DE10217499C1 - Sicherheitsvorrichtung für ein Gas-Verteilungssystem in einem Flugzeug - Google Patents
Sicherheitsvorrichtung für ein Gas-Verteilungssystem in einem FlugzeugInfo
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Abstract
Eine Sicherheitsvorrichtung für ein Gas-Verteilungssystem in einem Flugzeug, enthaltend zumindest einen Druckregler (5) zwischen einer Druckgasquelle (2) und einem Versorgungsstrang, soll hinsichtlich der Betriebssicherheit verbessert werden. DOLLAR A Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass dem Druckregler (5) eine Druckbegrenzungseinrichtung (4) vorgeschaltet ist, welche aus zwei parallel angeordneten Strängen (41, 42) mit jeweils zwei gleichsinnig in Serie angeordneten Druckbegrenzungsventilen (43, 44, 45, 46) besteht.
Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung mit den Merkmalen des Ober
begriffs des Patentanspruchs 1.
Eine Vorrichtung zur Versorgung der Passagiere und der Besatzung mit
Sauerstoff ist aus der US 2,934,293 bekannt geworden. Ausgehend von einzelnen
Sauerstoff-Druckgasbehältern, die über ein Leitungssystem miteinander
verbunden sind, wird der Sauerstoff über Druckreduzierventile in Ver
sorgungsstränge geleitet. Dabei zweigen die links und rechts der Passagier
reihen verlaufenden Versorgungsstränge von einem Verteiler ab und sind mit Not-
Sauerstoffversorgungseinrichtungen verbunden, die sich neben den Passagier
sitzen befinden. Für die Piloten und die Besatzung sind zusätzlich Versorgungs
stränge für Sauerstoff mit separaten Druckreglern vorgesehen.
Bei dem bekannten Gas-Verteilungssystem sind an den Druckgasflaschen Druck
begrenzungsventile vorgesehen, die über einzelne Druckentlastungs-Leitungen
miteinander verbunden sind, wobei überschüssiges Gas zum Abbau von
Druckspitzen über einen gemeinsamen Gasauslass abgelassen wird. Bei einer
Vielzahl von Druckgasflaschen wird auch eine entsprechende Anzahl von
Druckbegrenzungsventilen benötigt, die einzeln gewartet werden müssen.
Üblicherweise sind derartige Überdruckventile in Baueinheit mit einem an der
Druckgasflasche befindlichen Flaschendruckminderer verbunden. Das Gehäuse
des Flaschendruckminderers besitzt einen separaten Abgangsstutzen, über den
das aus dem Überdruckventil abströmende Gas abgeleitet wird. Ein derartiger
Flaschendruckminderer geht beispielhaft aus der EP 298 272 A2 hervor.
Ein Sauerstoff-Versorgungssystem für ein Flugzeug, das bei einem Druckabfall im
Passagierraum Sauerstoff über Atemmasken bereitstellt, geht auch aus der
US 5,357,949 hervor. Die Sauerstoffmasken befinden sich über den Passagier
sitzreihen in Behältern, die beim Druckabfall von zentraler Stelle aus geöffnet
werden. Jeder Behälter enthält neben den Atemmasken ein Druckreduzier
ventil mit vorgeschalteter Druckbegrenzungseinrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung der,
genannten Art hinsichtlich seiner Betriebssicherheit zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäß angegebene Sicherheitsvorrichtung besitzt den Vorteil, dass
für eine Batterie aus einzelnen Druckgasflaschen nur eine einzige
Druckbegrenzungseinrichtung notwendig ist, die doppelt-redundant ausge
führt ist und die Einzelventile ersetzt.
