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Diese Erfindung betrifft ein Brennstoffregelsystem
für eine
Gasturbine, wie beispielsweise ein Strahltriebwerk, hauptsächlich für eine Verwendung in
einem Flugzeug.
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Es wurden Brennstoffregelsysteme
vorgeschlagen, die Haupt- und Notbrennstoffmeßventile enthalten, die in
Reihe verbunden und so angeordnet sind, daß ein Fehler des einen der
Ventile in einer Weise, die ein potentielles Weglaufen des Brennstofflusses
nach oben verursacht, dazu führt,
daß die Regelung
aufrechterhalten oder vom anderen Ventil angenommen wird.
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Es kann wünschenswert sein, ein Brennstoffregelsystem
mit einem Schutz gegen einen Zustand bereitzustellen, der zu einem
Fehlerzustand einer potentiellen Brennstoffflußverringerung beider Ventile Fuhrt,
und es ist ein Ziel der Erfindung, ein Brennstoffregelsystem bereitzustellen,
bei dem das in einer einfachen und wirksamen Weise zustande gebracht wird.
In dieser Patentbeschreibung bedeutet „downward failure" einen Fehler
einer Ventileinrichtung in einer derartigen Weise, daß eine potentielle
Brennstoffflußverringerung
hervorgerufen wird.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung weist
ein Brennstoffregelsystem auf hintereinander geschaltete erste und
zweite Meßventile
für das
Bereitstellen eines dosierten Brennstoffflusses; eine Einrichtung,
die betriebsfähig
ist, um einen Fehlerzustand einer potentiellen Brennstoffflußverringerung im
Regler oder beim Betrieb beider Meßventile nachzuweisen, und
um ein Signal zu erzeugen, das für
einen derartigen Fehler repräsentativ
ist; und eine Einrichtung, die als Reaktion auf das Signal betriebsfähig ist,
um das System in einen Zustand zu bringen, bei dem ein ausreichender
dosierter Brennstofffluß mittels
des nicht versagten Ventils aufrechterhalten wird.
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Das erste und zweite Meßventil
weisen entsprechend zweckmäßigerweise
Haupt- und Notfunktionen auf, wobei der dosierte Fluß normalerweise durch
das Hauptventil bewirkt wird, wobei die auf das Signal ansprechende
Einrichtung betriebsfähig
ist, um die Brennstoffzufuhrregelung auf das nicht versagte Notventil
beim Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverringerung des Hauptventils
zu übertragen.
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Vorzugsweise wird das System in den
Zustand gebracht, indem das versagte Ventil umgangen wird, oder
indem das versagte Ventil in einen offenen Zustand gebracht wird,
so daß eine
ausreichende Menge an Brennstoff dort hindurch zugeführt wird.
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Vorzugsweise ist die auf das Signal
ansprechende Einrichtung ein Umschaltventil.
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Typischerweise umfaßt das System
eine Einrichtung, die dazu dient, Positionsfehlersignale von den
Ventilen zu überwachen
und die Funktion der auf das Signal ansprechenden Einrichtung beim
Auftreten eines Fehlersignals über
einem vorgegebenen Wert zu veranlassen, das System in den Zustand
zu bringen.
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Es kann daher eine Anordnung in Betracht gezogen
werden, bei der der Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverringerung
des einen der Ventile nicht zu einer nicht geforderten Verringerung
des Brennstoffflusses führen
wird, da das versagte Ventil schnell in einen Zustand gebracht wird,
in dem eine Zufuhrregelung vom nicht versagten Ventil übernommen
oder beibehalten werden kann.
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Bei einer typischen Anordnung wird
eines der Meßventile,
das stromabwärts
vom anderen angeordnet ist, reguliert, um eine Brennstoffzuführgeschwindigkeit
zu liefern, die höher
ist als beim anderen Ventil, wie es in unserer veröffentlichten
Anmeldung
EP 0761948 beschrieben
wird, wodurch beide Ventile in die Lage versetzt werden, die Regelung beim
Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverstärkung des anderen beizubehalten
oder zu übernehmen.
Das System kann auf diese Weise zusätzlich gegen einen Fehler-
einer potentiellen Brennstoffflußverstärkung des Ventils geschützt werden.
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Die Erfindung wird jetzt als Beispiel
mit Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführung des Brennstoffregelsystems
der Erfindung; und
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2 eine
Darstellung gleich 1 von
einer zweiten Ausführung
des Brennstoffregelsystems der Erfindung.
