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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft generell Brennstoffkontroll- oder Zuführsysteme
für eine
Maschine, insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Leisten von
Abschalten, Überdrehzahlschutz
und Richtungskontrolle einer Bypassströmung in einem Brennstoffzuführsystem
für eine
Verbrennungsmaschine, beispielsweise eine Gasturbinenmaschine.
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Technisches Gebiet
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Es
ist in dem Technikgebiet von Brennstoffzuführsystemen für Verbrennungsmaschinen,
beispielsweise Flugzeuggasturbinentriebwerken, bekannt, eine Konstant-Verdrängerpumpe,
beispielsweise eine Schaufelrad- oder Zahnradpumpe, zu verwenden,
um Treibstoff mit Druck zu beaufschlagen, bevor er zugemessen und
dann anschließend
dem Triebwerk zugeführt
wird. Die Konstantverdrängerpumpe
ist typischerweise so bemessen, dass sie eine überschüssige Strömungskapazität bei sämtlichen
möglichen
Betriebsbedingungen sicherstellt. Die Abgabe der Pumpe wird einem
Brennstoffzumessventil zugeführt,
welches zusammen mit einem Bypass-Druckregelventil (PRV – pressure
regulating valve) die Brennstoffströmungsrate zu dem Triebwerk
zumisst.
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Es
ist häufig
wünschenswert,
bei Verbrennungsmaschinen, beispielsweise Gasturbinenmaschinen,
eine Überdrehzahlgrenze
zu haben, um das Risiko für
Ausfälle,
beispielsweise mechanische Überlastung
und/oder übermäßige Betriebstemperaturen,
zu reduzieren, zu denen es kommen kann, wenn eine Maschine ihre
obere Betriebsdrehzahl überschreitet. Überdrehzahlzustände können bei
einer Maschine wegen einer Anzahl von Gründen, beispielsweise einer plötzlichen
unvorhersehbaren Verringerung der Triebwerkslast, einem Versagen
des Zumessventils des Brennstoffzuführsystems der Maschine, oder
einem falschen Signal einer zugehörigen elektronischen Triebwerkskontrolle
(EEC – electronic
engine control), welches das Zumessventil auf eine übermäßig hohe
Strömungseinstellung
moduliert, auftreten. Es ist bekannt, ein Überdrehzahlschutzsystem vorzusehen,
welches eine Geschwindigkeit des Triebwerks, beispielsweise die
Drehzahl der Leistungsturbine einer Gasturbinenmaschine, überwacht
und bei dem Ermitteln eines Überdrehzahlzustands
die Brennstoffströmung
von dem Brennstoffzuführsystem
zu dem Triebwerk verringert oder stoppt. Ein derartiges System,
welches einen mechanischen Überdrehzahlregler
zum Betätigen eins
Ventils verwendet, ist in dem
US
Patent Nr. 5,927,064 beschrieben, welches Dryer et al.
am 27. Juli 1999 erteilt wurde.
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Außerdem ist
es bekannt, wenn das Triebwerk ein kritisches Bauteil, beispielsweise
ein Hauptgasturbinentriebwerk zum Antreiben eines Flugzeugs, ist,
das Überdrehzahlschutzsystem
auf korrekte Funktion zu überprüfen bzw.
zu verifizieren. Bei einer typischen Gasturbinenmaschine mit einem Steuersystem
mit einer digitalen elektronischen Steuerung voller Autorität (FADEC – full authority
digital electronic control) und elektronischen Überdrehzahlschutz wird die
korrekte Funktion des Überdrehzahlsystems
beim Abschalten des Triebwerks überprüft. Bei
Anwendungen, bei denen das Überdrehzahlsystem
das Steuersystem in einen Abschaltmodus bringt und als das primäre Abschaltverfahren verwendet
wird, wird eine Verifizierung der korrekten Funktion des Überdrehzahlsystems
einfach bewerkstelligt, das Triebwerk abgeschalten wird. Falls jedoch
das Überdrehzahlsystem
nicht das primäre
Verfahren zum Abschalten ist, benötigt diese Verifikation typischerweise
eine zusätzlich
Rückkopplungseinrichtung
oder feedback device (z. B. einen Schalter).
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Außerdem schreibt
für Flugzeuge
die FAA FAR 25.1141 vor, dass es ein Verfahren zum Anzeigen geben
muss, wenn ein kraftunterstütztes
Ventil offen ist, geschlossen ist oder sich zwischen der offenen
und der geschlossenen Position bewegt. Häufig wird das durch ein elektronisches
Rückkopplungssignal
von einem Sensor, beispielsweise einem elektrischen Schalter, einem
Näherungswandler
(proximity transducer) oder LVDT bewerkstelligt, der dem Absperrventil
der Brennstoffzumesseinheit (FMU – fuel metering unit) zugeordnet
ist, wo solche Systeme für deren
beabsichtigten Zweck vernünftig
arbeiten, können
das Hinzufügen
des Sensors und der zugehörigen
elektronischen Rückkopplung
Kosten, Komplexität
und Gewicht dem Brennstoffzuführsystem
zugeben.
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Von
Brennstoffzuführsystemen
wird auch typischerweise erwartet, dass sie einen Absperrzustand
beibehalten, wenn die elektrische Stromversorgung komplett unterbrochen
ist, d. h. Absperrverriegelung. Außerdem muss bei vielen Anwendungen ein
erhöhter
Druck von dem Brennstoffzuführsystem beibehalten
werden, während
das Brennstoffzuführsystem
in dem Absperrzustand ist und das Triebwerk mitdreht („wind miling"), um Fernaktuatoren,
wie sie an Gasturbinentriebwerken üblich sind, zu positionieren.
Eine Absperrverriegelung und wind mill-Druckbeaufschlagung erfordern
typischerweise relativ komplexe Absperrvorrichtungen (z. B: Verriegelungsdrehmomentmotoren
oder Solenoide) und/oder zusätzliche
Hardware (z. B. ein Sequenzventil), um den Absperrzustand zu verriegeln.
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Es
ist auch bekannt, dass Flugzeuggasturbinentriebwerksbrennstoffsysteme
einen oder mehrere Wärmetauscher
aufweisen, die Wärme
von verschiedenen Flugzeugen- und/oder Triebwerkskomponenten, beispielsweise
dem Triebwerksölsystem,
auf den Brennstoff dem Verbrennen des Brennstoffs dem Triebwerk
zu übertragen.
Bei manchen Systemen erfordert ein korrektes Wärmemanagement, dass eine Bypassströmung von
der Brennstoffzumesseinheit unter bestimmten Flugzeug- und/oder
Triebwerksbedingungen auf einem Weg, beispielsweise durch einen
Wärmetauscher
geleitet wird, und unter anderen Flugzeug- und/oder Triebwerksbedingungen über einen
anderen Weg, beispielsweise einen anderen Wärmetauscher geleitet wird.
Manche Systeme erfüllen
dieses Erfordernis, indem sie ein separates Bypassrichtungssteuerventil
strömungsabwärts des Brennstoffzumesssystems
vorsehen, welches in Reaktion auf einen Druckanstieg der Ausgabe
einer Zusatzpumpe (boost pump) für
das Brennstoffzuführsystem,
die in etwa eine Funktion der Triebwerksdrehzahl ist, die Bypassströmung auf
einen Weg oder den anderen Weg lenken.
