DE69104446T2

DE69104446T2 - Hydraulisches Absperrventil mit zwei unabhängigen Eingängen.

Info

Publication number: DE69104446T2
Application number: DE69104446T
Authority: DE
Inventors: Michael A Gillott
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2011-08-23
Also published as: EP0473537B1; US5114115A; EP0473537A1; CA2048988A1; JPH04255534A; CA2048988C; DE69104446D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Hydraulikkreise, in denen Ventile zum Regulieren des Druckes und des Durchflusses benutzt werden.

Stand der Technik

Brennstoffmanagementsysteme für Flugzeuggasturbinentriebwerke steuern sowohl den Brennstoffmengendurchfluß als auch den Brennstoffdruck, wobei verlangte Werte der Triebwerksleistung über einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen und Umgebungen aufrechterhalten werden. Für den Fall, daß dieser Bereich überschritten werden sollte, und zum Berücksichtigen von unvorhersehbaren Umständen bieten diese Systeme gewöhnlich die Möglichkeit, einige von diesen oder alle diese Regelungen zu übersteuern. Üblicherweise ist die fundamentalste dieser Übersteuerungssicherheitsmaßnahmen diejenige, die für das Abschalten der gesamten Brennstoffzufuhr zu den Triebwerkseinspritzvorrichtungen sorgt.
In den meisten gegenwärtigen Systemen steuert ein Abschaltventil, das in der Triebwerksbrennstoffleitung angeordnet ist, den Zufluß zu den Triebwerksbrennstoffeinspritzvorrichtungen, vgl. z.B. EP-A-0 065 888. Wenn der Druck, mit dem ein Betätigungsanschluß beaufschlagt wird, welcher an diesem Abschaltventil vorgesehen ist, einen gewissen vorbestimmten Druck übersteigt, schließt das Ventil, und die gesamte Brennstoffzufuhr hört auf. Umgekehrt, wenn der Druck an dem Betätigungsanschluß an dem Abschaltventil unter diesen vorbestimmten Druck sinkt, öffnet das Ventil. Zum Steuern dieses Druckes ist der Betätigungsanschluß mit einem Auslaß eines Folgesteuerventils verbunden, das zwei Einlässe und zwei Steueranschlüsse hat. Der erste Einlaß ist mit einer Brennstoffquelle mit ausreichendem Druck, um den vorbestimmten Abschaltventilbetätigungsdruck zu überschreiten, verbunden. Der zweite Einlaß ist mit dem Systemablaß, einer Niederdruckquelle, verbunden.
Wenn der erste Steueranschluß oder Betriebsanschluß mit Hochdruck beaufschlagt wird, wird der Auslaß mit dem zweiten Einlaß verbunden, wobei der Betätigungsanschluß zu dem Systemablaß ventiliert und das Abschaltventil geöffnet wird. Wenn der Auslaß mit dem zweiten Einlaß auf diese Weise verbunden wird, wird eine hydraulische Verriegelung innerhalb des Folgesteuerventils eingerückt. Mit dieser eingerückten Verriegelung wird der Auslaß mit dem zweiten Einlaß verbunden bleiben, ungeachtet des Drucks, mit dem der Betriebsanschluß beaufschlagt wird. Zum Lösen dieser Verriegelung wird der Abschalt- oder zweite Anschluß mit Hochdruck beaufschlagt. Wenn die Verriegelung gelöst wird, wird der Auslaß mit dem ersten Einlaß verbunden, wobei der Betätigungsanschluß unter Druck gesetzt wird, um das Abschaltventil zu schließen.
Zum Steuern des Druckes an dem Betriebs- und dem Abschaltanschluß wird jeder mit einem Zweistellungsmagnetventil verbunden. Wenn das Abschaltmagnetventil betätigt wird, wird der Abschaltanschluß mit Hochdruck beaufschlagt. Wenn das Abschaltmagnetventil inaktiviert wird, wird der Abschaltanschluß mit dem Systemablaß verbunden. Zu allen Zeiten ist der Betriebsanschluß über eine Drosselbohrung in einer Ablaßleitung direkt mit dem Systemablaß verbunden. Wenn das Betriebsmagnetventil betätigt wird, wird Hochdruckbrennstoff dem Betriebsanschluß zugeführt. Die Größe der Drosselbohrung in der Ablaßleitung wird so gewählt, daß Hochdruckbrennstoff gestattet wird, mit einer langsamen Geschwindigkeit in den Systemablaß zu fließen. Wenn der Betriebsmagnet anschließend inaktiviert wird, wird Hochdruckbrennstoff in der Leitung, die den Betriebsanschluß versorgt, über die Ablaßleitung in den Ablaß abgelassen, wodurch der Betriebsanschluß ventiliert wird.
Bevor die Triebwerksbrennstoffversorgung durch das System gestattet wird, bleiben sowohl das Abschalt- als auch das Betriebsmagnetventil inaktiviert. Wenn beide Anschlüsse an dem Folgesteuerventil deshalb ventiliert werden, wird Hochdruckbrennstoff dem Betätigungsanschluß zugeführt, wodurch das Abschaltventil geschlossen gehalten wird. Wenn das Triebwerk gestartet werden soll, wird das Betriebsmagnetventil betätigt, wodurch der Betriebsanschluß unter Druck gesetzt wird. Das Folgesteuerventil verriegelt dann, wobei das Abschaltventil durch Ventilieren des Betätigungsanschlusses zu dem Systemablaß geöffnet wird. Wenn die laufenden Triebwerke abgeschaltet werden sollen, wird das Abschaltmagnetventil betätigt, wobei der Abschaltanschluß unter Druck gesetzt wird, um die hydraulische Verriegelung zu lösen. Wenn die hydraulische Verriegelung gelöst ist, wird Hochdruckbrennstoff dem Betätigungsanschluß zugeführt, wobei das Abschaltventil geschlossen und sämtliche Brennstoffzufuhr zu den Triebwerken gestoppt wird.
Der größte Vorteil dieses Typs von System ist, daß der Mechanismus, der die Brennstoffzufuhr stoppt, von den Mechanismen, die sie starten, elektrisch und mechanisch unabhängig ist. Weniger Komponenten wären erforderlich, wenn ein einzelnes Magnetventil zum Steuern des Druckes an dem Betätigungsanschluß an dem Abschaltventil benutzt würde. Mit einer elektronischen ODER-Schaltung könnten die Abschaltund Betriebsbefehle auf ein einzelnes Signal reduziert werden, das den Zustand dieses einzelnen Magnetventils steuert. Wenn alle Komponenten so wie beabsichtigt arbeiten, ist die Funktionsweise dieser Konfiguration mit der der oben erwähnten Zweimagnetventilkonfiguration identisch, und ein Magnetventil und ein Folgesteuerventil werden eliminiert. Sollte jedoch ein einzelnes Element in dem Einmagnetventilsystem ausfallen, könnte die Brennstoffabschaltund Betriebsmöglichkeit verloren gehen. In dem Zweimagnetventilsystem müssen aufgrund der Isolation wenigstens zwei Elemente ausfallen, damit die Steuerung des Abschaltventils vollständig verlorengeht, wofür die Wahrscheinlichkeit viel geringer ist.

