DE3854552T2

DE3854552T2 - Überwachung von Motoren.

Info

Publication number: DE3854552T2
Application number: DE3854552T
Authority: DE
Inventors: John Winston Delahay Jones; Peter Francis O'sullivan
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2008-12-17
Also published as: GB8729962D0; EP0322158A3; EP0322158B1; GB2212275B; AU609921B2; EP0322158A2; DE3854552D1; US4891971A; GB8829487D0; CA1323433C; GB2212275A; ES2077564T3; AU2749388A; JPH01203619A

Description

Die Erfindung betrifft einen Motorüberwachungsapparat zum Erfassen abnormaler Startbedingungen eines Gasturbinenmotors, der einen Sensor zur Ableitung eines ersten Signals, das die Rotordrehzahl anzeigt, und einen Sensor zur Ableitung eines zweiten Signals, das die Motortemperatur anzeigt, umfaßt.
Während der Startprozedur eines Gasturbinenmotors überwacht der Pilot oder der Flugingenieur (wenn der Motor sich in einem Flugzeug befindet) eine Anzahl von Instrumenten, die Einzelheiten der verschiedenen Motorcharakteristika geben, wie beispielsweise die N1 und N2 Rotordrehzahlen, die Abgastemperatur EGT und der Kraftstoffdurchfluß. Für die Motorarbeitsweise ist es wichtig, diese während des Starts sorgfältig zu überwachen, da Gasturbinenmotoren zu abnormalen oder "heißen" Starts neigen, welche beim Motor zu irreparablem Schaden bei Kosten bis zu etwa 1 Mio. Pfund führen können. Einige Flugzeugführer erleben einige dieser Heißstarts pro Jahr.
Es ist verständlich, daß zum Zeitpunkt des Starts des Motors die Flugzeugbesatzung mit vielen anderen Aufgaben als mit der Überwachung von Heißstarts befaßt sind. Bei einigen Motoren kann es für den Start des Motors und für die Gefahr, daß ein Heißstart vorbei ist, bis zu einiger Minute dauern. Die Erfassung eines Heißstarts liegt in der Fähigkeit der Flugzeugbesatzung, die Instrumentenablesung genau abzuschätzen, sich an die verschiedenen Betriebsgrenzwerte zu erinnern, die für einen Heißstart hinweisend sein können und das Überschreiten dieser Grenzwerte zu identifizieren und geeignete Aktionen zu ergreifen. Die Fähigkeit der Flugzeugbesatzung dies zu tun, während andere Aktivitäten vorgenommen werden, kann begrenzt sein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorüberwachungsapparat und Verfahren bereitzustellen, welche dazu verwendet werden können, abnormale Startbedingungen in Gasturbinenmotoren zu erfassen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Motorüberwachungsapparat der oben genannten Art vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Apparat einen Prozessor umfaßt, der die ersten und zweiten Signale empfängt und daß der Prozessor die dynamische Beziehung zwischen den ersten und zweiten Signalen überwacht, um zu bestimmen, wenn die Beziehung für eine abnormale Startbedingung hinweisend ist und in Realzeit eine Anzeige einer solch abnormalen Startbedingung signalisiert.
Der Apparat kann einen Sensor zum Ableiten eines dritten Signals umfassen, das hinweisend für den Kraftstoffdurchfluß ist. Der Apparat kann eine Anzeige umfassen, welche eine visuelle Anzeige der Rotordrehzahl und der Motortemperatur oder des Kraftstoffdurchflusses erzeugt. Der Prozessor signalisiert bevorzugt eine abnormale Startbedingung an einer visuellen Anzeige, wie beispielsweise durch Blinken der visuellen Anzeige, wie beispielsweise der visuellen Anzeige der Motortemperatur.
Wenn der Apparat für einen Flugzeugmotor bestimmt ist, kann der Apparat einen Sensor umfassen, der ein viertes Signal liefert, welches hinweisend dafür ist, ob das Flugzeug auf Grund oder in der Luft sich befindet, wobei der Prozessor das vierte Signal empfängt und das vierte Signal dazu benutzt, zu bestimmen, wenn die Beziehung für abnormale Startbedingungen hinweisend ist.
Der Sensor zur Lieferung des vierten Signals kann einen Fluggeschwindigkeitssensor umfassen oder alternativ einen Sensor zum Erfassen des Drucks am Flugzeugfahrgestell.
Auf diese Weise kann der Betreiber des Motors auf eine mögliche abnormale Startbedingung aufmerksam gemacht werden, was ihm ermöglicht, eine abzuhelfende Aktion zu ergreifen, mit der verminderten Gefahr, daß eine solche abnormale Startbedingung übersehen wird.
Ein Überwachungsapparat für einen Flugzeuggasturbinenmotor und seine Arbeitsweise in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend als Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen
Fig. 1 den Apparat schematisch zeigt und
Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Arbeitsweise des Apparats ist.
Gemäß Figur 1 ist der Überwachungsapparat in einem anderen konventionellen Motoranzeigesystem enthalten, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet ist. Das System 1 weist eine Frontanzeigetafel 2 mit verschiedenen lichtemittierenden Diodenanzeigebereichen 3 bis 7 auf, bei welchen das Motordruckverhältnis EPR, die Rotordrehzahl N1, die Motorabgastemperatur EGT, die Rotordrehzahl N2 und der Kraftstoffdurchfluß angezeigt werden. Jede der Anzeigebereiche 3 bis 7 ist auf der Tafel 2 doppelt vorhanden, um zu ermöglichen, daß die Information über zwei Gasturbinen nebeneinander angezeigt werden kann.
