sich getrennten Fluidsystemen, die zur Konservierung mit demselben Konservierungsfluid befüllt werden. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Lösung für die vollautomatische Konservierung und Inbetriebnahme eines Motors, beispielsweise auch eines Schiffsmotors oder einer stationären Gasturbine, mit zwei oder mehreren an sich getrennten Fluidsystemen, durch die in vorgegebenen Intervallen zum Schutz vor Korrosion und Dichtungsleckagen dasselbe Konservierungsfluid umgewälzt wird. Dennoch erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine manuelle Konservierung, wobei die Konservierung unabhängig von ihrem Automatisierungsgrad bei Lagerung des Triebwerks an einem Flugzeug von zum Beispiel einer Triebwerkssteuereinheit (ECU) gesteuert und kontrolliert werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Triebwerk weist ein Ölsystem und ein Kraftstoffsystem auf, die zum Zwecke der Konservierung fluidtechnisch zusammenschaltbar sind, so dass zum Beispiel das Kraftstoffsystem über das Ölsystem mit einem Konservierungsfluid versorgt werden kann. Darüber hinaus kann das Konservierungsfluid in dem Kraftstoffsystem und in dem Ölsystem zirkulieren bzw. umgewälzt werden, so dass Bodenläufe des Triebwerks entfallen können. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Konservierungsfluid dem Betriebsöl in dem Ölsystem entspricht und dieses hinsichtlich seines Zustandes bzw. seiner Alterung regelmäßig überprüft und wenn notwendig durch Frischöl ersetzt bzw. mit Frischöl vermischt wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Konservieren von Fluidsystemen, beispielsweise eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems, mit zumindest einem Antrieb zum Antreiben zumindest einer Kraftstoffpumpe und zumindest einer Ölpumpe zum Fördern von Kraftstoff bzw. Öl durch das Kraftstoffsystem bzw. durch das Ölsystem wird zuerst der Kraftstoff aus dem Kraftstoffsystem entfernt. Dann wird zumindest ein Teilstrom des Öls aus dem Ölsystem oder einem externen Tank in das Kraftstoffsystem gefördert. Anschließend wird das Öl zur Konservierung in dem Kraftstoffsystem umgepumpt. Ebenso wird das Öl in dem Ölsystem zur Konservierung umgepumpt. Dieses Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass die Konservierung beider Fluidsysteme automatisiert und somit kostengünstig in regelmäßigen Intervallen durchgeführt werden kann.
Zur Konservierung der Lager und Getriebe können die Hauptwellen bzw. Triebwerkswellen mit dem Starter/Generator durchgedreht werden. Haben nicht alle Hauptwellen einen Starter/Generator, der sich zum Durchdrehen als Motor schalten lässt, so kann eine mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Verbindung zwischen den Wellen hergestellt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden vor Inbetriebnahme der Strömungsmaschine nach einer Konservierung das Ölsystem und das Kraftstoffsystem gegeneinander abgesperrt und das Öl in dem Kraftstoffsystem wird durch Kraftstoff ersetzt, wobei es in einem externen Tank gesammelt wird. Das Öl in dem Kraftstoffsystem kann jedoch auch in den Kraftstofftank geführt und dort mit zugeführten Kraftstoff vermischt und anschließend verbrannt werden.
Zum Abscheiden von Wasser und zum Abtöten von Bakterien, Pilzen und dergleichen kann das Öl auf eine ungefähre Temperatur T > 100°C, beispielsweise 120°C, erhitzt werden.
Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes herkömmliches Kraftstoffsystem und Ölsystem eines Turbinentriebwerks,
2 ein zweites herkömmliches Kraftstoffsystem und Ölsystem eines Turbinentriebwerks,
3 eine erste erfindungsgemäße Vorrichtung zum Konservieren eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems,
4 eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zum Konservieren eines Kraftstoffsystems und eines Ölsystems,
5 und 6 Tabellen, in denen Betriebsmodi der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele nach den 3 und 4 aufgeführt sind, und
7 eine Variante eines Ölventils zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen dem Kraftstoffsystem und dem Ölsystem.
Gemäß der Darstellung in 3 basiert die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auf den in 2 beschriebenen Kraftstoffsystem und Ölsystem, so dass für die gleichen Elemente die gleichen Bezugsziffern verwendet werden und Erläuterungen bzgl. dieser bekannten Elemente im Wesentlichen entfallen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist jedoch eine Ventilanordnung auf, die ein Umpumpen eines Fluids zwischen den Fluidsystemen 2, 4 ermöglicht. Dabei zeigt 3 die Vorrichtung 1 zur Konservierung der Fluidsysteme 2, 4 eines Triebwerks, wenn dieses an einem Flugzeug montiert ist und sich im Betrieb befindet, in dem die Fluidsysteme 2, 4 mit ihrem jeweiligen Fluid getrennt voneinander betrieben werden (Ölventil 108 Schließstellung A, Fluidventil 120 Schließposition I).
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 hat ein Wegeventil 108, über das das Öl 54 aus dem Ölsystem 4 in das Kraftstoffsystem 2 eingespeist werden kann. Das Wegeventil 108, das im Folgenden als Ölventil bezeichnet wird, ist als 3/3-Wegeventil mit zwei Einlassanschlüssen, einem Auslassanschluss und drei Schaltstellungen ausgeführt. An dem einen einlassseitigen Anschluss ist eine Versorgungsleitung 110 angeschlossen, die sich von dem Ölkanal 72 erstreckt. Der andere einlassseitige Anschluss ist über eine Tankleitung 112 mit einem externen Tank verbindbar (s. 4). Von dem auslassseitigen Anschluss erstreckt sich eine Ventilleitung 114, die stromabwärts des Absperrventils 18 in die Auslassleitung 14 mündet, wobei zur Verhinderung einer Einleitung des Öls 56 in den Kraftstofftank 6 über das Absperrventil 18 zwischen dem Absperrventil 18 und dem Mündungsbereich der Ventilleitung 114 ein Rückschlagventil 116 angeordnet ist.