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Beschreibung der Erfindung
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Es
ist ein Hauptziel der Erfindung, neue und verbesserte Vorrichtungen
und Verfahren zum Leisten von Abschalten, Überdrehzahlschutz und/oder Bypassströmungsrichtungssteuerung
in einem Brennstoffversorgungssystem bereitzustellen, welche eine
gewünschte
Brennstoffströmung
zu einem Triebwerk liefern.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren beschrieben zum Bereitstellen
eines angeordneten Abschaltmodus, eines Überdrehzahlabsperrmodus und
eines Überdrehzahl-Absperrtestmodus
in einem Brennstoffzuführsystem
zum Bereitstellen einer gewünschten
Brennstoffströmung
zu einem Triebwerk. Das Brennstoffzuführsystem weist ein Zumessventil
und ein Absperrventil auf, wobei das Zumessventil einen Absperrzustand,
in dem das Zumessventil Brennstoffströmung zu dem Triebwerk in Reaktion
auf einen Schließdruck
in einer Regeldruckkammer des Zumessventils blockiert, und einen
Zumeseszustand hat, in dem das Ventil dem Triebwerk Reaktion auf
eine Regeldruck in der Regeldruckkammer eine zugemessene Brennstoffströmung liefert. Das
Absperrventil hat einen offenen Zustand, in dem das Absperrventil
eine Brennstoffströmung
zu dem Triebwerk von dem Zumessventil erlaubt, und einen geschlossenen
Zustand, in dem das Absperrventil Strömung zu dem Triebwerk von dem
Zumessventil blockiert. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
In
Reaktion auf ein Überdrehzahlsignal
von dem System zum initiieren des Überdrehzahlabsperrmodus, Verbringen
des Absperrventils in seinen geschlossenen Zustand und Lenken des
Schließdrucks
zu der Regeldruckkammer, wobei dabei auch versucht wird, den Regeldruck
der Regeldruckkammer bereitzustellen, wobei der Schließdruck größer als
der Regeldruck ist;
in Reaktion auf ein angeordnetes Abschaltsignal
von dem System zum Initiieren des angeordneten Abschaltmodus, Betätigen des
Absperrventils in seinen geschlossenen Zustand und dabei Bereitstellen
des Regeldrucks zu der Regeldruckkammer; und
in Reaktion auf
den Abfall einer Drehzahl des Triebwerks unter eine ausgewählte Unterleerlaufdrehzahl nach
dem Initiieren des angeordneten Ab schaltmodus, Übermitteln eines Überdrehzahlsignals
von dem System und Überprüfen des
Zustands des Zumessventils, um zu bestimmen, ob das Zumessventil
in dem Regelzustand oder in dem Absperrzustand ist und dabei versuchen,
der Regeldruckkammer Regeldruck bereitzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Ventilsatz beschrieben zur Verwendung
in einem Brennstoffzuführsystem
zum Bereitstellen einer gewünschten
Brennstoffströmung
an ein Triebwerk. Das Brennstoffzuführsystem weist ein Zumessventil mit
einem Zumesszustand, in dem das Zumessventil dem Triebwerk in Reaktion
auf einen Druckunterschied zwischen einer Referenzdruckkammer und
einer Regeldruckkammer des Ventils eine zugemessene Brennstoffströmung bereitstellt,
und einen Absperrzustand auf, in dem das Zumessventil Brennstoffströmung zu
dem Triebwerk in Reaktion eine Druckdifferenz zwischen der Referenzdruckkammer und
der Regeldruckkammer blockiert. Der Ventilsatz weist eine Brennstoffeinlassöffnung zum
Aufnehmen einer zugemessenen Brennstoffströmung von dem Brennstoffzumessventil,
eine Brennstoffauslassöffnung
zum selektiven Aufnehmen der zugemessenen Brennstoffströmung von
der Brennstoffeinlassöffnung
zum Lenken der zugemessenen Brennstoffströmung zu dem Triebwerk, eine
Betätigungsdruckeinlassöffnung,
die selektiv mit einem Ablass zum Transferieren einer Betätigungsbrennstoffströmung zu
dem Ablass verbunden ist, eine Referenzdruckeinlassöffnung zum
Aufnehmen von Brennstoffströmung
bei einem Referenzdruck, eine Referenzdruckauslassöffnung zum
selektiven Aufnehmen der Brennstoffströmung bei dem Referenzdruck
von der Referenzdruckeinlassöffnung
zum Transferieren der Brennstoffströmung zu der Regeldruckkammer
des Brennstoffzumessventils, eine Überdrehzahlbetätigungsöffnung und
eine Absperrbetätigungsöffnung auf.
Der Ventilsatz hat einen Überdrehzahlzustand
in Reaktion darauf, dass die Überdrehzahlbetätigungsöffnung in
Fluidverbindung mit einem Ablass gebracht ist, einen Absperrzustand
in Reaktion darauf, dass die Absperrbetätigungsöffnung in Fluidverbindung mit
einem Ablass gebracht ist und eine Strömung von der Überdrehzahlbetätigungsöffnung zu dem
Ablass unterbunden ist, und einen Normalbetriebszustand in Reaktion
darauf, dass eine Strömung
sowohl von der Überdrehzahl-
als auch der Absperrablassöffnung
zu dem Ablass blockiert ist, auf. Wenn der Ventilsatz in dem Überdrehzahlzustand
ist, die Druckeinlassöffnung
mit der Referenzdruckauslassöffnung
verbunden, um Brennstoffströmung
bei dem Referenzdruck von der Referenzdruckeinlassöffnung zu
der Regeldruckkammer des Brennstoffzumessventils zu lenken, wobei
die Betätigungsdruckeinlassöffnung offen
ist, um eine Brennstoffströmung aufzunehmen
und eine Strömung
von der Brennstoffeinlassöffnung
zu der Brennstoffauslassöffnung
blockiert ist, um die zugemessene Brennstoffströmung zu dem Triebwerk abzusperren.
Wenn der Ventilsatz in dem Absperrzustand ist, ist die Betätigungsdruckeinlassöffnung offen,
um eine Brennstoffströmung aufzunehmen,
wobei Brennstoffströmung
von der Referenzdruckeinlassöffnung
zu der Referenzdruckauslassöffnung
blockiert ist und eine Brennstoffströmung von der Brennstoffeinlassöffnung zu
der Brennstoffauslassöffnung
blockiert ist, um die zugemessene Brennstoffströmung zu dem Triebwerk abzusperren.
Wenn der Ventilsatz in dem Normalbetriebszustand ist, ist die Brennstoffeinlassöffnung mit der
Brennstoffauslassöffnung
verbunden, um die zugemessene Brennstoffströmung von der Brennstoffeinlassöffnung zu
dem Triebwerk zu lenken, wobei die Brennstoffströmung von der Referenzdruckeinlassöffnung zu
der Referenzdruckauslassöffnung
blockiert ist und Betätigungsdruckeinlassöffnung geschlossen
ist.
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Gemäß einem
Aspekt weist der Ventilsatz ferner eine erste Ventilspule, die in
dem Ventilsatz positioniert ist, um Brennstoffströmung von
der Brennstoffeinlassöffnung
zu der Brennstoffauslassöffnung
zu blockieren, wenn der Ventilsatz in dem Überdrehzahlzustand ist und
wenn der Ventilsatz in dem Absperrzustand ist, und eine zweite Ventilspule auf,
die in dem Ventilsatz positioniert ist, um eine Brennstoffströmung durch
die Betätigungsdruckeinlassöffnung zu
blockieren, wenn der Ventilsatz in dem Normalbetriebszustand ist.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal sind die erste und die zweite Ventilspule in dem
Ventilsatz positioniert, um die Referenzdruckeinlassöffnung und die
Referenzdruckauslassöffnung
zu verbinden, wenn der Ventilsatz in dem Überdrehzahlzustand ist, wobei
die erste Ventilspule in dem Ventilsatz positioniert ist, um Brennstoffströmung von
der Referenzdruckeinlassöffnung
zu der Referenzdruckauslassöffnung
zu blockieren, wenn der Ventilsatz in dem Normalbetriebszustand
ist, und die zweite Ventilspule ist in dem Ventilsatz positioniert,
Brennstoffströmung
von der Referenzdruckeinlassöffnung
zu der Referenz druckauslassöffnung
zu blockieren, wenn der Ventilsatz in dem Absperrzustand ist und
wenn der Ventilsatz in dem Normalbetriebszustand ist.