Jede der Anzeigebereiche 3 bis 7 wird durch entsprechende Treibereinheiten 13 bis 17 angetrieben, welche ihre Eingänge von entsprechenden Sensoren 23 bis 27 erhalten, die jedem Motor zugeordnet sind und die Sensorausgänge in eine geeignete Form zum Antrieb der Anzeigebereiche verarbeiten.
Die Ausgänge von den Treibereinheiten 15 bis 17, welche die Informationen über EGT, N2 und Kraftstoffdurchfluß liefern, werden auch einer Prozeßeinheit 20 zugeführt. Die Prozeßeinheit 20 empfängt auch Eingangssignale von einem Außenlufttemperaturdetektor 21 und von einem Flug/Grunddetektor 22 (dies kann beispielsweise ein Fahrgestelldruckschalter oder ein Fluggeschwindigkeitsdetektor sein).
Die Prozeßeinheit 20 umfaßt einen Speicher 28, in welchen ein Modell der Normalbeziehung zwischen Temperatur EGT und Rotordrehzahl N2 bei verschiedenen Kraftstoffdurchflüssen und Außenlufttemperaturen gespeichert ist. Verschiedene Modelle können verwendet werden entsprechend, ob der Motor auf Grund oder in der Luft ist, was durch den Ausgang des Detektors 22 angezeigt wird.
Die Prozeßeinheit 20 überwacht die dynamische Beziehung zwischen der Motortemperatur EGT, dem Kraftstoffdurchfluß und der Rotordrehzahl N2, und vergleicht dies gegenüber dem im Speicher 23 gespeicherten Modell. Im Speziellen leitet die Prozeßeinheit ein Signal ab, welches repräsentativ ist für die Änderungsgeschwindigkeit der Motortemperatur. Allgemein folgt die Temperatur der Turbinendrehzahl, wobei ein Anwachsen der EGT begleitet wird durch ein Anwachsen von N2. Falls die Prozeßeinheit 20 erfaßt, daß diese Operationsbedingungen außerhalb denjenigen des gespeicherten Modells fallen, signalisiert sie dies in Realzeit der Flugzeugbesatzung, indem ein Signal der Leitung 35 zum geeigneten EGT Anzeigetreiber 15 zugeführt wird, entsprechend demjenigen Motor, der eine Fehlfunktion aufweist, um ein Blinken des Anzeigebereichs 5 zu bewirken. Es ist auch möglich, ein Signal einem separaten Alarm 30 zuzuführen, wie beispielsweise einen hörbaren Alarm oder einer Anzeigevorrichtung an einer getrennten Anzeigetafel. Das Blinken des Anzeigebereichs 5 wird von der Flugzeugbesatzung bemerkt, selbst wenn die Anzeigetafel nicht direkt betrachtet wird, da im Blickwinkel des Auges ein sich änderndes Bild mehr bemerkt wird.
Gemäß Figur 2 sind die Arbeitsschritte der Prozeßeinheit 20 dargestellt. Der im PROZESS-Schritt verwendete Algorithmus ist einzig für jeden Motorentyp und kann vom Motorhersteller bereitgestellt werden. Im allgemeinen ist es notwendig, erste Ableitungen der Rotordrehzahlen N1, N2, N3 zu erzeugen, obwohl Ableitungen von anderen Motor- oder Flugzeugparametern für einige Algorithmen notwendig sein können. Beispiele von den im Algorithmus verwendeten Parametern sind gezeigt als KRAFTSTOFFDURCHFLUSS, EGT/ITT (Zwischenturbinentemperatur), ÖLTEMPERATUR, ÖLDRUCK, ÖLMENGE, N1, N2, N3, 1, 1 und 3. Es kann nicht erforderlich sein, alle diese Parameter zu benutzen oder zusätzliche Paramenter können für andere Algorithmen erforderlich sein. Grenzwerte entsprechend zweier vorbestimmter Absolutwerte werden gesetzt und zu Grenzwerten, welche durch den PROZESS-Schritte bestimmt werden. Eine oder mehrere VERGLEICH-Schritte werden ausgeführt und falls die Grenzwerte überschritten werden, wird ein abnormales Startsignal erzeugt.
In einigen Anwendungsfällen bei Gasturbinenmotoren könnte die Erfassung eines abnormalen Starts dazu verwendet werden, den Kraftstoffdurchfluß zum Motor automatisch zu unterbrechen. Dies ist jedoch im allgemeinen bei Flugzeuganwendungen als unerwünscht zu betrachten, wo eine Motorabschaltung gefährlich sein kann.
Ein Beispiel eines Systems nach dem Stand der Technik kann im Patentdokument US-A-4 350 008 gefunden werden.
Eine abnormale Startbedingung ist eine solche, welche eventuell die Möglichkeit eines Schadens oder einer Überbeanspruchung des Motors vergrößert. In einigen Fällen können abnormale Startbedingungen auftreten, der Motor setzt jedoch den Start fort. Dies braucht nicht zu einem unmittelbaren Ausfall des Motors zu führen, kann jedoch ein Anwachsen der Ermüdung bewirken und damit zu einer Reduzierung der sicheren Betriebslebensdauer. Der Apparat gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, zu einem frühem Zeitpunkt abnormale Startbedingungen zu erfassen, bevor eine Beschädigung oder Überbeanspruchung bei dem Motor bewirkt wird.
Zusätzlich zur Erfassung eines "Heißstarts" kann die Prozeßeinheit 20 zur Erfassung anderer abnormaler Startbedingungen ausgebildet sein, wie beispielsweise einen "Hungerstart". Da unterschiedliche Motoren auf unterschiedliche Weise arbeiten, kann der Überwachungsapparat in unterschiedlicher Weise funktionieren, obwohl im allgemeinen die Prozeßeinheit den Empfang von Eingängen benötigt, die sich auf die Motortemperatur, den Kraftstoffdurchfluß und die Rotordrehzahl beziehen.
Die Prozeßeinheit 20 muß nicht notwendigerweise eine getrennte Einheit darstellen, sondern kann beispielsweise Teil der Prozeßkapazität von einer oder mehreren der Anzeigetreibereinheiten 13 bis 17 sein. Die Anzeigetreibereinheiten 13 bis 17 selbst können eine einzige Einheit mit einem Multiplexausgang bilden.