Darstellung der Erfindung

Die Ziele der Erfindung beinhalten das Schaffen der Möglichkeit in Brennstoffmanagementsystemen, den Brennstoff zu hindern, aufgrund von Befehlen aus einem oder beiden von zwei elektrisch und mechanisch unabhängigen Eingängen zu den Triebwerkseinspritzvorrichtungen zu strömen.
Gemäß der Erfindung sind zwei unabhängige Abschaltventile mit den Einlässen eines Meistselektorventils verbunden, so daß, wenn eines der Abschaltventile betätigt wird, Hochdruck von dem Auslaß des Meistselektorventils zu einer Einrichtung gelangt, die auf Druck anspricht, um die gesamte Brennstoffzufuhr zu den Triebwerkseinspritzvorrichtungen zu stoppen.
Die im Stand der Technik bekannten Zweimagnetventilsysteme sorgen für eine zuverlässige Brennstoffabschalt- und Betriebsmöglichkeit in Flugzeuganlagen mit einer einzigen Quelle von Abschaltbefehlen. Es ist vorstellbar, daß viele zukünftige Anlagen zwei derartige Quellen haben werden, die die Brennstoffzufuhr entweder aufgrund von Signalen aus dem Cockpit oder aufgrund von Befehlen aus der elektronischen Triebwerkssteuereinheit stoppen. Das Abschalten der Brennstoffzufuhr aufgrund von einem oder beiden Eingangssignalen unter Verwendung eines Systems mit einem einzelnen Abschaltmagnetventil ist nicht möglich, wenn die Eingänge elektrisch und mechanisch unabhängig bleiben sollen, wie es oft verlangt wird.
Durch Hinzufügen eines zweiten Abschaltmagnetventils und eines Meistselektorventils zu dem System wird die Unabhängigkeit der elektrischen Abschaltsignale aufrechterhalten. Weiter, die Forderung, daß die Abschaltventile unabhängig bleiben, wird ohne nennenswertes Verändern der Folgesteuerventil-, Abschaltventil- und Betriebsmagnetventilkonfiguration erfüllt, was gestattet, die vorliegende Erfüllung mit nur minimaler Abänderung von älteren Systemen zu realisieren.
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Lichte der folgenden ausführlichen Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen derselben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, deutlicher werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines Teils eines Brennstoffmanagementsystems nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines ersten alternativen Zustands des Teils des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines zweiten alternativen Zustands des Teils des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, geht Hochdruckbrennstoff 9, der zu einem Triebwerk (nicht dargestellt) fließt, durch ein Abschaltventil 10 hindurch, das in einer Brennstoffversorgungsleitung 12 angeordnet ist. Hochdruck, mit dem ein Betätigungsanschluß 14 des Abschaltventils 10 beaufschlagt wird, schließt dieses, wobei die Brennstoffzufuhr zu den Triebwerken gestoppt wird. Der Betätigungsanschluß ist über eine Leitung 16 mit einem Auslaß 18 an einem Folgesteuerventil 20 verbunden, das zwei Einlässe 22, 24 und zwei Steueranschlüsse 26, 28 hat. Der erste Einlaß 22 ist mit einer Hochdruckbrennstoffquelle (nicht gezeigt) über eine Hochdruckleitung 23 verbunden. üblicherweise reicht der Druck dieser Hochdruckbrennstoffguelle von 2800 bis 10300 kPA (400 bis 1500 psig). Der zweite Einlaß 24 ist mit einer Niederdruckquelle, dem Systemablaß (nicht gezeigt), über eine Niederdruckleitung 25 verbunden. Aufgrund des Systemablaßrückdruckes reicht der Druck in der Niederdruckleitung 25 üblicherweise von 400 bis 1700 kPA (60 bis 250 psig).