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Andere
Ziele, Aspekte und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung
ersichtlich, wenn man sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
nimmt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung einer Brennstoffzumesseinheit in einem
Normalbetriebszustand zur Verwendung in einem Brennstoffzuführsystem,
welches die Erfindung beinhaltet;
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2 ist
eine vergrößerte Teilansicht
der Brennstoffzumesseinheit der 1, die einen Überdrehzahlbetriebsmodus
zeigt;
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
zur 2, zeigt jedoch einen Abschaltbetriebsmodus;
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4 ist
eine Ansicht ähnlich
zu den 2 und 3, zeigt jedoch einen Überdrehzahl-Test-Betriebsmodus;
und
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5 ist
eine schematische Ansicht, die eine Modifikation an der Brennstoffzumesseinheit
von 1 zeigt und ein Bypassrichtungsströmungskontrollventil
beinhaltet.
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Beste Art zum Ausführen der
Erfindung
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Beispielhafte
Ausführungsformen
von Vorrichtungen und Verfahren zum Leisten von Sperren, Überdrehzahlschutz
und Richtungskontrolle einer Bypassströmung gemäß der Erfindung sind hier beschrieben
und in den Zeichnungen gezeigt in Verbindung mit einem Brennstoffzuführsystem 10,
welches eine Brennstoffzumesseinheit 12 aufweist, um eine gewünschte Brennstoffströmungsrate einer
Gasturbinenmaschine (nicht gezeigt) basierend auf Steuersignalen
von einer EEC, beispielsweise einer FADEC (nicht gezeigt), bereitzustellen.
Man sollte jedoch verstehen, dass die Verfahren und Vorrichtungen
bei anderen Anwendungen nützlich
sein können
es nicht beabsichtigt ist, die Verwendung auf ein Gasturbinentriebwerk
oder irgendeine spezielle Form von Brennstoffzuführsystem zu beschränken, außer in dem
Umfang, wie das ausdrücklich
in den abhängigen
Ansprüchen
gegeben ist.
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Es
wird auf die 1 Bezug genommen. Die Brennstoffzumesseinheit 12 weist
eine Gehäuseanordnung,
die schematisch bei 14 gezeigt ist, eine Hauptbrennstoffeinlassöffnung 16,
eine Zumessbrennstoffauslassöffnung 18,
ein Zumessventil 20, welches eine Brennstoffströmung von
der Brennstoffeinlassöffnung 16 zu
der Brennstoffauslassöffnung 18 zumisst,
ein Minimaldruck/Absperrventil (MPSOV – minimum Pressure/shutoff
valve) 22, welches sicherstellt, dass es einen minimalen
Betriebsdruck in der Brennstoffzumesseinheit 12 gibt, bevor
eine Brennstoffströmung
zu dem Triebwerk zugelassen ist, und die Brennstoffströmung zu
dem Triebwerk unter bestimmten Betriebsmoden absperrt, ein Regeldruckventil 24,
welches Brennstoff bei einem Regeldruckzumessventil 20 bereitstellt,
um die Position des Zumessventils in Reaktion auf die Steuersignale von
der EEC zu steuern, ein Druckregelventil (PRV – pressure regulating valve) 26,
welches den Druckabfall über
das Zumessventil 20 regelt, einen Servodruckregulator,
dem Zumessventil 20 anderen Bauteilen der FMU 12 einen
geregelten Druck (PR – regulated
pressure) bereitstellt, ein Grobfiltersieb 30, welches
Verunreinigungen der Brennstoffströmung zu einer Passage oder
Leitung 32, welche Strömung zu
dem Zumessventil 20 und dem PRV 26 lenkt, herausfiltert,
und ein Feinfiltersieb 34, welches Verunreinigungen aus
einer Brennstoffströmung
zu einer Passage oder Leitung 36, welche eine Brennstoffströmung zu
externen Triebwerksaktuatoren (nicht gezeigt), dem Servodruckregulator 28 und
anderen Bauteilen der FMU 12 lenkt, herausfiltert.
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Der
Hauptbrennstoffeinlass 16 nimmt eine Hochdruckbrennstoffströmung von
einer Hochdruckbrennstoffversorgung, beispielsweise einer Verdrängerdruckpumpe 40 auf,
der druckbeaufschlagter Brennstoff von einer Brennstoffversorgung
(nicht gezeigt) über
eine Zuführ/Zusatzpumpe 42 zugeführt wird.
Die Verdrängerdruckpumpe 40 ist
von dem Triebwerk angetrieben, so dass die Menge an von der Pumpe 40 gelieferten
Stoff eine Funktion der Maschinendrehzahl ist. Ein Hauptteil der
Brennstoffströmung
von der Pumpe wird dem Zumessventil 20 und dem PRV 26 durch
die Passage 32 nach dem Passieren des Druckfiltersiebs 30 zugeführt. Ein
Teil der Brennstoffströmung
von der Pumpe 40 gelangt durch das Feinfiltersieb 34 zu
der Passage 36. Die Brennstoffströmung der Passage 36 hat
einen Feinfilterdruck PF (fine filtered pressure) der geringfügig niedriger
als der Druck P1 des Brennstoffs in der Passage 32 und
höher als
der geregelte Druck PR ist, der durch den Servodruckregulator 28 bereitgestellt
wird.
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Das
Zumessventil 20 hat einen Zumesszustand, in dem das Zumessventil
die Brennstoffströmung
zu dem Triebwerk zumisst, und einen Absperrzustand oder geschlossenen
Zustand, in dem das Zumessventil die Brennstoffströmung zu
dem Triebwerk von der Brennstoffeinlassöffnung 16 zu der Brennstoffauslassöffnung 18 blockiert.
Das Zumessventil 20 weist eine Zumessventilspule 44 auf,
welche sich zwischen einer in der 1 gezeigten
Zumessposition und einer in 2 und 4 gezeigten
Absperrposition oder geschlossenen Position bewegt, der die Ventilspule
die Brennstoffströmung
zu dem Triebwerk von der Brennstoffeinlassöffnung 16 zu der Brennstoffauslassöffnung 18 blockiert.
In dem Zumesszustand bewegt sich die Zumessventilspule 44 zu
der Zumessposition und verlagert sich in der Zumessventilbohrung 46,
um die Fläche
des Zumessventilfensters 48 zu verändern und so die Brennstoffströmungsrate
zu dem Triebwerk während
eines Normalbetriebsmodus zu kontrollieren. Insbesondere ist die
Zumessbrennstoffströmungsrate
von dem Zumessventil 20 proportional zu der Fläche des
Zumessventilfensters 48 multipliziert mit der Quadratwurzel
des Produkts der Druckdifferenz (P1-P2) über das Zumessventilfenster 48 und
das spezifische Gewicht des Brennstoffs. Die Position der Spule 44 wird durch
Druckdifferenz zwischen dem geregelten Druck PR, der einer Kammer 50 für geregelten
Druck des Ventils 20 zugeführt wird und einem Regeldruck PM
(modulated pressure) bestimmt, der einer Regeldruckkammer 52 an
einem entgegengesetzten Ende der Ventilspule 44 durch das
Regeldruckventil 24 in Reaktion auf Steuersignale von der
EEC geführt
wird. Die EEC bestimmt die geeignete Position für die Spule 44 basierend
auf der gewünschten
Triebwerksdrehzahl, und die Position der Spule wird durch einen Sensor 54 bereitgestellt,
der als A LVDt gezeigt wird, der von der EEC überwacht wird. Die EEC kann
die Spule 44 in die Sperrposition und geschlossene Position
bewegen, indem sie einen Befehl an das Regeldruckventil 24 gibt,
den Regeldruck PM gleich dem geregelten Druck PR einzustellen.
