-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Logiksystem zum Bestimmen eines
Wellenversagens in einer Gasturbinenmaschine und insbesondere ein
Verfahren zum Erfassen der unmittelbaren Anzeichen eines Wellenentkoppelns
in einer Gasturbinenmaschine und eine Vorrichtung, welche diese
Erfassungsfunktionen ausführt.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Gasturbinenmaschinen
sind in der Technik seit vielen Jahren bekannt und sind Maschinen,
bei denen eine Welle, welche eine Reihe von Verdichterlaufschaufeln
aufweist, als die Antriebswelle zum Erzeugen einer Schubabgabe von
der Maschine dient. Derartige Maschinen werden typischerweise bei Flugzeugen
verwendet und können
entweder in Kombination mit einem Propellerantriebssystem zur Bildung
eines Turbopropsystems oder ohne einen Propeller verwendet werden,
wie bei einem Turbowellensystem, einem Turbostrahlsystem oder einem Turbobläsersystem.
Maschinen, welche an einer einzigen Antriebswelle Verdichterlaufschaufeln
aufweisen, sind als Einwellen-Axialströmungsverdichtermaschinen (single
axial flow compressor engine) bekannt. Ein anderer Typ von Maschine
ist der, der zwei koaxiale Antriebswellen aufweisen kann, was als Doppelwellen-Axialströmungsverdichtermaschine (dual
axial flow compressor engine) bezeichnet wird. Bei einer derartigen
Maschine sind Reihen von Niederdruckverdichterlaufschaufeln durch
eine erste Antriebswelle mit einer Antriebsturbine verbunden. Strömungsabwärts dieser
Reihen von Niederdruckverdichterlaufschaufeln befinden sich Reihen
von Hochdruckverdichterlaufschaufeln, die mit einer zweiten koaxialen
Antriebswelle verbunden sind, die von separaten Antriebsturbinen
angetrieben ist.
-
Unabhängig davon,
ob die Maschine vom Einwellen-Axialtyp oder vom Doppelwellen-Axialtyp ist,
müssen
die Antriebswellen in der Lage sein, stundenlang mit zehntausenden
von Umdrehungen pro Minute unter intensiven Temperaturvariationen,
intensiven Beschleunigungsvariationen, Zentrifugalbelastung, Axialbelastung,
etc. zu rotieren.
-
Nach
Jahren von Wellennutzung haben sich Umstände ergeben, bei denen sich
eine der Antriebswellen von dem restlichen Teil der Welle trennt.
Weil die Antriebswelle bei einer derart hohen Drehzahl rotiert,
wird ein Versagen oder "Entkoppeln" der Welle plötzlich und
schnell erfolgen. Wenn eine Gasturbinenmaschine ein Wellenversagen
erfährt,
kann die gesamte Versagenssequenz in weniger als einer Sekunde ablaufen
und ein plötzliches
katastrophales Versagen der Maschine verursachen, bei dem die rotierenden
Bauteile der Maschine strömungsaufwärts der
Versagensstelle plötzlich
verlangsamen, während
die rotierenden Bauteile strömungsabwärts der Versagensstelle
beginnen, unkontrolliert zu beschleunigen. Die unkontrollierte Beschleunigung strömungsabwärts der
Versagensstelle birgt die größte Gefahr,
weil die Rotationsgeschwindigkeit dieser Bauteile einen Punkt erreichen
kann, bei dem die Zentrifugalkräfte
auf diese Bauteile bewirken, dass sie von der Antriebswelle abscheren
und auf das Maschinengehäuse
treffen und riskieren, dass möglicherweise
diese Bauteile nicht in dem Maschinengehäuse zurückgehalten werden. Bei einem
Stahlflugzeug kann ein derartiges Nicht-Zurückhalten zu einer ernsthaften
Beschädigung
an den restlichen Teilen der Maschine sowie zu einer Beschädigung an
dem Rumpf des Flugzeugs führen.
-
Verschiedene
Anstrengungen wurden unternommen, um ein Hindurchbrechen von Bauteilen durch
das Maschinengehäuse
zurückzuhalten.
Bei einem derartigen Versuch wurde ein massiver Rückhaltering,
der aus einem hochfesten Material, beispielsweise einer Nickelkobaltlegierung,
gebildet ist, in das äußere Maschinengehäuse integriert,
um die rotierenden Bauteile der Maschine umfangsmäßig zu umgeben.
