DE602004002458T2

DE602004002458T2 - Vorrichtung und verfahren zur bereitstellung von brandschutz für einen ölkühler in einer flugzeughilfsaggregatkammer

Info

Publication number: DE602004002458T2
Application number: DE602004002458T
Authority: DE
Inventors: Ronald St. Bruno TRUMPER
Original assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Current assignee: Pratt and Whitney Canada Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2024-02-19
Also published as: DE602004002458D1; JP2006518297A; WO2004074096A1; EP1594738B1; US7093666B2; CA2515690C; US20040194975A1; CA2515690A1; EP1594738A1

Description

Die Erfindung betrifft generell das Kühlen einer Gasturbinenmaschine, die in einem Kompartment angebracht ist, und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern des Schutzes vor Feuer bei derartigen Geräten.
Die Gondel-Kompartments von Hilfskrafterzeugern (auxiliary power unit) müssen sorgsam belüftet werden, um "Tot-Luft"-Zonen zu vermeiden, wo sich entflammbare Gase in unerwünschter Weise ansammeln können und somit eine potentielle Feuerbedrohung darstellen. Das Kompartment hat jedoch trotz der besten Anstrengungen der Konstrukteure, Zonen, in denen die Belüftung weniger als ideal ist, und deshalb sind Maßnahmen zum Feuerschutz nicht nur wünschenswert, sondern es gibt gesetzliche Vorschriften, die die Anwesenheit von bestimmten Niveaus an Feuerschutz auch fordern. So wird beispielsweise, wenn in dem Kompartment ein Feuer detektiert wird, typischerweise eine Feuerlöschflüssigkeit (beispielsweise Halon) in dem Kompartment verteilt, um die Flammen zu kontrollieren. Feuerbeständige Materialien werden auch bei der Konstruktion verwendet. Beispielsweise sind in derartigen Systemen Ölkühler häufig aus rostfreiem Stahl oder Ähnlichem gebaut, um Feuerschutz zu schaffen, falls es in dem Kompartment zu einem Feuer kommen sollte, während der Hilfskrafterzeuger in Betrieb ist. Der rostfreie Stahl liefert eine bessere Wärmebeständigkeit (relativ zu den generell bevorzugten leichtgewichtigen Materialien, wie Aluminium, etc.) für das Öl in dem Kühler bei Vorliegen der hohen Temperaturen eines nahen Feuers. Derartige Maßnahmen tragen jedoch zu der Gesamtkonstruktion Gewicht bei und es wäre deshalb wünschenswert, verbesserte, leichtere Maßnahmen zur Schaffung von Feuerschutz bereitzustellen.
EP-0 514 119 A beschreibt einen in einem Triebwerkskompartment angebrachten Ölkühler, welches jalousieartige Lüftungsschlitze aufweist, die im Falle eines Feuers in dem Triebwerkskompartment geschlossen werden.
Es ist ein Ziel dieser Erfindung, eine verbesserte Feuerschutzvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Feuerschutz für eine Hilfskrafterzeuger-Installation in einem Flugzeug bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Feuerschutzvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Feuerschutzvorrichtung gemäß Anspruch 12 bereitgestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schaffen von Feuerschutz gemäß Anspruch 16 bereitgestellt.
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun nur beispielhaft und mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
1 ist eine schematische Ansicht eines typischen passiven Kühlsystems für einen Hilfskrafterzeuger gemäß dem Stand der Technik.
2 ist ein vergrößerter Teil des Gesamtsystems von 1 und beinhaltet eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein vergrößerter Teil des Systems von 1 und beinhaltet eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein vergrößerter Teil des Systems von 1 (mit Blick nach unten auf den Luftkühler) und beinhaltet eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein vergrößerter Teil des Systems von 1 und beinhaltet eine vierte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt schematisch ein passives Kühlsystem des Stands der Technik für einen Hilfskrafterzeuger 10. Der Hilfskrafterzeuger 10 ist in einem Kompartment 12 positioniert, welches in dem Heck eines Flugzeugs 14 mit einer Außenoberfläche 16 positioniert ist. Das Kompartment 12 ist von dem Rest des Rumpfs durch ein Feuerschott 18 getrennt und Außenoberflächen 16 des Flugzeugs 14 bilden die restlichen Wände des Kompartments 12. Der Hilfskrafterzeuger 10 weist typischerweise einen Lastkompressor (load compressor) 20, einen Leistungsverdichter 22 und eine Turbine 24 auf. Ein Ölkühler 26 ist vorgesehen, um (nicht gezeigtes) Öl zu kühlen, welches von dem Hilfskrafterzeuger 10 verwendet wird, wie nachfolgend beschrieben werden wird.