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Das
DRV 26 erfasst die Druckdifferenz (P1P2) über
das Zumessventil 20 und bewirkt eine Bypassströmung eines
Teils der Brennstoffströmung von
der Passage 32 über
Passagen 56 und 58, um die Druckdifferenz über das
Zumessventil 20 gewünschten
Einstellpunkt zu halten. Die Bypassströmung von der Passage 56 wird
zurück
zur Einlassseite der Pumpe 40 über ein Bypasssystem 60 gelenkt. Vorzugsweise
wird die Bypassströmung
zurück
zu einem Zwischenstufeneinlass 59 der Pumpe 40 gelenkt,
der einen Ablassdruck PD (drain pressure) hat und es wird ein gemeinsamer
Ablass 61 bereitgestellt und mit einem Niederdruckpunkt
in dem Brennstoffsystem, beispielsweise dem Zwischenstufeneinlass 59 der
Pumpe 40 verbunden. Der Einfachheit halber werden die Ablasspassagen
oder Ablassöffnungen, die
mit dem gemeinsamen Ablass 61 verbunden sind, einfach hier
als „der
Ablass 61" bezeichnet
und es wird davon ausgegangen, dass sie ein Druckniveau gleich dem
Ablassdruck PD haben.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
ist das Regeldruckventil 24 in der Form eines Ventils vom Doppeldüsenflappventil
(double nozzle flapper type valve) vorgesehen, welches eine Brennstoffströmung bei
dem Regeldruck PM zu der Regeldruckkammer 52 des Zumessventils 20 über einen
Auslass 62 bereitstellt, in dem die Relativposition einer
Klappe zwischen einem Auslass 64, der Brennstoff bei dem
geregelten Druck PR aufnimmt, und einem Auslass 66 an dem
Ablass 61 und Druck PD in Reaktion auf die Steuersignale
von der EEC bereitstellt. Das Zumessventil 20 ist in der
Form eines Ventils vom half area servo Typ vorgesehen.
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Weil
es viele geeignete Formen für
die Bauteile und Merkmale 16 bis 54 gibt, welche
den Normalbetriebsmodus der vorangehend beschriebenen FMU 12 zufriedenstellend
ausführen
können,
und die speziellen Details dieser Bauteile und Merkmale in hohem
Maße von
einer jeden speziellen Anwendung, in der die FMU 12 verwendet
wird, abhängig
sein werden, werden mit der Ausnahme wie nachfolgend ausgeführt weitere
Details dieser Bauteile und Merkmale nicht angegeben.
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Nachdem
die Bauteile und Merkmale beschrieben wurden, die unter Normalbetriebsbedingungen
oder Normalarbeitsbedingungen von der FMU 12 verwendet
werden, wird nun eine Beschreibung der Merkmale und Bauteile gegeben,
welche das Absperren, dem Überdrehzahlschutz
und die Richtungssteuerung einer Bypassströmung gemäß der Erfindung leisten.
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Diesbezüglich weist
die FMU 12 ein Absperrbetätigungsventil 70 auf,
welches mit dem MPSOV 22 kooperiert, um einen Ventilsatz
zu bilden, der durch die unterbrochene Linie bei 72 gezeigt
ist, der Absperren, Überdrehzahlschutz
von Sperr/Überdrehzahlschutz-Verifikation
für die
FMU 12 leistet und dabei eine ausreichende Betätigungsdruckströmung beibehält, die
adäquat
ist, eine Druckbeaufschlagung der externen Triebwerksaktuatoren
während
Windmühlendrehens
des Triebwerks beizubehalten.
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Wie
man am besten in der 2 erkennt, weist das MPSOV 22 eine
Brennstoffeinlassöffnung 74 zum
Aufnehmen der zugemessenen Brennstoffströmung von dem Zumessventil 20,
eine Brennstoffauslassöffnung 76 zum
selektiven Aufnehmen der zugemessenen Brennstoffströmung von
der Brennstoffeinlassöffnung 74 zum
Transferieren der zugemessenen Brennstoffströmung zu dem Triebwerk, eine
Betätigungsdrucköffnung 78 zum
selektiven Aufnehmen von Brennstoff bei einem Betätigungsdruck,
eine Referenzdruckeinlassöffnung 82 zum Aufnehmen
von Brennstoffströmung
bei dem Referenzdruck PR, eine Referenzdruckauslassöffnung 84 zum
selektiven Aufnehmen der Brennstoffströmung bei dem Referenzdruck
PR von der Referenzdruckeinlassöffnung 82 und
eine Absperrventilspule 86 auf, die zwischen einer in der 1 gezeigten
offenen Position und einer in den 2 bis 4 gezeigten
geschlossenen Position in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen
der Betätigungsöffnung 78 und
der Brennstoffeinlassöffnung 74 bewegbar
ist. Eine geeignete Feder 88, beispielsweise eine Schraubendruckfeder
ist vorgehen, um die Ventilspule 86 in Richtung auf die
geschlossene Position vorzuspannen und sicherzustellen, dass die
zugemessene Brennstoffströmung
einen ausreichenden Minimaldruck hat. Geeignete Dichtungen, beispielsweise O-Ringe 90,
sind in der MPSOV 22 vorgesehen, um eine unerwünschte Leckage
zu verhindern. Die Ventilspule 86 weist einen Ringkanal 92 auf,
der die Referenzdruckeinlassöffnung 82 und
die Referenzdruckauslassöffnung 84 miteinander
verbindet, wenn die Ventilspule 86 in der geschlossenen
Position ist. In diesem Zusammenhang sollte man erkennen, dass die
relative Beabstandung der Öffnungen 76, 82 und 84,
des Kanals 92 und des Endes 94 der Ventilspule 86 derart
sind, dass die Ventilspule 86 die Brennstoffauslassöffnung 76 blockiert,
wenn die Referenzdruckeinlassöffnung 82 und
die Referenzdruckauslassöffnung 84 verbunden
sind.
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Das
Absperrbetätigungsventil 70 weist
eine Betätigungsdruckeinlassöffnung 100,
um eine Brennstoffströmung
bei dem Betätigungsdruck
aufzunehmen, eine Betätigungsdruckauslassöffnung 102,
die mit der Betätigungsdrucköffnung 78 des
MPSOV 22 verbunden ist, um die Brennstoffströmung von
der Einlassöffnung 100 damit
zu verbinden, eine Referenzdruckeinlassöffnung 104, die mit
der Referenzdruckauslassöffnung 84 verbunden
ist, um die Brennstoffströmung
bei dem Referenzdruck PR von dort aufzunehmen, eine Referenzdruckauslassöffnung 106,
die mit der Regeldruckkammer 52 verbunden ist, um die Brennstoffströmung bei
dem Referenzdruck PR dorthin zu führen, eine Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108,
eine Absperrbetätigungsöffnung 110 und
eine Absperrbetätigungsspule 112,
die in einer Ventilbohrung 114 zwischen einer ersten in
der 1 gezeigten Position einer zweiten in der 3 gezeigten
Position und einer dritten in der 2 gezeigten
Position in Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen der Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 und
der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 bewegbar
ist, auf. Eine geeignete Feder 116, beispielsweise eine
Schraubendruckfeder, ist vorgesehen, um die Ventilspule 112 in
Richtung auf die erste Position vorzuspannen, und ein geeigneter
O-Ring 118 ist vorgesehen, um eine unerwünschte Leckage
durch die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 zu
verhindern, wenn die Ventilspule 112 in der ersten Position
ist. Wie man in der 1 erkennt, ist dann wenn die
Absperrbetätigungsventilspule 112 in
der ersten Position ist, Brennstoffströmung zwischen der Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 und
der Betätigungsdruckauslassöffnung 102 und
zwischen der Referenzdruckeinlassöffnung 104 und der
Referenzdruckauslassöffnung 106 blockiert
und in Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 und
die Absperrbetätigungsöffnung 110 sind
in Fluidverbindung. Wie man in der 3 erkennt,
ist, wenn die Absperrbetätigungsventilspule 112 in
der zweiten Position ist, Brennstoffströmung zwischen der Referenzdruckeinlassöffnung 104 und
der Referenzdruckauslassöffnung 106 blockiert,
Brennstoffströmung
von der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 zu
der Absperrbetätigungsöffnung 110 ist
geregelt und die Betätigungseinlassöffnung 100 ist
in Fluidverbindung mit der Betätigungsdruckauslassöffnung 102,
um die Brennstoffströmung
bei dem Betätigungsdruck
dort hin zu transferieren. Wie man in der 2 erkennt, ist,
wenn die Ventilspule 112 in der dritten Position ist, die
Referenzdruckeinlassöffnung 102 in
Fluidverbindung mit der Referenzdruckauslassöffnung 106, um eine
Brennstoffströmung
dort hin zu transferieren. Die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 ist
in Fluidverbindung mit der Betätigungsdruckauslassöffnung 102,
um Brennstoffströmung
dort hin zu transferieren und eine Strömung zwischen der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 110 und
der Absperrbetätigungsöffnung 108 ist
blockiert.