Obwohl derartige Rückhalteringe
beim Zurückhalten
gebrochener Bauteile in dem Maschinengehäuse erfolgreich waren, tragen
sie ein signifikantes Maß an
zusätzlichem
Gewicht zu der Maschine bei und beeinträchtigen somit die Brennstoffeffizienz und
die Passagierkapazität.
Das Einfan gen von gebrochenen Maschinenbauteilen in der Maschine selbst
führt auch
zu einer extensiven irreparablen Beschädigung an der Maschine und
erfordert häufig, dass
die gesamte Maschine nach einem solchen Versagensvorfall ersetzt
wird und fügt
somit substantielle Kosten dem Betrieb des Flugzeugs zu.
-
Es
besteht deshalb ein Bedürfnis
nach der Entwicklung eines Warnprotokolls zum Identifizieren der
unmittelbaren Anzeichen eines Antriebswellenversagens und Abschalten
der Maschine bevor die Teile der Antriebswelle strömungsabwärts der
Versagensstelle auf ein Niveau beschleunigen, welches auf die rotierenden
Bauteile übermäßige Belastungen
aufbringt. Weil diese Warnanzeichen erst Sekundenbruchteile vor
dem Beginn des Brechens der Maschinenbauteile auftreten, ist es
evident, dass ein derartiges Warnprotokoll auch automatisiert sein muss,
vorzugsweise in der Form einer Kontolllogik, die von einem sehr
schnellen an Bord befindlichen Prozessor verwendet wird. Wenn es
möglich
wird, die Maschine abzuschalten, während sie die frühen Warnanzeichen
eines Wellenversagens zeigt und bevor es zu irgendwelchem Bauteilbruch
kommt, kann das Bedürfnis
nach der Verwendung schwererer Rückhalteringe
eliminiert sein. Außerdem
kann Beschädigung
an der Maschine, die sich aus dem Hochdrehzahl-Bauteilbrechen ergibt,
ebenso eliminiert sein. Am wichtigsten jedoch kann die Sicherheit
der arbeitenden Maschine signifikant verbessert werden, da das Risiko
für einen
Bauteilbruch eliminiert werden kann, und somit werden die Sicherheit
und die Integrität
des Fahrgastkompartments verbessert.
-
US 4 045 955 beschreibt
eine Regulierungseinrichtung für
eine Gasturbinenanlage.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung zumindest in ihrer bevorzugten
Ausführungsform,
ein Verfahren zum Vornehmen einer Bestimmung eines unmittelbaren
Antriebswellenversagens bereitzustellen und Brennstoffströmung zu
der Maschine abzuschalten, wenn ein derartiges unmittelbares Versagen
detektiert wird, und somit die Maschine abzuschalten.
-
Es
ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung zumindest in
ihrer bevorzugten Ausführungsform,
ein elektronisches System bereitzustellen, welches eine elektronische
Kontrolllogik verwendet, um eine Bestimmung eines Wellenversagens vorzunehmen
und um ein Kontrollsignal an ein Absperrsystem zu senden, um die
Brennstoffströmung zu
der Maschine in Reaktion auf eine Bestimmung des Wellenversagens
abzuschalten.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Steuern einer Turbinenmaschine gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Steuern einer Turbinenmaschine gemäß Anspruch 4 bereitgestellt.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine Schnittansicht einer Doppelwellengasturbinenmaschine.
-
2 ist
eine schematische Ansicht einer normierten Verzögerung gegen die korrigierte
Rotationsgeschwindigkeit für
den Niederdruckverdichter einer Doppelwellen-Axialverdichterturbowellenmaschine.
-
3 ist
ein Logikdiagramm, wie es in dem europäischen Patent 1 084 328 beschrieben
ist, welches nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt, welches
jedoch zu Zwecken der Erläuterung
beschrieben ist, welches die Schritte, die zum Detektieren einer
Wellenentkopplung erforderlich sind, und die Sequenz zum Abschalten
der Maschine zeigt.
-
4 ist
ein Logikdiagramm, wie es in dem europäischen Patent 1 084 328 beschrieben
ist, das nicht in den Umfang der vorliegenden Erfindung fällt, das
aber zu Zwecken der Erläuterung
beschrieben ist, welches die Schritte, die zum Detektieren eines Wellenentkoppelns
erforderlich sind und die Sequenz von Ereignissen zeigt, die ablaufen,
wenn einer der Kommunikationskanäle
versagt.