Der Druck an jedem der beiden Steueranschlüsse 26, 28 an dem Folgesteuerventil bestimmt, welcher der beiden Einlässe 22, 24 mit dem Auslaß 18 verbunden ist. Wenn der zweite oder Abschaltanschluß 28 zu dem Systemablaß ventiliert wird, wobei der erste oder Betriebsanschluß 26 mit Hochdruck beaufschlagt wird, verbindet dieser den Auslaß 18 mit dem zweiten Einlaß 24, wobei der Betätigungsanschluß 14 zu dem Systemablaß ventiliert und das Abschaltventil 10 geöffnet wird. Wenn der Auslaß 18 mit dem zweiten Einlaß 24 auf diese Weise verbunden wird, rückt eine hydraulische Verriegelung innerhalb des Folgesteuerventils 20 ein. Wenn diese Verriegelung eingerückt ist, bleibt der Auslaß 18 mit dem zweiten Einlaß 24 verbunden, ungeachtet des Druckes, mit dem der Betriebsanschluß 26 beaufschlagt wird. Nur Hochdruck, mit dem der Abschaltanschluß 28 beaufschlagt wird, löst diese Verriegelung, wobei der Auslaß 18 mit dem ersten Einlaß 22 verbunden wird. Hochdruck wird dann dem Betätigungsanschluß 14 zugeführt, wobei das Abschaltventil 10 geschlossen wird.
Ein Zweistellungsbetriebsmagnetventil 30 steuert den Druck an dem Betriebsanschluß 26. Das Betriebsmagnetventil 30 hat einen einzelnen Einlaß 31 und einen einzelnen Auslaß 32. Der Einlaß 31 steht über eine Leitung 33 mit der Hochdruckleitung 23 in Verbindung. Der Auslaß 32 steht über eine Leitung 34 mit dem Betriebsanschluß 26 in Verbindung. Eine weitere Leitung 35, die eine Drosselbohrung 36 hat, steht mit der Leitung 34 in Verbindung, die den Betriebsanschluß 26 mit der Niederdruckleitung 25 verbindet. Wenn das Betriebsmagnetventil 30 inaktiviert wird, wird der Betriebsanschluß 26 über die Drosselbohrung 36 zu dem Systemablaß über die Niederdruckleitung 25 ventiliert. Wenn das Betriebsmagnetventil 30 betätigt wird, wird Hochdruckbrennstoff der Leitung 34 zugeführt, die den Betriebsanschluß 26 mit dem Betriebsmagnetventil 30 verbindet. Die Drosselbohrung 36 ist so bemessen, daß nur einer geringen Menge dieses Hochdruckbrennstoffes gestattet wird, in die Niederdruckleitung 25 zu fließen. Wenn das Betriebsmagnetventil 30 anschließend inaktiviert wird, wird unter Druck stehender Brennstoff in der Leitung 34, die den Betriebsanschluß 26 versorgt, abgelassen, wobei der Betriebsanschluß 26 ventiliert wird.
Der Abschaltanschluß 28 an dem Folgesteuerventil 20 steht über eine Leitung 38 mit dem Auslaß 40 eines Meistselektorventils 42 in Verbindung, das zwei Eingänge 44, 46 hat. Ungleiche Drücke, mit denen diese Einlässe 44, 46 beaufschlagt werden, erzeugen eine unabgeglichene Kraft an einem Verschlußstück 48 innerhalb des Meistselektorventils 42. Diese unabgeglichene Kraft treibt das Verschlußstück 48 bei dem niedrigsten Druck in den Einlaß, wobei dieser Einlaß geschlossen und verhindert wird, daß Fluid höheren Druckes zurück in die Einlaßversorgungsleitung niedrigeren Druckes strömt. Nachdem das Verschlußstück 48 aufsitzt, steht nur Druck von dem Einlaß höheren Druckes her mit dem Auslaß 40 in Verbindung. Sollten die Drücke an den beiden Einlässen 44, 46 gleich sein, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Zustand des Verschlußstücks 48 unbestimmt. Da es jedoch keine Rückströmung entweder über den Einlaß 44 oder über den Einlaß 46 geben kann und da das Verschlußstück 48 am Aufsitzen und Verschließen des Auslasses 40 gehindert wird, ist der Auslaßdruck gleich den beiden Einlaßdrücken.