In seiner gezeigten ersten Schaltstellung A, die den Fail-Safe-Mode darstellt, ist das Ölventil 108 zugesteuert und das Öl 56 aus dem Ölsystem 4 kann nicht in das Kraftstoffsystem 2 umgepumpt werden. In seiner zweiten Schaltstellung B ist die Tankleitung 112 gesperrt und die Versorgungsleitung 110 aufgesteuert, so dass das Öl 56 aus dem Ölkanal 72 in das Kraftstoffsystem 2 abströmt. In seiner dritten Schaltstellung C ist die Versorgungsleitung 110 zugesteuert und die Tankleitung 112 aufgesteuert, so dass das Öl 56 aus einem externen Tank in das Kraftstoffsystem 2 geleitet werden kann.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ein 4/4-Wegeventil 120 mit einem einlassseitigen Anschluss, drei auslassseitigen Anschlüssen und vier Schaltpositionen auf. Im Folgenden wird das Wegeventil 120 als Fluidventil bezeichnet.
An den einlassseitigen Anschluss ist eine Ausgangsleitung 118 angeschlossen, die sich von dem Verteilersystem 24 der Brennkammer 26 erstreckt. Dabei verhindern Überdruckventile 125, dass Fluid in die Brennkammern austritt.
An dem einen auslassseitigen Anschluss ist eine Zirkulationsleitung 122 angeschlossen, die stromabwärts des Rückschlagventils 116 in die Auslassleitung 14 des Kraftstofftanks 6 mündet. Somit kann das Fluid bzw. Öl 56 innerhalb des Kraftstoffsystems 2 zur Konservierung zirkulieren bzw. umgewälzt werden. Zur Erwärmung des Öls 56 beim Umwälzen ist in der Zirkulationsleitung 122 eine Heizeinrichtung 132 mit einem nachgeschalteten Rückschlagventil 134 angeordnet, das verhindert, dass im Normalbetrieb (3) Kraftstoff oder beim Einleiten des Öls 56 über das Ölventil 108 das Öl 56 in Richtung der Heizeinrichtung 132 fließt. Der beim Erwärmen des Öls 56 in der Heizeinrichtung 132 entstehende Wasserdampf kann über ein Entlüftungsventil 138, das in einer Überdruckleitung 140 angeordnet ist, die sich von der Heizeinrichtung 132 weg erstreckt und in eine Kraftstofftankleitung 130 mündet, abgelassen werden. Zur Messung der Qualität des Öls bzw. Fluids 56 ist in der Zirkulationsleitung 122 stromaufwärts der Heizeinrichtung 132 eine entsprechende Messeinrichtung 136 angeordnet.
Die Kraftstofftankleitung 130 erstreckt sich von der Zirkulationsleitung 122 stromabwärts der Heizeinrichtung 132 und mündet in den Kraftstofftank 6. In der Kraftstoffleitung 130 ist ein Rückschlagventil 126 angeordnet, das als Druckentlastungsventil für die Zirkulationsleitung 122 dient und gleichzeitig eine Rückströmung von der Kraftstoffleitung 130 in die Zirkulationsleitung 122 verhindert.
Zusätzlich erstreckt sich stromabwärts des Druckentlastungsventils 126 bzw. des Kraftstofftanks 6 von der Kraftstofftankleitung 130 eine Druckentlastungsleitung 124, die in den Öltank 54 mündet und in der ebenfalls ein als Rückschlagventil ausgebildetes Druckentlastungsventil 128 angeordnet ist. Dieses Ventil 128 dient der Druckentlastung des Kraftstoffsystems 2 bei Triebwerkslagerung im Container, also ohne Kraftstofftank 6. Bei laufendem Triebwerk im Flugzeug wäre dagegen eine Druckentlastung des Kraftstoffsystems 2 in das Ölsystem 4 nicht zulässig. Da der Druck in dem Öltank 54 immer gleich oder größer als im Kraftstofftank 6 ist, ist nur ein kleiner Öffnungsdruck für das Druckentlastungsventil 128 notwendig.
An dem zweiten auslassseitigen Anschluss des Fluidventils 120 ist eine Rückführleitung 142 angeschlossen, die stromabwärts des Druckentlastungsventils 126 in die Kraftstofftankleitung 130 mündet, so dass das Öl 56 in den Kraftstofftank 6 geführt werden kann.
An dem dritten auslassseitigen Anschluss des Fluidventils 120 ist eine Drainageleitung 144 zum Ablassen des Fluids bzw. zur Entnahme einer Fluidprobe angeschlossen.