-
5 ist
ein Logikdiagramm, welches die Schritte, die zum Detektieren eines
Wellenentkoppelns erforderlich sind, und die Sequenz zum Abschalten
der Maschine zeigt, wenn ein Entkoppeln während des anfänglichen
Anlassens oder des Laufens bei niedrigen Leistungseinstellungen
detektiert wird.
-
Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
-
1 zeigt
eine Schnittansicht einer Standard-Doppelwellenmaschine 10,
welche das Doppel-Axialverdichtersystem verwendet, das die in den Verbrennungsabschnitt
der Maschine gelangende Luft verdichtet und Druck beaufschlagt.
Die Maschine 10 weist Reihen von Niederdruckverdichterlaufschaufeln 15 auf,
die an einer inneren Welle 22 rotieren. Die Drehzahl der
Niederdruckverdichterlaufschaufel-Rotation ist mit dem Parameter "NL" angezeigt, was in
der Nähe
des vorderen Endes der Maschine in 1 gezeigt
ist. Strömungsabwärts von dem
Niederdruckverdichterlaufschaufelabschnitt sind Reihen von Hochdruckverdichterlaufschaufeln 20.
Diese Laufschaufeln rotieren um eine Welle 21, die mit
der Niederdruckwelle 22 koaxial ist. Die Rotationsdrehzahl
für diesen
Laufschaufelabschnitt ist mit dem Parameter "NH" angezeigt,
was in der Nähe
des Mittelabschnitts des in 1 gezeigten
Diagramms gezeigt ist. Jede der Wellen 21 und 22 ist
von separaten Turbinen in dem Turbinenabschnitt 25 der
Maschine angetrieben.
-
Bei
Betrieb erzeugt der Verbrennungsabschnitt 24 die zum Antreiben
der Turbinen in dem Turbinenabschnitt 25 benötigte Kraft.
Diese Turbinen treiben wiederum die Doppel-Axialwellen 21 und 22, welche
die durch die Maschine strömende
Luftströmung
antreiben und Druck beaufschlagen. Eine derartige Maschine kann
auch als eine Maschine vom Turboproptyp betrieben werden, durch
das Hinzufügen
einer zusätzlichen
Turbine in dem Turbinenabschnitt zum Antreiben eines Propellers
an dem vorderen Bereich der Maschine oder durch andere strukturelle
Modifikationen, die dem Fachmann bekannt sind und die dieser versteht.
-
Ein
kritisches Augenmerk des Betriebs von jeder Art von Gasturbinenmaschine
ist das Versagen einer rotierenden Welle. Außerdem ist es bei jeder Gasturbi nenanwendung,
bei der die Brennstoffströmung
zu der Maschine in einem gewissen Maße weiterlaufen könnte, trotz
des Versagens einer rotierenden Welle, beispielsweise in der hier
beschriebenen Doppelwellen-Maschinenanwendung, wünschenswert, eine Einrichtung
zum Absperren der Brennstoffströmung
zu der Maschine beim Versagen der Welle bereitzustellen. Wenn beispielsweise
die den Niederdruckverdichterabschnitt 15 antreibende Welle 22 brechen
oder "entkoppeln" würde, würde der
Niederdruckverdichterabschnitt 15 beginnen, sofort zu verlangsamen,
während
die die Welle 22 antreibenden Turbinen, die weiterhin mit
Brennstoff versorgt werden, in Folge der plötzlich verringerten Last auf
der Welle, beginnen würden,
unkontrolliert zu beschleunigen. Mit dem Beginn der unkontrollierten
Beschleunigung dieser Turbinen würden
die Turbinen schnell ihre maximale Konstruktionsdrehzahl überschreiten und
beginnen, weg zu brechen, und Bruchstücke hoher kinetischer Energien
erzeugen, die in der Lage sind, das Maschinengehäuse zu verlassen, wenn nicht
das Maschinengehäuse
sonstwie durch irgendeine Art von Rückhaltestruktur geschützt ist.