Hierbei sind in zwei parallel geschalteten Strängen jeweils zwei gleichartige
Druckbegrenzungsventile seriell in der Weise angeordnet, dass jeder Strang in der
gleichen Richtung durchströmt werden kann. Die Druckbegrenzungseinrichtung
befindet sich zwischen den Druckgasquellen und dem Druckregler und dient zur
Begrenzung des Vordruckes des Druckreglers. Durch die teilweise parallele und
serielle Anordnung der Druckbegrenzungsventile wird die Druckbegrenzungs
funktion der Druckbegrenzungseinrichtung sowohl beim Ausfall eines der
Druckbegrenzungsventile als auch beim Ausfall jeweils eines einzelnen
Druckbegrenzungsventils in jedem der parallel geschalteten Stränge
sichergestellt. Damit sind die möglichen Fehlerfälle wie Klemmen eines Druck
begrenzungsventils in der offenen oder geschlossenen Stellung abgedeckt. Der
Druckregler, der mit der Druckbegrenzungseinrichtung versehen ist, befindet sich
strömungsmäßig hinter den Flaschendruckminderern, die auf die Druckgas
flaschen aufgeschraubt sind, und den Flaschendruck auf den sogenannten
Mitteldruck reduzieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran
sprüchen.
In zweckmäßiger Weise sind die Druckbegrenzungsventile als federbelastete, bei
einem vorbestimmten Grenzdruck öffnende Rückschlagventile ausgeführt.
Vorteilhaft sind die Rückschlagventile so ausgeführt, dass sie den gleichen
Grenzdruck aufweisen.
In vorteilhafter Weise sind als Druckregler zwei parallel geschaltete Druckregler
vorgesehen, die unabhängig voneinander als höhengesteuerte Differenz
druckregler arbeiten. Das Druckprofil der Druckregler ist linear von 400 Millibar bis
6800 Millibar ansteigend im Höhenband zwischen 3.050 m (10.000 Fuß) und
12.200 m (40.000 Fuß). Durch die Parallelschaltung der Druckregler ist die
Gasversorgung der Versorgungsstränge auch beim Ausfall eines der Druckregler
gewährleistet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Gas-Verteilungs
system,
Fig. 2 eine doppelt-redundant ausgeführte
Druckbegrenzungseinrichtung nach der
Erfindung,
Fig. 3 eine Absperrvorrichtung an einer
Druckgasflasche mit einem End
schalter.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Gas-Verteilungssystem 1 für Sauerstoff in einem in
der Fig. 1 nicht näher dargestellten Flugzeug, mit drei Druckgasflaschen 2 für
Sauerstoff als Druckgasquelle und nachgeschalteten Flaschendruckminderern 3,
einer Druckbegrenzungseinrichtung 4, zwei parallel geschalteten Druckreglern 5
und einer Verzweigungsstelle 6, von der aus über ein erstes Absperrventil 8 ein
erster Versorgungsstrang 7 und über ein zweites Absperrventil 10 ein zweiter
Versorgungsstrang 9 mit Sauerstoff versorgt werden. An den Versorgungs
strängen 7, 9 befinden sich Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11 mit
Atemmasken 12 und Durchflussbegrenzungsventilen 14. Bei Aktivierung der Not-
Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11 wird über Absperrventile 82 und
Gasdosierungen 92 auch der Gasfluss in die Atemmasken 12 freigegeben. Die
freien Enden der Versorgungsstränge 7, 9 sind über ein erstes Rückschlagventil
16 und ein zweites Rückschlagventil 15 mit einer Rückströmleitung 17 und einem
dritten Versorgungsstrang 18 verbunden, an dem sich ebenfalls Not-
Sauerstoffversorgungseinrichtungen 19 befinden.
Im vorderen Teil des nicht näher dargestellten Flugzeugs verlaufen ein vierter
Versorgungsstrang 20 und ein fünfter Versorgungsstrang 21, die ebenfalls
Sauerstoff an Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 22 liefern.
In Höhe der Triebwerke, d. h. in Höhe der sogenannten "Engine Burst Area",
befinden sich der erste Versorgungsstrang 7 und der zweite Versorgungsstrang 9.