In seiner gezeigten ersten Schaltposition I, die den Fail-Safe-Modus darstellt, ist das Fluidventil 120 zugesteuert, so dass in Kombination mit dem sich in seiner Schließstellung A befindenden Ölventil 108 die beiden System 2, 4 gegeneinander abgesperrt sind und einzeln betrieben werden. D. h., in dem Ölsystem 4 wird das Öl zur Schrnierung umgepumpt und im Kraftstoffsystem 2 wird der Kraftstoff 8 in der Brennkammer 26 verbrannt. In seiner zweiten Schaltposition II ist die Rückführleitung 142 aufgesteuert und das Konservierungsöl 56 kann in den Kraftstofftank 6 bzw. Kraftstoff kann in den Kraftstofftank 6 gefördert werden, wenn er durch Konservierungsöl ersetzt wird. Gleichzeitig ist das Kraftstoffsystem 2 über die Druckentlastungsventile 126, 128 und zum Kraftstofftank 6 druckentlastet und zum Öltank 54 gesperrt. Die übrigen auslassseitigen Anschlüsse sind zugesteuert. In seiner dritten Schaltposition III ist die Zirkulationsleitung 122 aufgesteuert und das Öl 56 kann in dem Kraftstoffsystem 2 über die Heizeinrichtung 132 erwärmt und umgewälzt werden. Gleichzeitig ist das Kraftstoffsystem 2 über die Druckentlastungsventile 126, 128 sowie über das Entlüftungsventil 138 zum Kraftstofftank 2 druckentlastet und zum Öltank 54 gesperrt. Die übrigen auslassseitigen Anschlüsse sind zugesteuert. In seiner vierten Schaltposition IV ist die Drainageleitung 144 aufgesteuert und das Öl 56 kann in einen externen Tank geführt werden. Ebenso kann in dieser Schaltposition eine Ölprobe entnommen werden. Die übrigen auslassseitigen Anschlüsse sind zugesteuert.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im Bereich des Öltanks 54 eine Heizeinrichtung 146 zum Erwärmen des abgepumpten Öls 56 auf. Zur Messung der Qualität des Fluids 56 ist in dem Ölkanal 42 zwischen den Lagerkammern 74 und dem Startaggregat 76 eine entsprechende Messeinrichtung 148 angeordnet. Ferner sind die Lagerkammern und Getriebe 74 mit Gleitringdichtungen 150 versehen. Die Gleitringdichtungen sind jedoch nicht zwingend, lediglich bevorzugt, da sie verlässlich das Eindringen von Schmutzwasser, etc. in die Lagerkammern verhindern im Gegensatz zu berührungslosen Spaltdichtungen wie zum Beispiel Labyrinthdichtungen. Um zu verhindern, dass über den Entlüftungskanal 94 des Ölabscheiders 90 Feuchtigkeit bzw. sonstige Verunreinigungen in die Vorrichtung 1 eindringen können, ist in dem Entlüftungskanal 94 ein Rückschlagventil 152 angeordnet, das in Richtung des Ölabscheiders 90 gesperrt ist.
4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Konservieren eines Kraftstoffsystems 2 und eines Ölsystems 4 eines Turbinentriebwerkes, wenn das Triebwerk demontiert von einem Flugzeug in einem Container gelagert ist. Aufgrund der getrennten Lagerung des Triebwerkes von dem Flugzeug ist der Kraftstofftank 6 nicht dargestellt. Stattdessen ist das Ölsystem 4 mit einem Ölservicepanel 154 verbunden, das über einen Drainageschlauch 156 mit dem Drainagekanal 64, über einen Überlaufschlauch 158 mit dem Überlaufkanal 62, über einen Einfüllschlauch 160 mit dem Einfüllkanal 60 sowie über einen Einfüllschlauch 162 mit der Tankleitung 112 des Ölventils 108 verbunden ist. Darüber hinaus ist das Ölservicepanel 154 mit der Drainageleitung 114 des Ölventils 108 in Fluidverbindung bringbar. Das Ölservicepanel 154 dient insbesondere zur Überwachung und Steuerung bzw. Regelung der Konservierung, der Überwachung der Vorrichtungselemente wie Pumpen 16, 100, 70, 84, Ventile 108, 120, ... und für die Bereitstellung von externer fluider oder elektrischer Energie.
Die notwendige elektrische Energie zur Ansteuerung der elektrischen Antriebe 102, 104 erfolgt bei Lagerung des Triebwerks in einem Container über eine externe Stromquelle bzw. bei Lagerung des Triebwerks an dem Flugzeug alternativ auch über eine Hilfsturbine (APU) des Flugzeugs. Wartungsanweisungen und Wartungspläne der Konservierung sind über das Oilservicepanel 154 in dem Container oder über entsprechende Anzeigen und Vorrichtungen des Flugzeugs entnehmbar sowie programmierbar.
Zusätzlich sind Kontrollfunktionen vorgesehen, die den technischen Zustand der Ventilanordnung regelmäßig überprüfen. Hierzu gehört z. B. die Kontrolle der elektrischen Antriebe 102, 104 zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpen 16, 100 sowie der Ölpumpen 70, 84 und der Entölungseinrichtung 90. Des Weiteren wird geprüft, ob das Hauptventil 18 (in 4 nicht gezeigt) während einer Saugbefüllung des Kraftstoffsystems 2 mit dem Fluid aus einem externen Tank geschlossen ist. Ebenso werden zumindest die Schaltstellungen des Ölventils 108 und des Fluidventils 120 geprüft.
Bei einer Kraftstoff- oder Ölspülung des elektrohydraulischen Aktuators 36 wird der Kolben 42 über seinen gesamten Hub in dem Zylinder 44 bewegt, so dass sichergestellt ist, dass das vorherige Fluid ersetzt wird. Ebenso wird der Kolben 42 bei einem Konservierungslauf über seinen gesamten Hub verfahren. Hierdurch wird erreicht, dass sämtliche Oberflächen und Dichtungen mit dem Fluid 56 benetzt werden und das Fluid in dem Kraftstoffsystem 2 ausgetauscht wird.
Zur Konservierung der Lager und Getriebe 74 werden die Hauptwellen mit dem Starter/Generator durchgedreht. Haben nicht alle Hauptwellen einen Starter/Generator 76, der sich zum Durchdrehen als Motor schalten lässt, so muss eine mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Verbindung zwischen den Wellen hergestellt werden.
Die Rückschlagventile 116, 134, die Druckentlastungsventile 126, 128, das Überdruckventil 138 sowie das Druckerhöhungsventil 106 werden durch den Öldruck in dem Kraftstoffsystem 2 und dem Ölsystem 4 betätigt. Das Überdruckventil 152 wird durch den Druck von Luft und Dampf im Öltank 54, den Kammern 74, 76 und dem Ölabscheider 90 betätigt.