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Im System der Erfindung wird ein
Hauptmeßventil 1 mit
Brennstoff von hohem Druck von einer Leitung 2 aus versorgt,
wobei der Druck von einer Pumpe 3 erhalten wird, die durch
eine Niederdruckleitung 4 versorgt wird. Das Ventil 1 weist
ein Ventilelement 5 auf, das den Fluß des Hochdruckfluids von einer
dazwischenliegenden Kammer 6 des Ventils durch eine Dosieröffnung 7 in
eine Flußleitung 8 regelt.
Eine Regelleitung 9 ist mit einer Regelkammer 10 auf
einer Seite des Ventilelementes 5 verbunden, und eine gleiche
Regelleitung 11 ist mit einer Regelkammer 12 auf
der gegenüberliegenden
Seite des Ventilelementes verbunden. Die Position des Ventilelementes 5 wird
mittels eines Hauptmeßdrehmomentmotors 13 reguliert,
was einen Fluß vom
Hochdruck in die Regelleitungen 9 und 11 über unveränderliche
Drosseln zuführt
und den Fluß aus
den Regelleitungen 9 und 11 über regelbare Drosseln variiert.
Die Position des Ventilelementes 5 wird mittels eines linearen
regelbaren Differentialtransformators 14 überwacht,
von dem ein Signal, das für
die Position des Ventilelementes repräsentativ ist, in einer Ausgangsleitung 15 zu
einem Differenzverstärker oder
einer gleichen Vorrichtung 16 geführt wird. Diese Vorrichtung
nimmt ebenfalls über
die Leitung 17 ein Signal auf, das für die gewünschte Position des Ventilelementes
repräsentativ
ist, und es wird ein Fehlersignal über die Leitung 18 bereitgestellt,
das nach einer Verstärkung
bei 19 dem Hauptmeßdrehmomenmotor 13 zugeführt wird,
der funktioniert, um die Position des Ventilelementes 5 in
einer kontinuierlichen Weise zu regulieren, wie es vorangehend erwähnt wird.
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Der dosierte Ausgang aus der Dosieröffnung 7 des
Ventils 1 wird über
die Leitung 8 einem zweiten Meßventil 20 zugeführt, worauf
man sich als ein Notmeßventil
bezieht, das in einer gleichen Weise wie das Ventil 1 angeordnet
ist und mittels eines Drehmomentmotors 21 reguliert wird,
um einen dosierten Fluß,
der um sagen wir 20% höher
ist als der, der vom Hauptmeßventil
geliefert wird, in eine Motorversorgungsleitung 22 zu liefern.
Diese Anordnung der Haupt- und Notmeßventile, auf die man sich
als eine Anordnung mit „niedrigem
Gewinn" bezieht bewirkt einen automatischen und unmittelbaren Schutz
gegen Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverstärkung des einen der beiden
Ventile 1 und 20 oder ihrer entsprechenden Drehmomentmotoren.
Das ist der Grund, weil im Fall eines Fehlers einer potentiellen Brennstoffflußverstärkung des
Hauptmeßventils,
d. h., wie es beispielsweise eine unpassende Zunahme des Brennstoffflusses
vom Ventil hervorrufen würde, das
Notmeßventil
die Regelung der Brennstoffzuführung
zur Leitung 22 übernehmen
wird, obgleich mit einer etwas höheren
als der erforderlichen Geschwindigkeit, die schnell unter Kontrolle
gebracht werden kann, um den gewünschten
Brennstofffluß zuzuführen. Andererseits,
sollte das Notmeßventil nach
oben versagen, würde
das Hauptmeßventil
weiter ohne Behinderung durch das Notventil funktionieren, um den
erforderlichen Fluß zum
Motor über
die Leitung 22 aufrechtzuerhalten.
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Ein System dieser Art wird detailliert
in unserer veröffentlichten
Anmeldung
EP 0761948 beschrieben.
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Um vor einem Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverringerung
der beiden Drehmomentmotoren und/oder einem Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverringerung
oder einer Freßerscheinung
der beiden Ventile 1, 20 zu schützen, ist
es erforderlich, den Fehler nachzuweisen und das System in einen
Zustand zu bringen, so daß jeglicher
regelnde Einfluß vom
versagten Ventil weggenommen wird, während gesichert wird, daß nur das
nicht versagte Ventil die Regelung übernimmt oder beibehält. Das wird
bei der vorliegenden Ausführung
durch Verwendung eines Umschaltventils 23 bewirkt, dem
nicht dosierter Brennstoff mit hohem Druck über eine Leitung 24 zugeführt wird.