Eine Auswertevorrichtung 23 ist mit den Absperrventilen 8, 10, den Druck
reglern 5 sowie einer den Druck zwischen den Versorgungssträngen 7, 9
erfassenden Druckmesseinrichtung 24 verbunden. Eine zentrale Rechenein
heit 25, die alle Steuer- und Überwachungsaufgaben durchführt, erhält Steuer-
und Messsignale von der Druckmesseinrichtung 24 und von Endschaltern 26, die
sich an Absperrventilen 27 der Druckgasflaschen 2 befinden.
Das erfindungsgemäß angegebene Gasverteilungssystem 1 arbeitet
folgendermaßen:
Nach dem Öffnen der Absperrventile 27 an den Druckgasflaschen 2 erhält die zentrale Recheneinheit 25 über die Endschalter 26 die Information, dass die Sauerstoffversorgung betriebsbereit ist. Über die Flaschendruckminderer 3, die Druckregler 5 und die Verzweigungsstelle 6 werden die Versorgungs stränge 7, 9, 18, 20, 21 im Fall einer Kabinendekompression mit Druck beaufschlagt, so dass die Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11, 19, 22 einsatzbereit sind. Mit der Druckmesseinrichtung 24 wird der Differenzdruck zwischen dem ersten Versorgungsstrang 7 und dem zweiten Versorgungsstrang 9 gemessen. Im Normalbetrieb sind auch die Absperrventile 8, 10 geöffnet. Damit herrscht in den Versorgungssträngen 7, 9, 18, 20, 21 der gleiche Druck, so dass die Auswertevorrichtung 23 von der Druckmesseinrichtung 24 die Information erhält, dass kein Differenzdruck vorliegt. Bei eingeschalteten Not- Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11, 19, 22 kommt es zwar aufgrund der Gasentnahme zu einem Druckabfall innerhalb des Gesamtsystems, jedoch wird wegen der gleichen Anzahl der Atemmasken innerhalb des ersten Versorgungsstranges 7 und des zweiten Versorgungsstranges 9 noch kein nennenswerter Differenzdruck zwischen den Versorgungssträngen 7, 9 gemessen.
Nach dem Öffnen der Absperrventile 27 an den Druckgasflaschen 2 erhält die zentrale Recheneinheit 25 über die Endschalter 26 die Information, dass die Sauerstoffversorgung betriebsbereit ist. Über die Flaschendruckminderer 3, die Druckregler 5 und die Verzweigungsstelle 6 werden die Versorgungs stränge 7, 9, 18, 20, 21 im Fall einer Kabinendekompression mit Druck beaufschlagt, so dass die Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11, 19, 22 einsatzbereit sind. Mit der Druckmesseinrichtung 24 wird der Differenzdruck zwischen dem ersten Versorgungsstrang 7 und dem zweiten Versorgungsstrang 9 gemessen. Im Normalbetrieb sind auch die Absperrventile 8, 10 geöffnet. Damit herrscht in den Versorgungssträngen 7, 9, 18, 20, 21 der gleiche Druck, so dass die Auswertevorrichtung 23 von der Druckmesseinrichtung 24 die Information erhält, dass kein Differenzdruck vorliegt. Bei eingeschalteten Not- Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11, 19, 22 kommt es zwar aufgrund der Gasentnahme zu einem Druckabfall innerhalb des Gesamtsystems, jedoch wird wegen der gleichen Anzahl der Atemmasken innerhalb des ersten Versorgungsstranges 7 und des zweiten Versorgungsstranges 9 noch kein nennenswerter Differenzdruck zwischen den Versorgungssträngen 7, 9 gemessen.