Im Folgenden werden beispielhafte Betriebsmodi der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 erläutert:
Konservierung nach Instandsetzung, einer Überholung, einer Reparatur oder dergleichen in einem Container
Nach der Herstellung, einer Instandsetzung, einer Überholung, einer Reparatur oder dergleichen wird das Triebwerk beispielsweise in einem Container gelagert (vgl. 4, Tabelle 1, Modus 1). Das Ölsystem 4 und das Kraftstoffsystem 2 sind mit einem Konservierungsmittel bzw. Öl befüllt und das Kraftstoffsystem 2 ist zum Öltank 54 entlüftet. Die Ölkanäle 60, 62, 64 des Öltanks 54 sind mit dem Ölservicepanel 154 verbunden. Das Überdruckventil 152 in dem Entlüftungskanal 94 der Entölungseinrichtung 90 ist mit einem Ausgangsanschluss des Containers verbunden. Des Weiteren ist das Triebwerk mit einer entsprechenden Stromversorgung des Containers verbunden.
Bei einem in regelmäßigen Abständen durchzuführenden Konservierungslauf werden die Triebwerkswellen, die Kraftstoffpumpen 16, 100 sowie die Ölpumpen 70, 84 und der Ölabschneider 90 durch die elektrische Antriebe 102, 104 regelmäßig in Rotation versetzt. Gleichzeitig wird das Öl 56 in dem Ölsystem 4 und dem Kraftstoffsystem 2 oberhalb einer Verdampfungstemperatur des sich in dem Öl angelagerten Wassers, beispielsweise T_Öl > 120°C, erhitzt. Des Weiteren werden, wenn keine Messeinrichtungen 136, 148 vorgesehen sind, periodische Ölproben für Laboruntersuchungen durchgeführt. Hierzu wird das Ölventil 108 in seine Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV überführt (Tabelle 1, Modus 2) und die Ölproben werden aus der Leitung 144 entnommen. Ölproben des Ölsystems 4 werden aus der Leitung 156 am Ölservicepanel 154 entnommen.
Wenn ein Nachrillen des Fluids 56 notwendig ist, so erfolgt dies durch eine Überführung des Ölventils 108 in seine Schaltstellung B und des Fluidventils 120 in seine Schaltposition II bzw. durch eine Überführung des Ölventils 108 in seine Schaltstellung A. Das Fluidventil 120 kann sich dabei in jeder beliebigen Arbeitsstellung befinden (Tabelle 1, Modi 3 und 4).
Wenn das Öl 56 in dem Kraftstoffsystem 2 gewechselt werden muss, kann dies auf zwei verschiedene Arten erfolgen. Erstens kann das Frischöl aus einem externen Tank entnommen und das Altöl in einen externen Tank geführt werden. Dabei befindet sich das Ölventil 108 in der Schaltstellung C und das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition IV (Tabelle 1, Modus 5). Zweitens kann das Frischöl aus dem Öltank 54 entnommen und das Altöl in einen externen Tank geführt werden. Hierzu befindet sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition IV (Tabelle 1, Modus 6).
Zum Wechseln des Öls 56 in dem Ölsystem 4 wird das Ölventil 108 in seine Schaltstellung A gebracht, so dass die Ventilleitung 114 zum Kraftstoffsystem 2 zugesteuert ist. Das Öl wird aus dem Drainagekanal 64 abgelassen, welche mit dem Drainageschlauch 156 des Ölservicepanels 154 verbunden ist. Somit kann sich das Fluidventil 120 in einer beliebigen Schaltposition befinden (Tabelle 1, Modus 7).
Die erfindungsgemäße Konservierung erlaubt, dass das Triebwerk jederzeit ohne ein Austauschen irgendwelcher Fluide aus dem Container entnommen und an einem Flugzeug installiert werden kann. Es sind im Prinzip lediglich die Versorgungsleitungen zum Ölservicepanel 154, des Entlüftungskanals 94 sowie der Drainageleitung 144 zu trennen.
Installation des Triebwerks aus dem Container an einem Flugzeug zur Konservierung
Das Ölsystem 4 sowie das Kraftstoffsystem 2 sind mit einem Konservierungsöl bzw. Öl 56 befüllt und das Kraftstoffsystem 2 wird über die Kraftstofftankleitungen 14 und 130 mit dem Kraftstofftank 6 verbunden (vgl. 3). Die notwendigen Ölsystemservicekanäle 60, 62, 64 am Öltank 54 sind über Serviceklappen am Flugzeug zugänglich. Der Entlüftungskanal 94 des Ölsystems 4 wird mit einem flugzeugseitigen Entlüftungsanschluss verbunden. Die Triebwerkssteuereinheit (ECU) wird mit dem Flugzeug verbunden. Des Weiteren wird das Triebwerk an die elektrische Stromversorgung des Flugzeugs angeschlossen.
Bei einem Konservierungslauf am Flugzeug werden die Triebwerkswellen, die Kraftstoffpumpen 16, 100, die Ölpumpen 70, 84, der Ölabscheider 90 sowie der kraftstoffhydraulische Aktuator 36 regelmäßig gedreht bzw. bewegt. Ebenso wird das Öl 56 in dem Ölsystem 4 und dem Kraftstoffsystem 2 regelmäßig erhitzt. Bei diesem Konservierungslauf befindet sich das Hauptventil 18 in einer beliebigen Arbeitsstellung, das Ölventil 108 in der Schaltstellung A und das Fluidventil 120 in der Schaltposition III (Tabelle 2, Modus 11).
Wenn die Vorrichtung 1 über keine integrierten Messeinrichtungen bzw. Messsensoren 136, 148 zur Kontrolle der Ölqualität verfugt, werden durch eine Überführung des Ölventils 108 in seine Schaltstellung B und des Fluidventils 120 in seine Schaltposition IV in regelmäßigen Abständen Ölproben für Laboruntersuchungen aus dem Kraftstoffsystem 2 entnommen. Das Hauptventil 18 befindet sich dabei in einer beliebigen Arbeitsstellung (Tabelle 2, Modus 14). Ölproben aus dem Ölsystem 4 werden aus dem Drainagekanal 64 des Öltanks 54 entnommen.