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Die
FMU 12 weist ferner ein Überdrehzahlsolenoidventil 120 mit
einem offenen Zustand, in dem die Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 mit
dem Ablass 61 verbunden ist, um Brennstoffströmung dort hin
zu transferieren, und einem geschlossenen Zustand auf, in dem Brennstoffströmung von
der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 durch
den Ablass 61 blockiert ist. Ein Absperrsolenoidventil 122 ist auch
vorgesehen und hat einen offenen Zustand, in dem Absperrbetätigungsöffnung 110 mit
dem Ablass 61 verbunden ist, um eine Brennstoffströmung dort hin
zu transferieren, und einen geschlossenen Zustand, in dem Brennstoffströmung von
der Absperrbetätigungsöffnung 110 durch
den Ablass 61 blockiert ist. Beide Solenoidventile 120 und 122 sind
mit dem EEC verbunden und bewegen sich aus deren offenen Zustand
und deren geschlossenen Zustand in Reaktion auf Signale von der
EEC.
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Vorzugsweise
sind beide Solenoidventile 120 und 122 in Richtung
auf deren geschlossene Position oder deren geschlossenen Zustand
vorgespannt, so dass die Ventile in deren geschlossener Position
bleiben, wenn der Strom abgeschaltet ist, und sich in ihre offene
Position und ihren offenen Zustand bewegen, wenn sie von der EEC
energiebeaufschlagt werden. Weil es viele geeignete Formen von Solenoidventilen
gibt, die präzisen
Details derartiger Solenoidventile 120 und 122 im
hohen Maße
von den Bedürfnissen
der speziellen Anwendung abhängig sind,
werden weitere Details dieser Bauteile aus Gründen der Kürze nicht dargestellt.
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Eine
Passage 124 verbindet die Absperrbetätigungsöffnung 108 mit der
Passage 36, um Brennstoffströmung bei dem fein gefilterten
Druck PF von der Passage 36 strömungsabwärts des Feinsiebfilters 34 aufzunehmen.
Das erlaubt die Druckbeaufschlagung der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 mit
dem fein gefilterten Druck PF unter bestimmten Bedingungen. Die
Passage 124 weist eine Absperr/Überdrehzahl-Delta-Druck-P Drossel 126 auf, die
einen Druckabfall erzeugt, der eine Verringerung des Drucks bei
der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 auf
ein Niveau unter dem Feinfilterdruck PF unter bestimmten Bedingungen
erlaubt.
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Eine
MPSOV Dämpfungsdrossel 128 ist
zwischen dem Ablass 161 und der Betätigungs- und Betätigungsdruckauslassöffnung 78 und 102 vorgesehen.
Wie nachfolgend detaillierter erläutert werden wird, erlaubt
es die Drossel 128, den Druck an der Betätigungsdrucköffnung 78 auf
den Ablassdruck PD zu verringern, wenn es keine Strömung durch
die Drossel 128 gibt, und auf einen Druck zu erhöhen, der
größer ist
als der Ablassdruck PD, wenn es eine Strömung durch die Drossel 128 gibt.
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Der
Ventilsatz 72 hat einen Normalbetriebs- oder Normallaufzustand,
der in der 1 gezeigt ist, einen Überdrehzahlzustand,
der in der 2 gezeigt ist, und einen Absperrzustand,
der in der 3 gezeigt ist. In dem Normalbetriebszustand
ist die Strömung
sowohl von der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 als
auch der Absperrbetätigungsöffnung 110 zu
dem Ablass 61 durch das entsprechende Solenoidventil 120 und 122,
wie man in der 1 sieht, blockiert. Ventilsatz 72 nimmt
den Überdrehzahlzustand
in Reaktion darauf an, dass die Überdrehzahlablassöffnung 108 in
Fluidverbindung mit dem Ablass 61 gebracht wird, indem
das Solenoidventil 120 sich dem in 2 gezeigten
offenen Zustand bewegt. Der Ventilsatz 72 nimmt den Absperrzustand
in Reaktion darauf ein, dass die Absperrbetätigungsöffnung 110 in Fluidverbindung
mit dem Ablass gebracht wird, indem das Ventil 122 sich
in dem offenen Zustand bewegt, während
eine Strömung
von der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 zu
dem Ablass 61 in dem Zustand durch das Solenoidventil 120 blockiert
ist.
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Die
FMU 12 hat zusammen mit dem Ventilsatz 72 einen
Normalbetriebs- oder Normallaufmodus, der in der 1 gezeigt
ist, einen Überdrehzahlmodus,
der in der 2 gezeigt ist, einen Absperrmodus,
der in der 3 gezeigt ist, und einen Absperr-/Überdrehzahlverifikations-Testmodus,
der in der 4 gezeigt ist. Der generelle
Betrieb der FMU 12 in dem Normalbetriebs- oder Normallaufmodus wurde
bereits beschrieben. In dem Normalbetriebsmodus befindet sich der
Ventilsatz 72 in dem Normalbetriebszustand, wobei sowohl
das Überdrehzahlsolenoidventil 120 als
auch das Absperrsolenoidventil 122 ein Fließen zu dem
Ablass von der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 bzw.
der Absperrbetätigungsöffnung 110 blockieren.
Weil es keine Strömung
von den Öffnungen 108 und 110 gibt,
ist der Brennstoffdruck an den Öffnungen 108 und 110 mindestens
nominell gleich dem Feinfilterdruck PF, was in Verbindung der Feder 116 ausreichend
ist, die Ventilspule 112 in der geschlossenen Position
in dem Druck an der Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 zu halten,
der im Wesentlichen gleich P2 ist. Somit blockiert die Ventilspule 112 die
Strömung
durch die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 zu
der Betätigungsdruckauslassöffnung 102 und
der Betätigungsöffnung 78 des
MPSOV 22. Das schafft einen Brennstoffdruck an der Betätigungsöffnung 78,
der gleich dem Ablassdruck PD ist, das es der Ventilspule 86 erlaubt,
nach rechts in ihre offene Position gegen die Vorspannkraft der
Feder 88 verlagert zu werden so Brennstoffeinlassöffnung 74 und
die Brennstoffauslassöffnung 76 verbindet,
so dass die zugemessene Fluidströmung
von dem Zumessventil 22 zu dem Triebwerk strömen kann.
Man sollte erkennen, dass, wenn der Ventilsatz 72 in den
Normalbetriebszustand der Ventilspule 86 in der offenen
Position und der Ventilspule 112 in der ersten Position
ist, eine Strömung
von der Referenzdruckeinlassöffnung 82 zu der
Betätigungsauslassöffnung 116 durch
die Ventilspulen 86 und 112 blockiert ist. Das
führt zu
einem Brennstoffdruck, der gleich ist zu dem Regelbrennstoffdruck
PM der Referenzdruckauslassöffnung 106 und
in der Regeldruckkammer 52 erlaubt so der EEC, die Position
der Zumessventilspule 44 durch das Regeldruckventil 24 zu
positionieren, um die Brennstoffströmung zu dem Triebwerk zuzumessen.
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Um
in den Überdrehzahlabsperrmodus
zu gelangen, sendet die EEC ein Überdrehzahlsignal
an das Überdrehzahlsolenoidventil
und energiebeaufschlagt so das Ventil 120 und bewegt das
Ventil 120 zu der offenen Position, um die Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 mit
dem Ablass 61 zu verbinden. Die sich ergebende Strömung durch
die Passage 124 erzeugt einen Druckabfall über die Absperr-/Überdrehzahl-P-Drossel 126,
der den Druck an der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 auf
ein Niveau verringert, welches niedriger ist als der Feinfilterdruck PF,
und es so erlaubt, dass der Druck an der Betätigungseinlassöffnung 100 die
Ventilspule 112 zu der in 2 gezeigten
dritten Position verlagert. Das erlaubt ein Strömen durch die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 zu
der Betätigungsöffnung 78 und
dem Ablass 61 über
die Betätigungsdruckauslassöffnung 102.