Die gesamte Sequenz von Ereignissen, die zu einem derartigen Maschinenversagen
führen,
kann viel weniger als eine Sekunde dauern, somit haben die Erfinder
der vorliegenden Anmeldung bestimmt, das ein derartiges Versagen
bei den frühesten
Versagensanzeichen detektiert werden muss, und das Abschalten der
Maschine durch ein automatisiertes System ausgeführt werden muss, welches in
der Lage ist, auf das Versagen in Bruchteilen einer Sekunde zu reagieren.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde eine Logiksequenz entwickelt, welche
die Anwesenheit einer Wellenentkopplung basierend auf Änderungen
bei bestimmten Parametern des Maschinenbetriebs bestimmt. Obwohl die
bevorzugte Ausführungsform
eine Logiksequenz zum Detektieren eines Wellenversagens für die Niederdruckverdichterwelle
liefert, kann eine analoge Logiksequenz zum Bestimmen eines Versagens
der Hochdruckverdichterwelle verwendet werden, wie das der Durchschnittsfachmann
aus der folgenden Beschreibung weiß und versteht.
-
2 zeigt
Tests, die an einem Computermodell einer Turbopropmaschine, die
eine Doppel-Axialverdichteranordnung aufweist, die hinsichtlich 1 beschrieben
ist, durchgeführt
wurden. Die Hochachse zeigt die Verzögerung, auf die mit dem Parameter "NLDot" Bezug genommen wird,
der mittels des Parameters "Delta" normiert wurde.
Eine derartige Normierung erlaubt eine vergleichende Analyse von
Parametern oder berechneten Werten über die Einsatzmission der
Maschine. Das Normieren der Daten ist im Technikgebiet der Mathematik und
Statistik bekannt und die zum Durchführen einer derartigen Normierung
erforderlichen Schritte sind dem Durchschnittsfachmann bekannt und
werden von ihm verstanden. Der sich ergebende Parameter NLDot/Delta
ist auf der Hochachse in Einheiten prozentualer Geschwindigkeitsänderung
pro Sekunde aufgetragen. Die horizontale Achse zeigt die korrekte Drehzahl
des Niederdruckverdichters in U/min. Linie 30 zeigt den
Verzögerungzustand,
zu dem es unter einem kalten Flammenausfall (Cold Flame Out) kommt,
während
die Linie 40 den Verzögerungszustand
zeigt, zu dem es unter einem heißen Flammenausfall (Hot Flame
Out) kommt. Linie 50 repräsentiert eine Abgrenzungslinie,
die man als die Linie herausgefunden hat, welche Verzögerungen,
welche während
bekannter Maschinenanomalitäten,
beispielsweise Flammenausfall, auftreten, und Verzögerungen,
die nur durch ein Wellenabscheren der Niederdruckverdichterwelle
erklärt
werden können,
trennt. Die Linie 52 repräsentiert ein Wellenabscheren,
welches bei Reiseflughöhe
auftritt, während
die Linie 54 ein Wellenabscheren zeigt, welches unter Hochtemperaturbedingungen
auftritt. Man beachte, dass zwischen den Linien für ein Wellenabscheren
unter den verschiedenen Betriebsbedingungen nur ein sehr geringer
Unterschied ist, obwohl es einen leicht messbaren Unterschied zwischen
den Linien, die einen Flammenausfall illustrieren, und den Linien,
die ein Wellenabscheren illustrieren, gibt.
-
Die
Darstellung der 2 zeigt klar, dass die Verzögerung der "Fußabdruck" ist, der den klarsten Nachweis
eines Wellenversagens liefert, und außerdem der Nachweis ist, der
am schnellsten auftritt.
-
Ein
Vorteil des Verwendens der Verzögerungseigenschaften
des Verdichterbereichs der Welle zum Detektieren von Wellenabscheren
ist, dass die Zuverlässigkeit
der Sensoren besser ist, die zum Detektieren der Drehzahlen der
Ver dichterwelle verwendet werden, verglichen mit Sensoren, die in
den heißen
Turbinenwellenbereichen einer Maschine verwendet werden.
-
3 zeigt
die Logiksequenz 60, die zum unmittelbaren Detektieren
eines Versagens der Niederdruckverdichterwelle verwendet werden
kann. Die Logiksequenz wird über
zwei Kanäle
eines Steuerungsprozessors bekannt als eine digitale Maschinensteuerung
mit voller Autorität
("Fully Authority
Digital Engine Control")
oder "FADEC" durchgeführt. Die
FADEC ist im wesentlichen ein mehrkanaliger an Bord befindlicher
Computer, der eine begrenzte Anzahl von Eingaben von dem Flugzeugpiloten
sowie eine kontinuierliche Eingabe von den verschiedenen Sensoren,
Schaltern und Antrieben erhält,
die in der gesamten Maschine angeordnet sind. Die FADEC analysiert
diese verschiedenen Eingaben von diesen Geräten und sendet Steuersignale
zurück
an diese Geräte,
um deren Betrieb zu regeln. FADEC Systeme sind in dem Technikgebiet
bekannt und wurden zuerst in dem US Patent 4 718 229 von Riley,
welches am 12. Januar 1988 erteilt wurde, beschrieben.