Der erste Einlaß 44 und der zweite Einlaß 46 des Meistselektorventils 42 stehen mit dem ersten Zweistellungsabschaltmagnetventil 50 bzw. mit dem zweiten Zweistellungsabschaltmagnetventil 52 in Verbindung. Das erste Abschaltmagnetventil 50 wird aufgrund von im Cockpit abgegebenen Signalen betätigt, und das zweite Magnetventil 52 aufgrund von Befehlen aus einer elektronischen Triebwerkssteuereinheit (nicht gezeigt). Jedes Abschaltmagnetventil 50, 52 steht über eine Leitung 54 mit der Hochdruckleitung 23 und mit der Niederdruckleitung 25 in Verbindung. Wenn ein Abschaltmagnetventil 50, 52 betätigt wird, wird Hochdruckennstoff dem betreffenden Einlaß 44, 46 des Meistselektorventils 42 zugeführt. Wenn ein Abschaltmagnetventil 50, 52 inaktiviert wird, wird der betreffende Einlaß 44, 46 zu dem Systemablaß ventiliert.
Vor dem Triebwerksbetrieb sind alle drei Magnetventile 30, 50, 52 inaktiviert, und die hydraulische Verriegelung in dem Folgesteuerventil 20 ist nicht eingerückt. Der Betätigungsanschluß 14 an dem Abschaltventil 10 steht deshalb unter Druck, und das Abschaltventil 10 ist geschlossen. Damit Brennstoff zu dem Triebwerk fließen kann, wird das Betriebsmagnetventil 30 lange genug betätigt, um sicherzustellen, das die hydraulische Verriegelung in dem Folgesteuerventil einrückt. Wenn die Verriegelung eingerückt ist, wird der Betätigungsanschluß 14 zu dem Systemablaß ventiliert, und Brennstoff fließt durch die Versorgungsleitung 12.
Während des Triebwerksbetriebes sind deshalb die drei Magnetventile 30, 50, 52 jeweils inaktiviert, und die hydraulische Verriegelung in dem Folgesteuerventil 20 ist eingerückt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Gemäß Fig. 2, auf die nun Bezug genommen wird, wird, wenn ein Abschaltbefehl aus dem Flugzeugcockpit abgegeben wird, das erste Abschaltmagnetventil 50 betätigt, wobei Hochdruckbrennstoff dem ersten Einlaß 44 des Meistselektorventils 42 zugeführt wird. Da der zweite Einlaß 46 zu dem Systemablaß ventiliert bleibt, sitzt das Verschlußstück 48 in dem zweiten Einlaß 46. Hochdruckbrennstoff wird deshalb an dem zweiten Anschluß 28 des Folgesteuerventils 20 geliefert. Wenn der Betriebsanschluß 26 ventiliert wird, wird die hydraulische Verriegelung gelöst. Wenn die Verriegelung gelöst ist, wird Hochdruckbrennstoff dem Betätigungsanschluß 14 zugeführt, wobei das Abschaltventil 10 geschlossen und sämtliche Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk gestoppt wird.
Gemäß Fig. 3, auf die nun Bezug genommen wird, wird auf einen Befehl aus der elektronischen Triebwerkssteuereinheit hin das zweite Abschaltmagnetventil 52 betätigt, wobei Hochdruckbrennstoff dem zweiten Einlaß 46 des Meistselektorventils 42 zugeführt wird. Ähnlich wie in dem Fall des aus dem Cockpit abgegebenen Abschaltbefehls wird dann der zweite Anschluß 28 des Folgesteuerventils 20 mit Hochdruck beaufschlagt. Dadurch wird die hydraulische Verriegelung gelöst, so daß Hochdruckbrennstoff dem Betätigungsanschluß 14 zugeführt und das Abschaltventil 10 geschlossen wird.
Es sei angemerkt, daß das Folgesteuerventil 20 und eine Feder 29 innerhalb des Folgesteuerventils 20 so bemessen worden sind, daß die hydraulische Verriegelung gelöst wird, wenn eines der Abschaltmagnetventile 50, 52 betätigt wird, selbst wenn das Betriebsmagnetventil 30 ebenfalls betätigt wird.
Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben worden, dem Fachmann dürfte jedoch klar sei, das verschiedene Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen darin und daran vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird.