Kommt es im Bereich der Versorgungsstränge 7, 9, das heißt, im Bereich der
"Engine Burst Area" durch ein umherfliegendes Triebwerkteil, das in der Fig. 1
nicht dargestellt ist, zu einer Beschädigung des ersten Versorgungsstranges 7,
detektiert die Druckmesseinrichtung 24 aufgrund des ausströmenden Sauerstoffs
einen Differenzdruck und die Auswertevorrichtung 23 stellt eine Grenzwertüber
schreitung des Differenzdruckes fest. Die Schaltschwelle für die Abgabe eines
Schließsignals an das erste Absperrventil 8 liegt in einem Bereich zwischen etwa
50 Millibar und 200 Millibar. Der dritte Versorgungsstrang 18 wird in diesem Fall
über den zweiten Versorgungsstrang 9 und das zweite Rückschlagventil 15 mit
Gas versorgt. Die Rückschlagventile 15, 16 sind gegensinnig zueinander
angeordnet, so dass nur Gas aus den Versorgungssträngen 7, 9 in die
Rückströmleitung 17 abfliessen kann, nicht aber in umgekehrter Richtung.
Bei Beschädigung einer der Versorgungsstränge 7, 9 kommt es somit nicht zu
einem totalen Gasverlust, sondern die intakten Versorgungsstränge 7 oder 9, 18,
20, 21
können weiter mit Sauerstoff versorgt werden. Wenn der Gasvorrat der
Druckgasflaschen 2 erschöpft ist, können diese über einen zentralen
Füllanschluss 13 nachgefüllt werden.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen
Druckbegrenzungseinrichtung 4 zwischen den Flaschendruckminderern 3 und den
Druckreglern 5. In einem ersten Strang 41 sind zwei gleichsinnig federbelastete
Rückschlagventile 43, 44 angeordnet und ein zweiter Strang 42, welcher dem
ersten Strang 41 parallelgeschaltet ist, enthält die Rückschlagventile 45, 46. Alle
Rückschlagventile 43, 44, 45, 46 besitzen denselben Öffnungsdruck. Tritt
beispielsweise eine Blockierung des Ventilkörpers im Rückschlagventil 43 auf, so
dass das Ventil nicht öffnen kann, erfolgt die Überdruckbegrenzung über die
Rückschlagventile 45, 46. Für den Fall, dass das Rückschlagventil 43 frei
durchströmbar ist, infolge eines in der Öffnungsstellung verklemmten
Ventilkörpers, übernimmt das Rückschlagschlagventil 44 die
Überdruckbegrenzung. Auch beim Ausfall eines Rückschlagventiles in jeweils
einem der Stränge 41, 42 wird die Überdruckbegrenzung über die ver
bleibenden, intakten Rückschlagventile gewährleistet. Mit der erfindungsgemäß
angegebenen Druckbegrenzungseinrichtung 4 wird neben dem ersten Fehlerfall
auch der zweite Fehlerfall mit abgedeckt.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch das Absperrventil 27 mit einem Handrad 28
an der Druckgasflasche 2. Wird das Handrad 28 längst des Pfeils 29 in Öffnungs
stellung gedreht, wird das Erreichen der Endstellung mit dem Endschalter 26
detektiert. Die zentrale Recheneinheit 25, Fig. 1, erhält über den Endschalter 26
die Information, dass das zugehörige Absperrventil 27 geöffnet worden ist.
Claims (4)
1. Sicherheitsvorrichtung für ein Gas-Verteilungssystem (1) in einem Flugzeug,
enthaltend zumindest einen Druckregler (5) zwischen einer Druckgasquelle (2) und
einem Versorgungsstrang (7) und eine dem Druckregler (5) vorgeschaltete
Druckbegrenzungseinrichtung (4),
dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (4) aus zwei
parallel angeordneten Strängen (41, 42) mit jeweils zwei gleichsinnig in Serie
angeordneten Druckbegrenzungsventilen (43, 44, 45, 46) besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck
begrenzungsventile als federbelastete, bei einem vorbestimmten Grenzdruck
öffnende Rückschlagventile (43, 44, 45, 46), ausgeführt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rück
schlagventile (43, 44, 45, 46) den gleichen Grenzdruck aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
als Druckregler zwei parallel geschaltete Druckregler (5) vorgesehen sind.
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