Eine Brennstoffströmung
von der Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 durch
die MPSOV Dämpfungsdrossel 128 ist
ausreichend, um an der Betätigungsöffnung 78 einen
Rückdruck
aufrecht zu erhalten, der die Ventilspule 86 in die geschlossene
Position gegen den Druck P2 an der Brennstoffeinlassöffnung 74 verlagert,
und so die zugemessene Brennstoffströmung von der Brennstoffeinlassöffnung 74 zu
der Brennstoffauslassöffnung 76 blockiert,
um die zugemessene Brennstoffströmung
zu dem Triebwerk abzusperren. Wenn die Ventilspule 86 in
der geschlossenen Position ist und die Ventilspule 112 in der
dritten Position ist, ist die Referenzdruckeinlassöffnung 82 mit
der Referenzdruckauslassöffnung 102 über die
Referenzdruckauslassöffnung 84 und
die Referenzdruckeinlassöffnung 104 verbunden.
Das erlaubt es dem Ventilsatz 72, in dem Überdrehzahlzustand
eine Brennstoffströmung
bei dem Referenzdruck PR zu der Regeldruckkammer 52 des
Brennstoffzumessventils 20 zu lenken und so die Zumessventilspule 44 in
die geschlossene Position zu zwingen. In diesem Zusammenhang sollte
man erkennen, dass die Brennstoffströmung bei dem Referenzdruck PR
die Brennstoffströmung
von dem Regeldruckventil 24 überwindet, weil der Referenzdruck
PR immer größer oder
gleich Regeldruck PM ist. Damit ist das Zumessventil 20 in
seinem geschlossenen Zustand unabhängig dem Steuersignal zu dem
Regeldruckventil 24 von der EEC möglicherweise weiterhin Steuersignale
basierend auf der Brennstoffvorgabe für das Triebwerk sendet. Zusätzlich zum
Verlagern des MPSOV 22 in den geschlossenen Zustand bildet die
Betätigungsdruckströmung durch
die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 eine
Strömung
von der Passage 36 durch eine Windmühlen-Strömungsöffnung 30, eine PRV-P-Drossel 132 und
die MPSOV Dämpfungsdrossel 128,
wie durch Pfeile A gezeigt. Diese Strömung hat einen ausreichenden
Deltadruck über
die MPSOV Dämpfungsdrossel 128,
um den Feinfilterdruck PF auf einem Niveau zu halten, das adäquat ist,
die externen Aktuatoren zu positionieren, wenn das Triebwerk in
der Folge der Unterbrechung der Brennstoffströmung zu dem Triebwerk eine Windmühle bewegt.
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Um
den Absperrmodus zu initiieren, sendet die EEC ein angeordnetes
Absperrsignal an das Absperrsolenoidventil 122 und führt so zu
einer Energiebeaufschlagung des Absperrventils 122 in die
offene Position und verbindet die Absperrbetätigungsöffnung 110 mit dem
Ablass 61, während
das Überdrehzahlsolenoidventil 120 nicht
energiebeaufschlagt ist und in der geschlossenen Position ist, um
einen Strömung
von der Überdrehzahlbetätigungsöffnung zu dem
Ablass 61 zu blockieren. Das erzeugt eine Strömung von
der Passage 126 durch die Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 der
Absperrbetätigungsöffnung 110 und
dann zu dem Ablass 61. Der sich ergebende Druckabfall über die
Absperr/Überdrehzahl-P-Drossel 126 verringert
den Druck an der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 auf
ein Niveau, welches erlaubt, dass der Druck an der Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 die
Ventilspule 112 in die in der 3 gezeigte
zweite Position verlagert. Die Ventilspule 112 ist daran
gehindert, sich in die dritte Position zu bewegen, weil, wenn das Überdrehzahlsolenoidventil 120 in
der offenen Position ist, eine Bewegung der Ventilspule 112 in
Richtung zu der dritten Position die Absperrbetätigungsöffnung 110 schließt und so
die Brennstoffströmung über die
Absperr/Überdrehzahl-P-Drossel 126 verringert
und den Druck an der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 erhöht, was
einer weiteren Bewegung der Spule 112 in Richtung auf die
dritte Position entgegenwirkt. Folglich ist, wenn der Ventilsatz 72 in
dem Absperrzustand ist, die Brennstoffströmung durch die Absperrbetätigungsöffnung 110 geregelt,
um ein Kräftegleichgewicht
an der Ventilspule 112 zwischen dem Druck an der Betätigungsdruckeinlassöffnung 110, der
auf eine Seite der Ventilspule 112 wirkt, und der Feder 116 und
dem Druck an der Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108,
das andere Ende der Ventilspule 112 wirken, beizubehalten.
Das hält
die Ventilspule 112 in ihrer zweiten Position, wenn die
Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 ist,
um eine Strömung
hindurch aufzunehmen, um die Strömung
zu der Betätigungsdrucköffnung 78 durch
die Betätigungsdruckauslassöffnung 102 zu
lenken. In dem Überdrehzahlmodus
und Überdrehzahlzustand
ist die Rate der Brennstoffströmung
durch die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 und über die
MPSOV Dämpfungsdrossel 128 ausreichend,
ein adäquates
Druckniveau an der Betätigungsöffnung 78 zu
bilden, um die Ventilspule 86 in die geschlossene Position
zu verlagern und so die zugemessene Brennstoffströmung von der
Brennstoffeinlassöfffnung 74 zu
der Brennstoffauslassöff nung 76 zu
unterbinden, um die zugemessene Brennstoffströmung zu den Triebwerk abzusperren.
Jedoch blockiert, anders als in dem Überdrehzahlmodus und Überdrehzahlzustand,
die Ventilspule 112 in dem Absperrmodus und Absperrzustand eine
Brennstoffströmung
zwischen der Referenzdruckeinlassöffnung 104 und der
Referenzdruckauslassöffnung 106 statt
die Referenzdruckeinlassöffnung 104 und
die Referenzdruckauslassöffnung 106 zu
verbinden. Das erlaubt es dem Regeldruckventil 24 Regelbrennstoffdruck
PM an der Betätigungsdruckauslassöffnung 102 und
in der Regeldruckkammer 52 beizubehalten. Folglich kann
in dem Absperrmodus und Absperrzustand die EEC die Position der Zumessventilspule 44 steuern,
indem sie Befehlssignale durch das Regeldruckventil 24 sendet.
Weil jedoch die Ventilspule 86 des MPSOV 22 in
der geschlossenen Position ist, gibt es keine Brennstoffströmung zu
dem Triebwerk, selbst wenn die Zumessventilspule 44 in
eine Position basierend auf der Brennstoffvorgabe für das Triebwerk
befohlen wird. Wie in dem Überdrehzahlmodus
und Überdrehzahlzustand
erzeugt, wenn sich die Zumessventilspule 44 in die geschlossene
Position bewegt, die Rate an Brennstoffströmung durch die Betätigungsdruckeinlassöffnung 100 eine
Brennstoffströmung über die PRV-P-Drossel
und die Windmühlenströmungsdrossel 130 und 132 und
die MPSOV Dämpfungsdrossel 128,
was es dem PRV Ventil 26 erlaubt, den Feinfilterdruck PF
auf einem Niveau zu betreiben und zu halten, das adäquat ist,
um die externen Aktuatoren zu positionieren, wenn das Triebwerk
in der Folge des Abschaltens der zugemessenen Brennstoffströmung zu
dem Triebwerk windmühlenartig
mitdreht.