Claims

1. Durchflußleitungs(12)-Absperrung für ein hydraulisches Managementsystem, das zwei unabhängige Abschaltbefehlseingangsguellen hat, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10, 20) mit einem Abschaltanschluß (28) zum Steuern des Durchflusses durch die Durchflußleitung (12), wobei die Steuereinrichtung zwischem einem ersten, offenen Durchflußzustand und einem zweiten, geschlossenen Durchflußzustand aufgrund von Druck betätigbar ist, welcher dem Abschaltanschluß (28) zugeführt wird;

eine Einrichtung (42), die auf eine Druckdifferenz anspricht, um zwischen zwei Eingangsdrucksignalen (44,46) eine Ausgangssignal (40) auszuwählen, das im Druck nicht niedriger als jedes der Eingangsdrucksignale ist;

eine Einrichtung zum Anlegen des Ausgangssignals an den Abschaltanschluß (28);

ein erstes und zweites Abschaltventil (50, 52), die jeweils auf einen Betätigungsbefehl ansprechen und jeweils von dem anderen elektrisch unabhängig sind, um wahlweise hohe und niedrige Eingangsdrucksignale an die Selektoreinrichtung (42) anzulegen.

2. Durchflußleitungsabsperrung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung aufweist:

ein Folgesteuerventil (20), das den Abschaltanschluß (28) hat;

einen Auslaß an dem Folgesteuerventil (20), der aufgrund von Druck, welcher dem Abschaltanschluß (28) zugeführt wird, zwischen einem ersten, hohen Druckzustand und einem zweiten, niedrigen Druckzustand betätigbar ist;

ein Abschaltventil (10), das in der Durchflußleitung (12) vorgesehen ist, wobei das Abschaltventil (10) aufgrund von Druck, der einem Betätigungsanschluß (14) an dem Abschaltventil zugeführt wird, zwischen einem ersten, offenen Durchflußzustand und einem zweiten, geschlossenen Durchflußzustand betätigbar ist;

eine Einrichtung zum Liefern von Druck von dem Auslaß des Folgesteuerventils (20) zu dem Betätigungsanschluß (14).

3. Durchflußleitungsabsperrung nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Abschaltventil (50, 52) durch einen entsprechenden ersten und zweiten Elektromagnet betätigt werden.