Das Nachfüllen von Öl in das Kraftstoffsystem 2 mit Öl 56 aus dem Öltank 54 kann dadurch erreicht werden, dass das Ölventil 108 in seine Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seine Schaltposition II überführt wird. Diese Art der Nachfüllung erfolgt unabhängig von der Stellung des Hauptventils 18 (Tabelle 2, Modus 15). Der Öltank 54 kann mit Frischöl aus einem externen Tank aufgefüllt werden. Hierzu ist das Ölventil 108 in seine Schließstellung A zu überführen und das Ölsystem 4 zum Kraftstoffsystem 2 abzusperren. Diese Art der Nachfüllung erfolgt unabhängig von dem Fluidventil 120 und dem Hauptventil 18 (Tabelle 2, Modus 16).
Beim Ölwechsel im Kraftstoffsystem 2 kann das Altöl auf zwei Arten durch Frischöl ersetzt werden. Erstens kann in einen externen Tank das Altöl abgelassen und durch Frischöl aus einem externen Tank ersetzt werden. Hierzu ist das Ölventil 108 in seine Schaltstellung C, das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV sowie das Hauptvenil 18 in seine Arbeitsstellung I zu überführen (Tabelle 2, Modus 17). Zweitens kann das Altöl in dem Kraftstoffsystem 2 durch Frischöl aus dem Öltank 54 ersetzt werden und dabei das Altöl in einen externen Tank abgelassen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ölventil 108 in seine Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV überführt wird. Das Hauptventil 18 kann sich in einer beliebigen Arbeitsstellung befinden (Tabelle 2, Modus 18).
Zum Wechseln des Öls 56 in dem Ölsystem 4 wird das Ölventil 108 in seine Schließstellung A gebracht, so dass die Ventilleitung 114 zum Kraftstoffsystem 2 zugesteuert ist. Das Öl wird aus dem Drainagekanal 64 abgelassen. Somit können sich das Hauptventil 18 und Fluidventil 120 in einer beliebigen Schaltposition befinden (Tabelle 2, Modus 19).
Vorbereitung der Inbetriebnahme des am Flugzeug konservierten Triebwerks
Zur Vorbereitung des am Flugzeug installierten und zuvor konservierten Triebwerks für eine Inbetriebnahme muss das Öl 56 aus dem Kraftstoffsystem 2 in einen externen Tank abströmen und durch Kraftstoff 8 aus dem Kraftstofftank 6 ersetzt werden. Hierzu werden die Systeme 2, 4 fluidtechnisch voneinander getrennt. Das Ölventil 108 ist in seine Schaltstellung A, das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV sowie das Hauptventil 18 in seine Arbeitsstellung II zu überführen (Tabelle 2, Modus 12).
Im Falle eines Notfalls, beispielsweise der Inbetriebnahme des Flugzeugs innerhalb weniger Stunden, wird das Öl 56 aus dem Kraftstoffsystem 2 in den Kraftstofftank 6 abgelassen und durch Kraftstoff 8 aus dem Kraftstofftank 6 ersetzt. Hierzu befindet sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung A, das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition II sowie das Hauptventil 18 in seiner Arbeitsstellung 2 (Tabelle 2, Modus 13). Die dabei auftretende Kontamination des Kraftstoffs 8 mit dem Öl 56 kann normalerweise akzeptiert werden. Dies sollte jedoch für jeden Anwendungsfall gegebenenfalls im Voraus durch eine Analyse des Brennverhaltens in den Brennkammern 26 kontrolliert werden.
Nach der Entnahme des Öls 56 aus dem Kraftstoffsystem 2 und der Befüllung des Kraftstoffsystems 2 mit dem Kraftstoff 8 erfolgt die Zündung des Triebwerks. Das Ölventil 108 befindet sich in seiner Schaltstellung A, das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition I und das Hauptventil 18 ist in seine Arbeitsstellung 2 überführt. Das heißt, das Kraftstoffsystem 2 ist von dem Ölsystem 4 fluidtechnisch getrennt und der Kraftstoff 8 kann aus dem Kraftstofftank 6 zum Verteilersystem 24 der Brennkammer 26 geführt werden (Tabelle 2, Modus 8). Gleichzeitig kann das Öl 56 in dem Ölsystem 54 zirkulieren.
Vorbereitung des gelaufenen Triebwerks am Flugzeug und Konservierung
Nach dem Betrieb des Triebwerks kann dieses dadurch einer Konservierung überführt werden, dass der Kraftstoff 8 in den Kraftstofftank 6 geführt wird und durch Öl 56 aus dem Öltank 54 ersetzt wird. Dabei befindet sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition II. Das Hauptventil 18 hat keinen Einfluss auf diesen Verfahrensschritt (Tabelle 2, Modus 9).
Alternativ kann der Kraftstoff 8 in dem Kraftstoffsystem 2 dadurch ersetzt werden, dass dieser in einen externen Tank abströmt und durch Frischöl aus einem externen Tank ersetzt wird. Hierzu ist das Ölventil 108 in seine Schaltstellung C, das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV sowie das Hauptventil 18 in seine Arbeitsstellung 1 zu überführen (Tabelle 2, Modus 10).
Zur Druckbefüllung des Öltanks 54 mit Frischöl aus einem externen Tank wird das Ölventil 108 in seine Schließstellung A überführt und somit die Ventilleitung 114 zugesteuert. Das Fluidventil 120 sowie das Hauptventil 18 haben keinen Einfluss auf diese Art der Druckbefüllung und können sich in einer beliebigen Schaltposition bzw. Arbeitsstellung befinden (Tabelle 2, Modus 16).
Bei einem Konservierungslauf am Flugzeug werden die Triebwerkswellen, die Kraftstoffpumpen 16, 100, die Ölpumpen 70, 84, der Ölabscheider 90 sowie der kraftstoffhydraulische Aktuator 36 regelmäßig gedreht bzw. bewegt. Ebenso wird das Öl 56 in dem Ölsystem 4 und dem Kraftstoffsystem 2 regelmäßig erhitzt. Bei diesem Konservierungslauf befindet sich das Hauptventil 18 in einer beliebigen Arbeitsstellung, das Ölventil 108 in der Schaltstellung A und das Fluidventil 120 in der Schaltposition III (Tabelle 2, Modus 11).