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Um
die FMU 12 in den Absperr/Überdrehzahlverifikations-Testmodus
zu bringen, setzt die EEC den Überdrehzahleinstellpunkt
auf eine ausgewählte
Unterleerlauftriebwerksdrehzahl, nachdem die EEC das angeordnete
Abschaltsignal übertragen hat,
um den Absperrmodus zu initiieren. Man sollte erkennen, dass, falls
as Triebwerk nicht herunterfahren sollte, die EEC als eine Option
konfiguriert sein kann, zu erkennen, dass ein Fehler bei dem Absperrmodus
der FMU 12 aufgetreten ist, und ein Abschalten des Triebwerks
initiieren kann, in dem das Regeldruckventil 24 verwendet
wird, die Zumessventilspule 44 in ihre geschlossene Position
zu befehlen und so die zugemessene Brennstoffströmung zu dem Triebwerk abzusperren.
In dieser Hinsicht kann die EEC auch ein Signal an die Flugzeugzelle
initiieren, welches einen Fehler bei den Absperrbauteilen der FMU 12 anzeigt.
Wenn die Triebwerksdrehzahl die ausgewählte Unterleerlaufdrehzahl
erreicht, vermittelt die EEC das Überdrehzahlsignal an das Überdrehzahlsolenoidventil
und die beaufschlagt das Ventil 120 in die offene Position
und verbindet die Überdrehzahlbetätigungsöffnung 108 mit
dem Ablass 61, wie in 4 gezeigt.
Wie in dem Überdrehzahlmodus
erlaubt das der Strömung
durch die Absperr/Überdrehzahl-P-Drossel 126 zu
dem Ablass 61 durch das Überdrehzahlsolenoidventil 120 zu
strömen
und erlaubt so ein Verlagern der Ventilspule 112 in die
dritte Position, ohne die Brennstoffströmung durch die Absperr/Überdrehzahl-P-Drossel 126 abzusperren.
Weil die Ventilspule 86 des MPSOV 22 bereits in
der geschlossenen Position ist, dient die Bewegung der Ventilspule 112 zu
der dritten Position dem Verbinden der Referenzdruckeinlassöffnung 82 mit
der Referenzdruckauslassöffnung 106 über die Referenzdruckauslassöffnung 84 und
die Referenzdruckeinlassöffnung 104.
Das bringt den Ventilsatz 72 in den Überdrehzahlzustand und erlaubt
es dem Ventilsatz 72, eine Brennstoffströmung zu
der Regeldruckkammer 52 mit dem Referenzdruck PR zu lenken
und so Steuerung der Zumessventilspule 44 durch das Regeldruckventil 24 zu überfahren
und die Zumessventilspule 44 in die geschlossene Position zu
verlagern. Die EEC sendet Befehlssignale an das Regeldruckventil 24,
um die Zumessventilspule 44 in ihren Regelzustand zu positionieren,
während
die EEC die Position der Zumessventilspule 44 basierend
auf dem Signal von der LVDT 54 überwacht, festzustellen, ob
die Zumessventilspule 44 bei ihrer angeordneten Position
oder der geschlossenen Position ist. Ein korrekter Betrieb der Überdrehzahl-
und Abschalt-Bauteile der FMU 12 wird durch die EEC verifiziert,
wenn sie erfasst, dass die Zumessventilspule 44 in der
geschlossenen Position und nicht in der Position ist, die von der
EEC durch das Regeldruckventil 24 momentan befohlen wurde.
Andererseits erfasst die EEC eine Fehler der Überdrehzahl- und Abschalt-Bauteile,
wenn die EEC erfasst, dass die Zumessventilspule 44 nicht
in die geschlossene Position bewegt wurde und so anzeigt, dass das
Regeldruckventil 24 nicht überfahren wurde und dass mindestens
einer der folgenden Fehler aufgetreten sein kann:
- 1.
Das Überdrehzahlsolenoidventil
hat:
- a) geschlossen versagt (failed closed) oder
- b) das Überdrehzahlsignal
nicht erhalten;
- 2. Die Absperrbetätigungsventilspule 112 hat
es nicht geschafft, in die dritte Position zu verlagern; oder
- 3. Die MPSOV Ventilspule 86 hat es nicht geschafft,
die geschlossene Position zu verlagern.
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In
Reaktion auf eine Anzeige, dass die Zumessventilspule 44 nicht
in die geschlossene Position bewegt wurde, gibt die EEC ein Fehlersignal,
welches eine Wartung der FMU 12 erzwingen wird. Außerdem sendet die EEC kein Signal an das Cockpit, dass
ein vollständiges
Absperren erreicht wurde, das Fehlersignal abgegeben wurde. Das
zeigt dem Pilot an, dass FMU 12 möglicherweise weiterhin eine
Strömung
an das Triebwerk liefert.
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Bei
manchen Anwendungen kann die Zeit, die das Triebwerk benötigt, um
die ausgewählte
Unterleerlaufdrehzahl zu erreichen, die Zeitdauer überschreiten,
für die
Strom an das Absperrsolenoidventil 122 geliefert wird.
In dieser Situation befiehlt die EEC die Zumessventilspule 44 in
deren geschlossene Position bevor der Strom dem Absperrsolenoidventil 122 abgeschalten
wird. Das stellt sicher, dass der Absperrzustand erreicht wird,
wenn der Strom zu dem Ventil 122 abgeschalten wird. Dann
wenn die Triebwerksdrehzahl eine Unterleerlaufdrehzahl erreicht und
das Überdrehzahlsignal
abgegeben wird, um das Überdrehzahlsolenoid 122 energiezubeaufschlagen,
versucht die EEC, die Zumessventilspule 44 in ihren Regelzustand über Befehlssignale
an das Regeldruckventil 24 zu befehlen, während sie
kontinuierlich die Position der Zumessventilspule über 44 die LVDT 54 überwacht.
Wie vorangehend gilt, wenn sich die Zumessventilspule 44 nicht
aus der geschlossenen Position bewegt, ist der Test bestanden. Wenn sich
andererseits die Zumessventilspule 44 bewegt, ist das ein
Anzeichen für
ein Versagen der Überdrehzahl-
und Abschalt-Bauteile der FMU 12.
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Wie
man am besten in der 4 erkennt, weist die FMU 12 auch
eine Absperrverriegelungsöffnung 136 auf,
die mit der Absperrbetätigungsöffnung 110 durch
eine Passage 138 verbunden ist. Wenn die Zumessventilspule 44 in
die geschlossene Position bewegt ist, verbindet die Zumessventilspule
die Absperröffnung 126 mit
dem Ablass 61 und erlaubt so ein Strömen über die Absperr/Überdrehzahl-P-Drossel 126 durch
die Überdrehzahlbetätigungsöff nung 108 und
die Absperrbetätigungsöffnung 110 im
Ablass 61 durch die Absperrverriegelungsöffnung 136, selbst
wenn das Absperrsolenoidventil 122 stromlos ist und in
die geschlossene Position bewegt ist. Wenn das Regeldruckventil 24 keine
Vorspannung hat, so dass das Ventil 24 den Regeldruck PM
gleich dem Referenzdruck PR einstellt, wenn es keinen Strom zu dem
Regeldruckventil 24 gibt, dient die Strömung durch die Absperröffnung 136 dem
Verriegeln der FMU 12 in dem Absperrmodus, wenn die Ventilspule 86 in
ihrer geschlossenen Position ist und die Zumessventilspule 44 in
der geschlossenen Position ist, selbst wenn kein Strom an den Ventilen 24, 120 und 122 anliegt.
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Zu
Zwecken dieser Beschreibung beinhalten Bezugnahmen auf den Regeldruck
PM (modulated pressure), den Referenzdruck PR (reference pressure),
den Ablassdruck PD (drain pressure), den Feinfilterdruck PF (fine
filter pressure), den Druck PI, den Druck P2 und den Betätigungsdruck
Druckverluste durch die verschiedenen Passagen und komplett geöffneten
und verbundenen Ventilöffnungen
der FMU 12, wobei diese Druckverluste typischerweise vernachlässigbar
sind. Beispielsweise werden die Drücke an der Referenzdruckeinlassöffnung und
der Referenzdruckauslassöffnung 82, 84, 104 und 106 alle als
bei dem Referenzdruck PR angesehen, wenn die Ventilspule 86 in
der geschlossenen Position ist und die Ventilspule 112 in
der dritten Position ist, wie in der 2 gezeigt,
obwohl es gewisse Druckverluste, typischerweise vernachlässigbar,
geben wird, wenn der Brennstoff von der Einlassöffnung 82 durch zu der
Auslassöffnung 106 fließt.