Claims

1. Motorüberwachungsapparat zum Erfassen abnormaler Startbedingungen eines Gasturbinenmotors, der einen Sensor zur Ableitung eines ersten Signals, das die Rotordrehzahl anzeigt, und einen Sensor zur Ableitung eines zweiten Signals, das die Motortemperatur anzeigt, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Apparat einen Prozessor (20) umfaßt, der die ersten und zweiten Signale empfängt und daß der Prozessor (20) die dynamische Beziehung zwischen den ersten und zweiten Signalen überwacht, um zu bestimmen, wann die Beziehung auf eine abnormale Startbedingung hinweist und eine visuelle Anzeige (2) umfaßt, um in Realzeit eine visuelle Anzeige einer solch abnormalen Startbedingung zu signalisieren, wobei der Überwachungsapparat keine Kontrolle über den Motor hat.

2. Motorüberwachungsapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Apparat einen Sensor zur Ableitung eines dritten Signals umfaßt, das auf den Kraftstoffdurchfluß hinweist.

3. Motorüberwachungsapparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine visuelle Anzeige (2) für eine visuelle Anzeige der Rotordrehzahl, und der Motortemperatur oder des Kraftstoffdurchflusses vorgesehen ist.

4. Motorüberwachungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abnormale Startbedingung durch Blinken der visuellen Anzeige (2) signalisiert wird.

5. Motorüberwachungsapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abnormale Startbedingung durch Blinken der visuellen Anzeige der Motortemperatur signalisiert wird.

6. Motorüberwachungsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (20) eine Anzeige der Änderungsgeschwindigkeit der Motortemperatur liefert.

7. Motorüberwachungsapparat für einen Flugzeugmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Apparat einen Sensor umfaßt, der ein viertes Signal liefert, welches darauf hinweist, ob das Flugzeug sich auf Grund oder in der Luft befindet und daß der Prozessor (20) das vierte Signal empfängt und das vierte Signal dazu benutzt, um zu bestimmen, wann die Beziehung auf abnormale Startbedingungen hinweist.

8. Motorüberwachungsapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erzeugung des vierten Signals einen Fluggeschwindigkeitssensor umfaßt.

9. Motorüberwachungsapparat nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Erzeugung des vierten Signals einen Sensor zum Erfassen des Drucks am Flugzeugfahrgestell umfaßt.