Der Ölwechsel im Kraftstoffsystem 2 kann auf zwei Arten durchgeführt werden. Erstens kann in einen externen Tank das Altöl abgelassen und durch Frischöl aus einem externen Tank ersetzt werden. Hierzu ist das Ölventil 108 in seine Schaltstellung C, das Fluidventil 120 in seine Schaltposition N sowie das Hauptventil 18 in seine Arbeitsstellung I zu überführen (Tabelle 2, Modus 17). Zweitens kann das Altöl in dem Kraftstoffsystem 2 durch Frischöl aus dem Öltank 54 ersetzt und das Altöl in einen externen Tank abgelassen werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ölventil 108 in seine Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV überführt wird. Das Hauptventil 18 kann sich in einer beliebigen Arbeitsstellung befinden (Tabelle 2, Modus 18).
Zum Wechseln des Öls 56 in dem Ölsystem 4 wird das Ölventil 108 in seine Schließstellung A gebracht, so dass die Ventilleitung 114 zum Kraftstoffsystem 2 zugesteuert ist. Das Öl kann aus dem Drainagekanal 64 abgelassen werden. Somit können sich das Hauptventil 18 und Fluidventil 120 in einer beliebigen Schaltposition befinden (Tabelle 2, Modus 19).
Diese Konservierung erlaubt grundsätzlich die sofortige Demontage des Triebwerks vom Flugzeug und die Lagerung in einem Konservierungscontainer ohne einen vorherigen Fluidservice.
Demontage des gelaufenen Triebwerks vom Flugzeug und konservierende Lagerung in einem Container
Der Kraftstoff 8 in dem Kraftstoffsystem 2 wird in einen internen oder externen Tank geführt und durch Öl ersetzt. Dabei kann das Öl 56 zum einen dem Öltank 54 entnommen werden oder aus einem externen Tank zugeführt werden. Bei der Entnahme des Öls 56 aus dem Öltank 54 befindet sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition II. Das Hauptventil 18 kann sich in einer beliebigen Arbeitsstellung befinden (Tabelle 2, Modus 9). Bei der Entnahme des Öls 56 aus einem externen Tank befindet sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung C, das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition IV und das Hauptventil 18 in seiner Arbeitsstellung 1 (Tabelle 2, Modus 10).
Wenn es notwendig ist, kann der Öltank 54 durch eine normale Druckbefüllung aufgefüllt werden, bei der sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung A befindet und somit das Ölsystem 4 gegenüber dem Kraftstoffsystem 2 abgesperrt ist. Das Fluidventil 120 sowie das Hauptventil 18 können in beliebige Schaltpositionen bzw. Arbeitsstellungen überführt sein (Tabelle 2, Modus 16).
Anschließend wird ein erster Konservierungslauf des Triebwerks durchgeführt. Hierzu wird das Ölventil 108 in seine Schaltstellung A und das Fluidventil 120 in seine Schaltposition III überführt. Das Hauptventil 18 kann sich in einer beliebigen Arbeitsstellung befinden (Tabelle 2, Modus 11).
Anschließend wird das Triebwerk von dem Flugzeug getrennt und in einem Container gelagert, in dem die Vorrichtung 1 mit dem Ölservicepanel 154 zumindest zur Öl- und Datenübertragung verbunden wird. Weiterhin wird der Entlüftungskanal 94 der Entölungseinrichtung 90 mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss des Containers verbunden sowie eine Stromversorgung beispielsweise der elektrischen Antriebe 102, 104 hergestellt. Ebenso wird die Drainageleitung 144 mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss des Containers verbunden.
Dann wird ein Konservierungslauf entsprechend Modus 1 (Ölventil 108 in Schaltstellung A und Fluidventil 120 in Schaltposition III) durchgeführt. Bei jedem Konservierungslauf werden die Triebwerkswellen durch den Starter/Generator 76, die Kraftstoffpumpen 16, 100 sowie die Ölpumpen 70, 84 durch die elektrische Antriebe 102, 104 regelmäßig in Rotation versetzt. Gleichzeitig wird das Öl in dem Ölsystem 4 und denn Kraftstoffsystem 2 erhitzt, um das Wasser aus dem Öl 56 herauslösen und zum Beispiel Bakterien und Pilze in dem Öl 56 abzutöten. Des Weiteren werden, wenn keine Messeinrichtungen 136, 148 vorgesehen sind, periodische Ölproben für Laboruntersuchungen durchgeführt. Hierzu wird das Ölventil 108 in seine Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seine Schaltposition IV überführt (Tabelle 1, Modus 2).
Wenn ein Nachfüllen des Fluids 56 notwendig ist, so erfolgt dies durch eine Überführung des Ölventils 108 in seine Schaltstellung B und des Fluidventils 120 in seine Schaltposition II bzw. durch eine Überführung des Ölventils 108 in seine Schaltstellung A. Das Fluidventil 120 kam sich dabei in jeder beliebigen Arbeitsstellung befinden (Tabelle 1, Modi 3 und 4).
Wenn das Öl 56 in dem Kraftstoffsystem 2 gewechselt werden muss, kann zum einen das Frischöl aus dem externen Tank entnommen und das Altöl in einen externen Tank geführt werden. Dabei befindet sich das Ölventil 108 in der Schaltstellung C und das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition IV (Tabelle 1, Modus 5). Ebenso kann das Frischöl aus dem Öltank 54 entnommen und das Altöl in einen externen Tank geführt werden. Hierzu befindet sich das Ölventil 108 in seiner Schaltstellung B und das Fluidventil 120 in seiner Schaltposition IV (Tabelle 1, Modus 6).