-
Die
FADEC der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, eine Logiksequenz durchzuführen, die
Eingaben von NL und P3 Druck nimmt, um zu bestimmen, ob es zu einer
Wellenentkopplung gekommen ist.
-
Man
kann wählen,
ein Wellenversagen auf der Basis des aus Probewerten von NL berechneten NLDot
zu erklären.
Ein robusteres System würde
jedoch das Wellenversagen beispielsweise durch das Erfassen unüblicher
korrespondierender Änderungen
bei P3 bestätigen.
Vorzugsweise wird, um unbeabsichtigtes Abschalten der Maschine unter
Bedingungen zu vermeiden, bei denen die Welle nicht versagt hat,
der zweite Parameter verwendet, um zu verifizieren, dass es zu einem
Versagen kommt.
-
Man
hat experimentell herausgefunden, dass ein Parameter, der sich während einem
Niederdruckverdichterwellenversagen schnell ändert, der Druck am Eingang
der Brennkammer ist, der mit dem Parameter "P3" bezeichnet
wird. Dieser Druck wird in dem Bereich der Maschine zwischen dem
strömungsabwärtigen Ende
der Hochdruckverdichterlaufschaufeln und dem Eingang der Brennkam mer gemessen.
Experimente haben demonstriert, dass ein Abfall bei dem P3 Druck
mit einem Wellenversagenszustand korrespondiert. Somit kann dieser
Parameter als eine Sicherheit gemessen werden, um ein Erfassen eines
Wellenversagens zu verifizieren, welches durch das Messen plötzlicher
Verzögerungen
bei dem Verdichter niedriger Drehzahl gemacht wurde. Natürlich können andere
physikalische Parameter, die gleichermaßen durch ein derartiges Versagen
beeinflusst sind, als eine Alternative zu dem P3 Parameter gemessen
werden. Für
die Zwecke der folgenden Beschreibung wird die Erfindung als die Messung
des P3 Parameters in die Logiksequenz inkorporierend beschrieben.
-
Die
Eingabe für
die Verzögerung
kann von den Rotationsdrehzahlsensoren hergeleitet werden, die in
der Nähe
des Eingabeendes des Niederdruckverdichterlaufschaufelabschnitts
angeordnet sind oder in der Nähe
der Welle für
den Niederdruckkompressor angeordnet sind. Änderungen bei der Rotationsdrehzahl,
die zu der FADEC übermittelt
werden, können
zum Berechnen einer Beschleudigung oder Verzögerung durch das FADEC System
verwendet werden. Der P3 Druck wird von den Drucksensoren hergeleitet,
die an dem Eingang des Verdichterabschnitts angeordnet sind und
den Absolutdruck in diesem Bereich messen. Ein Satz von Rotationsdrehzahl-
und Drucksensoren kommuniziert mit einem Kanal der FADEC, während ein
zweiter Satz von Rotationsdrehzahl- und Drucksensoren mit einem zweiten
Sicherheitskanal der FADEC kommuniziert.
-
3 zeigt
den ersten FADEC Kanal 70, der mit Sensoreingaben von NL 71 zum
Berechnen von NLDot und P3 Druckabfall 72 kommuniziert.
Die Logiksequenz ist folgendermaßen:
- (1)
Die FADEC checkt die Rotationsdrehzahlen und berechnet einen normierten
NLDot an einem der Kommunikationskanäle mit etwa 20 Millisekunden
Intervallen. Das tatsächliche
Zeitintervall zwischen dem Checken kann variieren, in der bevorzugten
Ausführungsform
ist jedoch das Checkzeitintervall zwischen 20 bis 30 Millisekunden.
- (2) Wenn der berechnete normierte NLDot die Abgrenzungslinie
für normierten
NLDot (hergeleitet aus der Darstellung der 2) mehreren
aufeinanderfolgenden Checks überschreitet,
wird dieser Parameter gesetzt und Logiksequenz zum Testen von P3
weitergehen. In einer Anordnung werden drei aufeinanderfolgende
Checks von NL und Berechnungen von NLDot den Parameter setzen, aber
eine andere Anzahl aufeinander folgender Checks kann genommen werden,
beispielsweise ein Check oder vier oder mehrere Checks.