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Eine
Modifikation der FMU 12, die ein Bypassrichtungssteuerventil 150 aufweist,
ist in der 5 gezeigt. Diese Ausführungsform
der Erfindung 12 ist identisch zu der in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsform
mit der Ausnahme, dass zusätzlich
das Bypassrichtungssteuerventil (BDCV – bypass direction control
valve) 150, eine Steuerdrucköffnung 152 zu der
Referenzdruckkammer 50 des Zumessventils 20 und
eine Passage 154, welche die Steuerdrucköffnung 152 mit
dem BDCV 150 verbindet, vorhanden ist. Das BDCV 150 weist
eine Bypassströmungseinlassöffnung 156,
die mit der Passage 58 verbunden ist, um die Bypassströmung von der
strömungsaufwärtigen Seite
des Zumessventils 20 zu empfangen, eine erste Bypassabgabeöffnung 158 zum
selektiven Empfangen der Bypassströmung von der Bypasseinlassöffnung 156,
eine zwei te Bypassströmungsabgabeöffnung 160 zum
selektiven Empfangen der Bypassströmung von der Bypassströmungseinlassöffnung 156,
eine Steuerdruckkammer 162, die mit der Steuerdrucköffnung 152 verbunden
ist, um selektiv Brennstoff bei dem Referenzdruck PR zu empfangen,
um den Druck in der Steuerdruckkammer 162 zu variieren,
und eine Ventilspule 164 auf, die in Reaktion auf den Druck
in der Steuerdruckkammer 162 zwischen einer ersten und
einer zweiten Position beweglich ist. Eine geeignete Feder 167,
beispielsweise eine Schraubendruckfeder, ist vorgesehen, um die
Ventilspule in Richtung auf die erste Position vorzuspannen. In
der ersten Position verbindet die Ventilspule 164 die erste
Bypassströmungsabgabeöffnung mit
der Bypassströmungseinlassöffnung 156,
um die Bypassströmung
davon zu empfangen und die Bypassströmung zu einem (nicht gezeigten)
Wärmetauscher,
beispielsweise einem Brennstoff/Ölwärmetauscher,
bei einem integrated drive generator (IDG) der zu dem Triebwerk
gehört, zu
lenken. In der zweiten Position verbindet die Ventilspule 164 die
zweite Bypassströmungsabgabeöffnung 160 mit
der Bypassströmungseinlassöffnung, um
die Strömung
davon zu empfangen und die Strömung
zu einem anderen Wärmetauscher,
beispielsweise einem Brennstoff/Ölwärmetauscher
für das Triebwerksöl, zu lenken.
Das der Steuerdruckkammer 162 entgegengesetzte Ende der
Ventilspule 164 wird von einer Ablassöffnung 166 bei dem
Ablassdruck PD gehalten. Wenn die Zumessventilspule 44 positioniert
ist, die Steuerdrucköffnung 152 zu
blockieren, wird der Brennstoffdruck in der Drucksteuerkammer 162 auf
den Ablassdruck PD über
die Ablassöffnung 168 verringert,
die mit der Steuerdrucköffnung 162 durch
eine Drossel 170 verbunden ist. Das gleicht den Druck an
beiden Seiten der Ventilspule 164 aus und erlaubt es so
der Feder 167, die Ventilspule 164 in die erste
Position zu verlagern. Wenn sich die Zumessventilspule 44 in
eine zweite Position bewegt, die die Steuerdrucköffnung 152 zu der
Referenzdruckkammer 50 öffnet,
strömt
Brennstoff bei dem Referenzdruck PR durch die Steuerdrucköffnung 152 und
die Passage 154 zu der Steuerdruckkammer 162.
Die Drossel 170 hat einen ausreichenden Widerstand, um
den Druck in der Steuerdruckkammer 162 auf einem Niveau
zu halten, das adäquat
ist, um die Ventilspule 164 in die zweite Position zu verlagern.
Man sollte erkennen, dass, weil die Steuerdrucköffnung 152 basierend
auf der Position der Zumessventilspule 44 geöffnet und
geschlossen wird, die Richtungssteuerung der Bypassströmung über das
BDCV 150 direkt bezogen ist auf die Brennstoffströmungsrate
zu dem Triebwerk. Das erlaubt die Verwendung der Bypassströmung zum
Kühlen ausgewählter Bauteile
bei ausgewählten
Triebwerksbedingungen, beispielsweise der IDG bei niedrigen Triebwerksleistungsbedingungen,
wie Leerlauf am Boden, und dann das Kühlen des Triebwerksölkühlers für andere
Leistungsbedingungen, beispielsweise mittlere Leistungsbedingungen
bis Hochleistungsbedingungen, die während des Starts freien Flug
auftreten.
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Obwohl
es bevorzugt ist, sämtliche
Ventile 20, 22, 24, 26, 28, 70, 120, 122 und 150 in
eine einzige Gehäuseanordnung 14 zu
integrieren, kann es bei manchen Anwendungen vorteilhaft sein, eines oder
mehrere dieser Ventile in einem separaten Gehäuse unterzubringen, welches
mit der Gehäuseanordnung 14 mit
geeigneten Brennstoffleitungen oder -rohren verbunden ist.
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Man
sollte erkennen, dass gemäß einem
Aspekt das Brennstoffzuführsystem 10 durch
die Verwendung des Signals von dem Sensor 54 die Betriebsintegrität der Überdrehzahlbauteile
während des
Abschaltens des Triebwerks verifizieren kann, ohne zusätzliche
Hardware, sei es hydromechanischer oder elektromechanischer, für dieses
Merkmal zu benötigen,
außerdem
kann das Brennstoffzuführsystem 10 gemäß einem
anderen Aspekt durch die Verwendung des Rückkopplungssignals von dem Sensor 54 eine
positive Brennstoffabsperrung für eine
Absperranzeige an das Cockpit verifizieren, ohne zusätzliche
Hardware, sei es hydromechanische oder elektromechanische, zu benötigen. Außerdem kann
die Brennstoffzumesseinheit 12 gemäß einem weiteren Aspekt durch
das Vorsehen der Absperrverriegelungsöffnung 136 zwischen
dem Ventilsatz 72 und dem Brennstoffzumessventil 20 eine
Absperrverriegelung erreichen, ohne zusätzliche Hardware, sei es hydromechanische
oder elektromechanische, zu benötigen.
Als ein weitere Vorteil wird gemäß einem
Aspekt durch das Vorsehen des Strömungswegs durch die Windmühlendrossel 130,
die PRV Drossel 132 und die MPSOV Dämpfungsdrossel 128,
wenn die Zumessventilspule 44 in ihrer geschlossenen Position
während
eines Absperrmodus und/oder eines Überdrehzahlmodus ist, eine
Windmühlendruckbeaufschlagung
der externen Aktuatoren erreicht, ohne zusätzliche Hardware, sei es hydromechanische
oder elektromechanische, zu benötigen.
Schließlich
kann gemäß einem
weiteren Aspekt durch das Vorsehen eines Hydrauliksignals von dem
Brennstoffzumessventil 20 zu dem Bypassrichtungssteuerventil 150 die
Brennstoffzumesseinheit 12 eine automatische Bypassrichtungssteuerumschaltung
als eine Funktion der zugemessenen Brennstoffströmungsrate leisten. Man sollte
erkennen, dass, obwohl die beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen
die vorangehend explizit angegebenen Vorteile möglich machen, diese Vorteil
nicht erforderlich sind, und es möglich sein kann, die Erfindung
auszuführen,
ohne sämtliche
oder einen Teil der vorangehend explizit angegebenen Vorteile zu erreichen.