Zum Wechseln des Öls 56 in dem Ölsystem 4 wird das Ölventil 108 in seine Schaltstellung A gebracht, so dass die Ventilleitung 114 zum Kraftstoffsystem 2 zugesteuert ist. Somit kann sich das Fluidventil 120 in einer beliebigen Schaltposition befinden (Tabelle 1, Modus 7).
Zusammenfassend wird im Wesentlichen bei der erfindungsgemäßen automatischen Konservierung des Kraftstoffsystems 2 und des Ölsystems 4 der Kraftstoff 8 aus dem Kraftstoffsystem 2 abgelassen und durch ein Konservierungsfluid bzw. Öl 56 ersetzt. Das dabei verwendete Öl ist mit dem in dem Ölsystem 4 verwendeten Öl 56 identisch und kann über einen externen Tank oder über den Öltank 54 dem Kraftstoffsystem 2 zugeführt werden. Dann wird das Öl 56 zur Konservierung in dem Kraftstoffsystem 2 und in dem Ölsystem 4 regelmäßig umgepumpt. Vor Inbetriebnahme des Triebwerks werden die System 2, 4 wieder fluidtechnisch voneinander getrennt und das Öl 56 in dem Kraftstoffsystem 2 wird in einen externen Tank oder in den Kraftstofftank 6 abgelassen. Alternativ kann es auch über den Öltank 54 abgeführt werden. Dann wird das Kraftstoffsystem 2 mit frischem Kraftstoff 8 befüllt, so dass sich das Triebwerk wieder prinzipiell in einem betriebsbereiten Zustand befindet.
Grundsätzlich unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 insbesondere durch zwei Faktoren von dem Stand der Technik nach 2. Erstens sind das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem 2 und Ölsystem 4 miteinander in Fluidwirkung bringbar, so dass das Kraftstoffsystem 2 über das Ölsystem 4 mit dem Konservierungsöl versorgt werden kann. Zweitens erlauben das erfindungsgemäße Kraftstoffsystem 2 und das erfindungsgemäße Ölsystem 4 eine Zirkulation des Konservierungsöls, so dass Bodenläufe entfallen können und die Konservierung bei entsprechender Überwachung der Funktionen der Vorrichtungselemente wie Ventile 18, 108, 120 und Pumpen 16, 100, 70, 84, der Qualität des Konservierungsöls und der in den Systemen 2, 4 vorhandenen Fluidmenge eine vollautomatisierte Konservierung erfolgen kann.
Gemäß 7 sieht eine Variante vor, das Ölventil 108 durch ein 5/3-Wegeventil 164 mit drei Eingangsanschlüssen, zwei Ausgangsanschlüssen und drei Arbeitspositionen a, b, c zu ersetzen. Im Wesentlichen erlaubt das 5/3-Wegeventil 164 im Gegensatz zum Ölventil 108 eine Zusteuerung des Ölkanals 72, so dass die Zirkulation im Ölsystem 4 vollständig unterbrochen werden kann und selbst die Zuführung zum Wärmetauscher 52 abgesperrt ist und somit die Füllung des Kraftstoffsystems 2 beschleunigt wird.
Das Wegeventil 164 ist in den Ölkanal 72 eingesetzt und erlaubt eine Auf- und Zusteuerung desselben. An den anderen beiden Eingangsanschlüssen sind die Tankleitung 112 und der Versorgungskanal 110 angeschlossen. Der zweite Ausgangsanschluss ist mit der Ventilleitung 114 verbunden.
In seiner Arbeitsposition a ist der Ölkanal 72 aufgesteuert und die Tankleitung 112, der Versorgungskanal 110 sowie die Ventilleitung 114 sind zugesteuert. In seiner Arbeitsposition b ist der Versorgungskanal 110 aufgesteuert und das Öl 56 wird über die Ventilleitung 114 in das Kraftstoffsystem 4 geführt. Die Tankleitung 112 und der Ölkanal 72 sind zugesteuert. In der Arbeitsposition c sind die Tankleitung 112 aufgesteuert und das Öl 56 wird über die Ventilleitung 114 in das Kraftstoffsystem 2 geführt. Ebenso ist der Ölkanal 72 aufgesteuert, so dass das Öl 56 in dem Ölsystem 4 zirkulieren kann. Der Versorgungskanal 110 ist zugesteuert.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die funktionalen Eigenschaften des Rückschlagventils 116 in das Absperrventil 18 zu integrieren. Hierdurch kann das Rückschlagventil 116 an sich entfallen, wobei in dem Fall, in dem das Triebwerk getrennt von dem Flugzeug in einem Container gelagert ist, ein Deckel als Verschlusselement der dann offenen Auslassleitung 14 verwendet wird. Wenn das Triebwerk am Flugzeug installiert ist, befindet sich bei einem Wartungslauf das Absperrventil 118 in seiner Schließ- bzw. Sperrstellung 1.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die funktionalen Eigenschaften des Druckentlastungsventils 126 in das Entlüftungsventil 138 integriert. Hierdurch entfällt das Leitungsstück der Kraftstofftankleitung 130 von dem Abzweig bzw. Anschluss des Rückschlagventils 134 bis zum Zusammenführungspunkt mit der Überdruckleitung 140 und der Rückführleitung 142. Es werden also nur noch die Leitungen 140, 142 zusammengeführt, die dann als Kraftstofftankleitung 130 weitergeführt werden.