Ein Einlasskanal 30 verläuft zwischen einer Einlassöffnung 32 in der Außenoberfläche 16 und dem Hilfskrafterzeuger 10. Der Einlasskanal 30 definiert eine Luftströmungspassage 34, durch die der Hilfskrafterzeuger 10 Verbrennungsluft ansaugt. Die Einlassöffnung 32 erlaubt es der Luft, in der Richtung der Pfeile unter dem Einfluss des Hilfskrafterzeugers 10 selbst (bei Betrieb am Boden) oder der Luftströmung des Flugzeugs und des Hilfskrafterzeugers (Flugbetrieb) zu strömen. Der Einlasskanal 30 weist auch eine Einlassableitung (inlet scoop) 60 darin angebracht auf, um einen Teil der durch die Luftströmungspassage 34 strömenden Luftströmung in das Kompartment 12 über den Kompartmentauslass 50 abzuleiten. Der Hilfskrafterzeuger 10 hat auch einen Abgasaustritt 70, der in einer Abgaspassage 74 positioniert ist, die zu dem Äußeren des Flugzeugs 14 führt. Ein Ejektor 80 ist zwischen dem Austritt 70 und dem Ölkühler 26 positioniert.
Bei Betrieb des Hilfskrafterzeugers 10 bildet bei 70 austretendes Abgas mit hoher, Geschwindigkeit einen Unterdruckbereich in dem Ejektor 80. Der Unterdruckbereich in dem Ejektor 80 bewirkt, dass Luft aus dem Kompartment 12 und durch den Ölkühler 26 gesaugt wird, in eine Kompartmentseite 27 des Ölkühlers 26 gelangt und dann von einer Ejektorseite 28 in den Ejektor 80 austritt. Die Kühlluft vermischt sich dann mit dem Abgas des Hilfskrafterzeugers 10 und wird in die Außenumgebung abgegeben. Durch den Ölkühler 26 strömendes Öl wird somit von der Luftströmung gekühlt und in einem gewünschten Betriebstemperaturbereich gehalten.
Zum Schutz gegen das unwahrscheinliche Ereignis des Ausbrechens eines Feuers in dem Kompartment 12 sind alle Systembauteile mit einem Feuerschutz versehen, um Schaden an den Bauteilen zu verhindern und sicherzustellen, dass ein Sicherheitsniveau für die Flugzeugnutzlast, das Bodenpersonal und Ähnliches beibehalten wird. Da Luft aus dem Kompartment 12 in den Wärmetauscher 26 gesaugt wird, muss der Wärmetauscher 26 auch mit einem Feuerschutz versehen sein und ist deshalb typischerweise aus rostfreiem Stahl (oder einem ähnlichen hoch wärmebeständigen Material), um das gewünschte Niveau an Feuerschutz zu schaffen. Das durch die Bauteile aus rostfreiem Stahl dazugekommene zusätzliche Gewicht kann jedoch verglichen mit leichteren aber weniger feuerbestängigen Materialien wie beispielsweise Aluminium, die typischerweise bei nicht-Feuer-kritischen Bereichen bei Flugzeugkonstruktionen verwendet werden, signifikant sein. Deshalb wäre es, wenn beispielsweise Aluminium verwendet würde, wünschenswert, alternative Feuerschutzmaßnahmen für den Luftkühler 26 vorzusehen.
Es wird auf die 2 Bezug genommen. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Feuerabschirmung 80 zum selektiven Abdecken des Wärmetauschers im Fall eines Feuers vorgesehen. Ein Betätigungselement 10 ist auch vorgesehen, um vorzugsweise automatisch die Feuerabschirmung 90 zu schließen, sobald ein Feuer in dem Kompartment durch einen oder mehrere geeignete Sensor(en) (nicht gezeigt) erfasst wird. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise auch mit einem Feuerschutzmaterial und einer Isolierung überzogen, sofern erforderlich. Der so für den Fall eines Feuers geschützte Ölkühler kann nun aus irgendeinem Material hergestellt werden, das für einen Ölkühler geeignet ist, beispielsweise Aluminium.
In der Ausführungsform der 2 weist die Feuerabschirmung 90 Türen 92 ähnlich "Schranktüren" auf, die von einem Aktuator 100 aktiv geschlossen werden, der hydraulisch betätigt wird. Die Türen 92 sind vorzugsweise Stahltüren mit ausreichender Dicke, um Feuerschutz zu schaffen (z. B. 0,005" dick oder dicker ist bevorzugt, obwohl jede feuerfeste Konfiguration ausreichend ist). Zwei Türen 92 sind gezeigt, jedoch kann jede Anzahl (einschließlich einer Türe) vorgesehen sein, um den Kühler gegen ein Feuer in dem Kompartment im wesentlichen abzuschirmen. Geschlossen schützt die Türe 92 bzw. schützen die Türen 92 den Wärmetauscher 26 gegen ein Kompartmentfeuer und erlauben so, den Wärmetauscher aus einem weniger Feuer-beständigen Material, beispielsweise Aluminium, herzustellen, was natürlich vorteilhaft leicht ist. Die Gewichtseinsparungen bei einer typischen Hilfskrafterzeugerinstallation für ein Verkehrsflugzeug können abhängig von der Konstruktion und Konfiguration über 60 Pfund betragen. Der Vorteil ist deshalb signifikant.