Eine Austrittsleitung 25 für Brennstoff mit hohem Druck
wird zwischen dem Umschaltventil und dem Notmeßventil bereitgestellt, und
ein federbelasteter Schieber 26, der normalerweise in eine
veranschaulichte Zwischenposition mittels Feder getrieben wird,
blockiert beide Leitungen 24, 25 am Ventil, wenn
er in dieser Position ist. Eine hervorstehende Fläche 27 mit
verringertem Durchmesser des Ventils erzeugt eine innere ringförmige Kammer 28,
mit der eine Abzweigleitung 29 der Hochdruckleitung 8 verbunden
ist.
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Um den Fehler einer potentiellen
Brennstoffflußverringerung
beider Ventile und/oder ihres dazugehörenden Drehmomentmotors nachzuweisen, werden
Positionsfehlersignale für
die zwei Ventile, die von den entsprechenden Leitungen 18, 18' signalisiert
weiden, einer Summierverbindungsstelle 30 im Detektor 31 für den Fehler
einer potentiellen Brennstoffflußverringerung zugeführt, wo
ein positives Positionsfehlersignal des Notmeßventils, was ein übermäßiges Schließen dieses
Ventils darstellt, von einem entsprechenden positiven Positionsfehlersignal vom
Hauptmeßventil
subtrahiert wird. Der Ausgang von dieser Summierverbindungsstelle
wird durch einen Totraum geführt
und danach angelegt, um einen Umschaltdrehmomentmotor 32 anzutreiben,
der das Umschaltventil 23 reguliert. Wenn die Hauptmeßventilposition
weiter geschlossen wird als es gefordert wird, um mehr als einen
vorgegebenen Wert, was bedeutet, daß die Brennstoffzufuhr durch
dieses Ventil geringer sein wird als der geforderte Fluß, wird
ein positiver Ausgang im Totraum bereitgestellt, der den Umschaltdrehmomentmotor
mit Energie versorgt, um durch die Leitung 32B einen hohen
Druck anzuwenden, wodurch der Ventilschieber 26 nach links
bewegt wird, wie in der Zeichnung zu sehen ist, d. h., zur einzigen
Position des Notmeßventils.
Die Wirkung davon ist, daß die
Hilfshochdruckleitung 24 mit dem Raum 28 verbunden
wird und daher über
die Abzweigleitung 29 in den rechten Abschnitt der Leitung 8,
woher der Brennstoff mit hohem Druck direkt zum Ventil 20,
wobei er das Ventil 1 umgeht, für das Dosieren und ein Abfließen durch
die Motorversorgungsleitung 22 zugeführt wird.
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Gleichermaßen, wenn die Position des
Ventilelementes im Notmeßventil
20 als um mehr als einen vorgegebenen Wert weiter geschlossen gemessen
wird, als es gefordert wird, und unter der Annahme, daß kein gleicher
Fehler in der Position des Hauptmeßventils zu verzeichnen ist,
dann wird ein negativer Ausgang vom Totraum erzeugt, wobei der Umschaltdrehmomentmotor 32 mit
Energie versorgt wird, um einen hohen Druck durch die Leitung 32A zur
Anwendung zu bringen. Das bewegt den Ventilschieber 26 nach
rechts, wobei die Leitung 8 über den Abzweig 29 und
den Raum 28 mit der Leitung 25 verbunden wird,
wodurch gestattet wird, daß das
dosierte Fluid vom Hautmeßventil 1 direkt
zur Motorversorgungsleitung 22 geführt wird.
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Man wird sehen, daß bei der
Ausführung
in 1 der Fehler einer
potentiellen Brennstoffflußverringerung
des einen der Ventile und/oder seines regulierenden Motors dazu
führt,
daß das
versagte Ventil umgangen wird, so daß die Brennstoffzufuhr durch
das nicht versagte Ventil reguliert wird.