Offenbart ist eine Vorrichtung 1 zum Konservieren von Fluidsystemen 2, 4, beispielsweise eines Kraftstoffsystems 2 und eines Ölsystems 4 eines Turbinentriebwerks, mit zumindest einem Antrieb 102, 104 zum Antreiben zumindest einer Kraftstoffpumpe 16, 100 und zumindest einer Ölpumpe 70, 84, wobei eine Ventilanordnung vorgesehen ist, die ein Umpumpen eines Fluids 56 zwischen den Fluidsystemen 2, 4 ermöglicht, ein Triebwerk mit einer derartigen Vorrichtung 1 sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer derartigen Vorrichtung 1 bzw. zur Konservieren von Fluidsystemen 2, 4.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Kraftstoffsystem
4: Ölsystem
6: Kraftstofftank
8: Kraftstoff
10: Füllpumpe
12: Tankentlüftung
14: Auslassleitung
16: Vorpumpe
18: Absperrventil
20: Getriebe
22: Kraftstoffleitung
24: Verteilersystem
26: Brennkammer
28: Filter
30: Zahnradpumpe
32: Kraftstoffzumesseinrichtung
34: Überlaufleitung
36: kraftstoffhydraulischer Aktuator
38: elektrohydraulisches Servoventil
40: Abzweigleitung
42: Kolben
44: Zylinder
46: Aktuatorleitung
48: Druckerhöhungsventil
50: Steuerleitung
52: Wärmetauscher
54: Öltank
56: Öl
58: Auslasskanal
60: Einfüllkanal
62: Überlaufkanal
64: Drainagekanal
66: Tankentlüftungskanal
68: Öldrucksensor
70: Förderpumpe
72: Ölkanal
74: Lagerkammern und Getriebe
76: Startaggregat bzw. Generator
78: Filter
80: Absaugkanal
82: Absaugkanal
84: Absaugpumpe
86: Entlüftungskanal
88: Entlüftungskanal
90: Zentrifugal-Ölabscheider
92: Entölungskanal
94: Entlüftungskanal
96: Sperrluft
98: Sperrluft
100: Verdrängerpumpe
102: elektrischer Antrieb
104: elektrischer Antrieb
106: Kraftstoffdurchsatzmesseinrichtung
108: Ölventil
110: Versorgungsleitung
112: Tankleitung
114: Ventilleitung
116: Rückschlagventil
118: Ausgangsleitung
120: Fluidventil
122: Zirkulationsleitung
124: Druckentlastungsleitung
125: Überdruckventil
126: Druckentlastungsventil
128: Druckentlastungsventil
130: Kraftstofftankleitung
132: Heizeinrichtung
134: Rückschlagventil
136: Messeinrichtung
138: Entlüftungsventil
140: Überdruckleitung
142: Rückführleitung
144: Drainageleitung
146: Heizeinrichtung
148: Messeinrichtung
150: Gleitringdichtung
152: Überdruckventil
154: Oil Service Panel
156: Drainageschlauch
158: Überlaufschlauch
160: Einfüllschlauch
162: Einfüllschlauch
164: Wegeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007051498 A1 [0010]

Claims

Vorrichtung (1) zum Konservieren von Fluidsystemen (2, 4), beispielsweise eines Kraftstoffsystems (2) und eines Ölsystems (4) eines Turbinentriebwerks, mit zumindest einem Antrieb (102, 104) zum Antreiben zumindest einer Kraftstoffpumpe (16, 100) und zumindest einer Ölpumpe (70, 84), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilanordnung vorgesehen ist, die ein Umpumpen eines Fluids (56) zwischen den Fluidsystemen (2, 4) ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine jeweilige Zirkulation des Fluids (56) in den Fluidsystemen (2, 4) ermöglicht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine Sicherungseinrichtung (108, 120) zur Vermeidung eines versehentlichen fluiden Zusammenschalten der Fluidsysteme (2, 4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine Druckentlastung des einen Fluidsystems (2) über das andere Fluidsystem (4) erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Reinigungseinrichtung (28. 78, 90, 132, 134, 138, 146) zum Abtrennen und Ausscheiden von Verunreinigungen aus dem Fluid (56) vorgesehen ist, die eine Erwärmung des Fluids (56) auf eine ungefähre Temperatur T > 100°C ermöglicht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Fluidsystemen (2, 4) zumindest jeweils eine Messeinrichtung (136, 148) zur Messung des Fluidzustandes angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kontrolleinrichtung (154) zur Kontrolle der Vorrichtungselemente (16, 100, 70, 84, ...) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Befüllungseinrichtung (108, 154) zum Nachfüllen des Fluids in den Fluidsystemen (2, 4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Entnahmeeinrichtung (120, 154) zur Entnahme des Fluids aus zumindest einem der Fluidsysteme (2, 4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Fluidwechseleinrichtung (108, 120, 154) zum Wechseln von Altfluid gegen Frischfluid in den Fluidsystemen (2, 4) vorgesehen ist.
Triebwerk mit einer Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Konservieren von Fluidsystemen (2, 4), beispielsweise eines Kraftstoffsystems (2) und eines Ölsystems (4), mit zumindest einem Antrieb (102, 104) zum Antreiben zumindest einer Kraftstoffpumpe (16, 100) und zumindest einer Ölpumpe (74, 80) zum Fördern von Kraftstoff (8) bzw. Öl (56) durch das Kraftstoffsystem (2) bzw. durch das Ölsystem (4), mit den Schritten: – Entfernen des Kraftstoffs (4) aus dem Kraftstoffsystem (2), – Fördern zumindest eines Teilstroms des Öls (56) aus dem Ölsystem (4) oder einem externen Tank in das Kraftstoffsystem (2), und – Umpumpen des Öls (56) in dem Kraftstoffsystem (2) und dem Ölsystem (4).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Triebwerkswellen durch zumindest einen Starter/Generator (76) gedreht werden und bevorzugterweise eine pneumatische, hydraulische, mechanische oder elektrische Verbindung bei den Triebwerkswellen ohne einen eignen Starter/Generator (76) hergestellt wird, der sich nicht in den Motorbetrieb umschalten lässt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei vor einem Triebwerkstart das Ölsystem (4) und das Kraftstoffsystem (2) gegeneinander abgesperrt werden und das Öl (56) in dem Kraftstoffsystem (2) durch Kraftstoff (8) ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei das Öl (56) zum Abscheiden von Wasser und zum Abtöten von Bakterien, Pilzen und dergleichen auf eine ungefähre Temperatur T > 100°C erhitzt wird.