Die Feuerabschirmung 90 kann auch Schutz bei einem negativen Druckszenario (Luft, die rückwärts durch den Ejektor in das Kompartment strömt) liefern, wenn der Luftkühler durch die Feuerabschirmung 90 ausreichend abgedichtet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das Abschneiden der Luftströmung durch den Ejektor im Falle eines Feuers die Türe bzw. die Türen 92 das Auslöschen des Feuers in dem Kompartment fördern, indem sie eine Verdünnungsluftströmung in das Kompartment behindern und somit die Konzentration von Halon (oder jeglichem anderen Feuerlöschmittel) in dem Kompartment verbessern.
Die Feuerabschirmung 90 kann jede passende Konfiguration haben, die ausreichend das Auftreffen der Flammen eines Kompartmentfeuers auf exponierte nicht feuerfeste Teile des Kühlers 26 unterbindet oder diese sonstwie abschirmt. Die Feuerabschirmung 90 kann an dem Ölkühler 26, dem Ejektor 80 oder jeder anderen Struktur in dem Kompartment 12 angebracht sein. Vorzugsweise schützt die Feuerabschirmung 90 den gesamten Luftkühler 26, muss das jedoch nicht tun, abhängig von den speziellen Umständen der Anwendung. Die Feuerabschirmung 90 kann auch Teil einer größeren Vorrichtung zur Feuerkontrolle sein, die für den Ölkühler 26 der Hilfskrafterzeugerinstallation vorgesehen ist.
Es wird auf die 3 Bezug genommen. Bei einer zweiten Ausführungsform weist die Feuerabschirmung 90 eine Mehrzahl von jalousienartigen Luftschlitzen 94 oder Rolläden oder Lüftungsklappen 94 auf, die über dem Ölkühler 26 angebracht sind. Die Lüftungsklappen 94 sind vorzugs weise aktiv durch ein Aktuatorelement 100 im Falle eines Feuers verschließbar. Alternativ können, falls sie korrekt platziert und konfiguriert sind (was ein Fachmann im Lichte dieser Beschreibung erkennen wird), Jalousieelemente 94 unbeweglich oder fest sein, d. h. sie müssen im Falle eines Feuers nicht verschlossen werden, um dem Ölkühler 94 eine adäquate Abschirmung zu verschaffen. Statt dessen sind die Jalousienleisten mit einem Winkel angeordnet, um gegen ein direktes Auftreffen der Flammen von einem Kompartmentfeuer eine Abschirmung zu schaffen, und dennoch Luftzugang zu dem Ölkühler bei Normalbetrieb über einen "gewundenen" oder sonstwie nicht-direkten Luftweg in dem Kühler 26 bereitzustellen.
Es wird auf die 4 Bezug genommen. In einer dritten Ausführungsform weist die Feuerabschirmung 90 einen Iris-artigen Einschluss (der lediglich teilweise geschlossen in der 4 gezeigt ist) auf, der über den Ölkühler 26 im Falle eines Kompartmentfeuers geschlossen werden kann, um den Kühler gegen die Flammen abzuschirmen.
Es wird auf die 5 Bezug genommen. In einer vierten Ausführungsform weist die Feuerabschirmung 90 einen aufblasbaren Sack 98 auf, der vorzugsweise ein geeignetes Feuer-beständiges Material, beispielsweise Nomex^TM-Stoff (eine Handelsmarke von E. I. du Pont de Nemours and Company) oder ein anderes geeignetes Material aufweist. Der Aktuator 100 kann ein pyrotechnisches Element aufweisen, welches grob ähnlich zu dem ist, welches bei Fahrzeug-Airbag-Rückhaltesystemen verwendet wird.
Der Fachmann wird erkennen, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung auch in zahlreichen anderen strukturelle Konfigurationen realisiert werden können, beispielsweise Absperr- (shutter), Ableitungs- oder Deflektor-, Drosselklappen- oder anderen Ventil-Anordnungen und vielen anderen bewegbaren und nicht bewegbaren Abschirmanordnungen. Folglich sollen die vorangegangenen Ausführungsformen lediglich illustrativ sein.
Die vorliegende Erfindung ist als vorteilhaft für passive Kühlsysteme des generell in 1 gezeigten Typs dargestellt. Man wird jedoch erkennen, dass Luft auf eine Vielzahl von Wegen in das Kompartment geliefert werden kann. Beispielsweise können die Ableitung 60 und der Auslass 50 fehlen und stattdessen eine separate Leitung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die unabhängig Luft in das Kompartment 12 liefert (wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 6,092,360 gezeigt, dessen Inhalt durch Bezugnahme in diese Beschreibung inkorporiert wird), oder alternativ kann eine Jalousie (nicht gezeigt) in der Außenoberfläche 16 des Flugzeugs vorgesehen sein (wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 5,265,408 gezeigt). Die Mittel, mittels denen Luft dem Kompartment 12 zugeführt wird, sind für die vorliegende Erfindung nicht wichtig. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch vorteilhaft bei anderen Typen von Hilfskrafterzeuger-Kühlsystemen verwendet werden. Der Umfang der angefügten Ansprüche soll deshalb nicht lediglich auf die speziell hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sein.