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Bei der in 2 veranschaulichten alternativen Ausführung, bei
der die Bezugszahlen aus 1 verwendet
werden, um gleiche Teile zu kennzeichnen, wird das Umschaltventil 23 so
modifiziert, daß sein
Schieber 26 zwei hervorstehende Flächen mit verringertem Durchmesser
aufweist, die ringförmige Räume 40, 41 bilden,
die entsprechend mit Bereichen von niedrigem Druck und hohem Druck
verbunden sind. Die Leitungen 11A und 11A', die
entsprechend von den Leitungen 11 und 11' abzweigen,
sind mit dem Ventil auf beiden Seiten des ringförmigen Raumes 40 verbunden,
und gleichermaßen
sind die Leitungen 9A und 9A' mit dem Ventil entsprechend auf
beiden Seiten des ringfömigen
Raumes 41 verbunden, wobei alle Leitungen 9A, 11A, 9A' und 11A' durch
das Ventil in seiner veranschaulichten neutralen Position blockiert
werden, in die es mittels Feder getrieben wird. Mit dem Ventil in
dieser Position funktionieren das Haupt- und Notmeßventil in der Weise, wie sie
in Verbindung mit 1 beschrieben
wird, wobei das Notventil einen höheren Ausgang liefert als das
Hauptventil, um mit dem Fehler einer potentielen Brennstoffflußverstärkung der
Ventile umzugehen.
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Im Fall des Fehlers einer potentiellen
Brennstoffflußverringerung
des Hauptmeßventils 1 wird dem
Umschaltventil in der vorangehend beschriebenen Weise Energie zugeführt, um
es nach links zu bewegen, wie es in der Zeichnung zu sehen ist.
Das hat die Auswirkung, daß die
Leitung 11A, die die obere Seite des Ventilelementes 5 des
Hauptventils 1 versorgt, mit dem Niederdruckraum 40 verbunden wird,
während
gleichzeitig der Hochdruckraum 41 mit der Leitung 9A verbunden
wird, wodurch gesichert wird, daß ein hoher Druck in der Leitung 9 zum
unteren Ende des Ventilelementes 5 zugeführt wird,
um es schnell in eine vollständig
offene Position anzutreiben. Das bringt das System in einen Zustand,
in dem ein vollständiger
Fluß des
Hochdruckfluids in der Leitung 8, unbehindert durch das
Ventil 1, zum Notmeßventil 20 gestattet
wird, wo er dosiert und an die Motorversorgungsleitung 22 abgegeben
wird. Gleichermaßen
führt im
Fall eines Fehlers einer potentiellen Brennstoffflußverringerung
des Notmeßventils 20 der Nachweis
dieses Fehlers dazu, daß der
Umschaltdrehmomentmotor den, Schieber 26 nach rechts bewegt,
wie in der Zeichnung zu sehen ist, wobei die Leitung 11A' und
folglich die Versorgungsleitung 11' mit dem Niederdruckbereich 40 verbunden
werden, während
gleichzeitig die Leitung 9A' mit dem Hochdruckbereich 41 verbunden
wird, wodurch gesichert wird, daß ein hoher Druck an der Unterseite
des Ventilelementes 5 des Ventils 20 zur Anwendung
gebracht wird, wobei es schnell in seine vollständig offene Position angehoben
wird, um zu gestatten, daß der
vom Hauptventil 1 dosierte Brennstoff unbehindert durch
das Ventil 20 und in die Motorversorgungsleitung 22 hinein
gelangt.
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Jegliche wesentlichen positiven Positionsfehler,
die sich im Ergebnis einer schnellen Zunahme des Flußbedarfs
ergeben, wie beispielsweise ein erneutes plötzliches Attackieren aus einem
Verzögerungszustand,
werden bei beiden Meßventilen
auftreten, so daß ein
Subtrahieren der Fehler an der Summierverbindungsstelle ein unbeabsichtigtes
Umschalten verhindern wird. Alternativ könnte das Umschaltsignal über eine
ausreichende Zeit verhindert werden, um das Auftreten von schnellen
kurzzeitigen Fehlern zu gestatten, ohne daß die Funktion des Systems
beeinflußt
wird, und das kann gestatten, daß das Umschaltsignal direkt
von den Positionsfehlern ohne Vergleich an der Summierverbindungsstelle
genommen wird. Das Verwenden von nur positiven Positionsfehlersignalen
gestattet eine automatische Umkehrung zur normalen Regelung bei
beiden Meßventilen,
wenn der Fehler verschwindet.
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Es wäre möglich, sowohl positive als
auch negative Positionsfehler zu verwenden, aber das würde zu einer
geringfügigen
Zunahme bei der Wahrscheinlichkeit führen, daß ein Fehler einer potentiellen
Brennstoffflußverstärkung ungeregelt
bleibt, was mit der sehr geringen Forderung von nicht mehr als einem
ungeregelten Fehler einer potentiellen Brennstoffflußverstärkung pro
109 Motorflugstunden unvereinbar sein kann.