Claims

Feuerschutzvorrichtung für einen Ölkühler in einem Flugzeug-Hilfskrafterzeuger-Kompartment; wobei der Ölkühler (26) an einem Abgasejektor (80) an einem Hilfskrafterzeuger (10) in dem Kompartment (12) angebracht ist, wobei der Ölkühler eine erste Seite (27), die im wesentlichen zu dem Kompartment gerichtet ist, und eine zweite Seite, die an dem Abgasejektor angebracht ist, hat; und wobei die Feuerschutzvorrichtung aufweist: einen zum Erfassen eines Feuers in dem Kompartment (12) angepassten Sensor; und eine Feuerabschirmung (90), die dem Ölkühler (26) benachbart angebracht ist, wobei die Feuerabschirmung betätigbar ist, mindestens teilweise den Ölkühler in Reaktion auf ein von dem Sensor empfangenes Signal abzudecken, um so mindestens teilweise das direkte Auftreffen von Flammen auf den Ölkühler (26) im Falle eines Feuers in dem Kompartment zu unterbinden.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feuerabschirmung (90) eine Mehrzahl von Feuerblockierelementen (92; 94; 96; 98) aufweist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feuerabschirmung (90) an dem Ölkühler (26) angebracht ist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feuerabschirmung (90) der ersten Seite (27) des Ölkühlers (26) benachbart angebracht ist.
Feuerschutzvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Feuerabschirmung (90) zwischen einer ersten Position, in der der Ölkühler (26) von der Feuerabschirmung (90) im wesentlichen nicht abgedeckt ist, und einer zweiten Position, in der der Ölkühler (26) von der Feuerabschirmung (90) im wesentlichen abgedeckt ist, bewegbar ist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Feuerabschirmung (90) schwenkbar zwischen der ersten und der zweiten Position bewegbar ist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Feuerabschirmung (90) zwischen der ersten und der zweiten Position verschiebbar beweglich ist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Feuerabschirmung (90) aufblasbar zwischen der ersten und der zweiten Position bewegbar ist.
Feuerschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Feuerabschirmung (90) aktiv zwischen der ersten und der zweiten Position von einem Betätigungselement (100) bewegbar ist.
Feuerschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Feuerabschirmung (90) zwischen der ersten und der zweiten Position in Reaktion auf das ein Feuer in dem Kompartment anzeigende Signal bewegt wird.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feuerabschirmung relativ zu dem Kühler fest ist.
Feuerschutzvorrichtung für einen Ölkühler in einem Flugzeug-Hilfskrafterzeuger-Kompartment, wobei die Feuerschutzvorrichtung aufweist: eine Sensoreinrichtung, die zum Erfassen eines Feuers in dem Kompartment (12) angepasst ist; und eine Abschirmeinrichtung (90), die zum Unterbinden von Auftreffen von Flammen auf den Ölkühler (26) in Reaktion auf ein von der Sensoreinrichtung im Falle eines Kompartmentfeuers empfangenes Signal betätigbar ist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Abschirmeinrichtung (90) relativ zu dem Ölkühler (26) bewegbar ist.
Feuerschutzvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Abschirmeinrichtung (90) relativ zu dem Ölkühler (26) fest ist.
Feuerschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Abschirmeinrichtung (90) an dem Ölkühler (26) angebracht ist.
Verfahren zum Schaffen von Feuerschutz für einen in einem Flugzeug-Hilfskrafterzeuger-Kompartment angebrachten Ölkühler, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen eines Feuers in dem Kompartment (12); mindestens teilweise Abdecken des Ölkühlers (26), wenn ein Feuer in dem Kompartment (12) erfasst wird, um so mindestens teilweise ein direktes Auftreffen von Flammen auf den Ölkühler (26) zu unterbinden.