- (3) Wenn der P3 Wert unter dem vorhergesagten Wert für P3 unter
diesen speziellen Maschinenbetriebsbedingungen ist, wird die Logik
einen Wellenabscherzustand erklären.
In einer Anordnung wird der Wellenabscherzustand erklärt, wenn
der P3 Wert 20 psia oder mehr unter dem vorhergesagten Wert ist.
Jedoch kann der Unterschied zwischen dem gemessenen P3 und dem vorhergesagten
P3, der zum Erklären
eines Wellenversagens erforderlich ist, variieren, wie der Durchschnittsfachmann
versteht.
- (4) Wenn die Logik ein Wellenabscheren erklärt, erfolgt eine Bestätigung dieser
Feststellung, indem ein Signal 75 an den Sicherheitskanal 80 gesendet
wird, der gleichzeitig die gleichen Checks und Vergleichstests 81–83 durchführt, die
an dem Kanal 70 durchgeführt werden. Wenn der Kanal 80 das
Ergebnis verifiziert, sendet er ein Signal 85 zurück an den
Kanal 70 und beide Kanäle
senden Signale zu Abschalten der Maschine.
- (5) Beide Kanäle
werden dann Übereinstimmen und
Signale an einsatzmäßig programmiere
Gatearraycircuits (Field Programmable Gate Array Circuits FPGA's) 76 bzw. 86 senden,
welche die Signale von den Kanälen 70 und 80 empfangen
und eine Brennstoffabsperrung zu den Maschinen befehlen und so unmittelbar
die Maschine, welche den Wellenabscherzustand zeigt, verzögern.
-
Der
Vorteil dieser Logiksequenz ist dreifach:
- (1)
Die Logiksequenz ist in der Lage, ein Wellenversagen in einer Gesamtzeit
von 80 bis 100 Millisekunden zu erklären und zu verifizieren, abhängig von
der exakten Verarbeitungsgeschwindigkeit der FADEC. In Anbetracht
der Tatsache, dass Brechen durch die Turbinen strömungsabwärts der
Versagensstelle weniger als eine Sekunde nach dem Wellenversagen
erfolgt, gibt die Responsezeit von 50 bis 60 Millisekunden dem FADEC-System
die Fähigkeit,
die Maschine abzuschalten, bevor eine übermäßige Beschädigung an der Maschine verursacht
wird.
- (2) Die Logiksequenz und der FADEC-Prozessor antworten viel
schneller auf das Versagen, als ein kontrollierender Mensch jemals
antworten könnte. Wenn
die Information über
das normierte NLDot und P3 an den Piloten in einem Cockpit gesendet würde, wäre, selbst
wenn der Pilot durch eine Warnleuchte über ein erfasstes Versagen
gewarnt würde,
die Antwortszeit mindestens 5 bis 25 Sekunden, was nicht ausreichend
schnell ist, um einen Schaden an der Maschine zu verhindern. Die hier
beschriebene Logiksequenz kann in einem Zeitrahmen durchgeführt und
ausgeführt
werden, der schneller ist als die normalen menschlichen Reflexe
und schnell genug, um eine übermäßige Beschädigung an
der Maschine oder Schaden an dem Rumpf zu verhindern, die sich aus
einem nicht zurückgehaltenen
Versagen ergeben.
- (3) Die Logiksequenz verwendet mehrere Rückfallsysteme und Logikanordnungen,
um ein Maschinenabschalten unter falschen Bedingungen zu verhindern.
Die Auslegung des Verifizierens des normierten NLDot mit mehreren
aufeinander folgenden Checks, die Verwendung des P3 Parameters zur
sekundären
Bestätigung
und die Kommunikation mit einem zweiten Kanal zur dritten Bestätigung dienen
alle dazu, ein Abschalten der Maschine zu verhindern, wenn nicht
alle Daten auf ein Wellenversagen hinweisen. Das verhindert, dass
die Maschine unter unechten oder unvorhersagbaren Bedingungen abgeschaltet
wird, die nicht das Ergebnis eines Wellenversagens sind. Schließlich erlaubt
das eine sichere Verwendung des Logiksystems unter einer Vielzahl
unterschiedlicher Flugbedingungen.
-
4 zeigt
das System wie es arbeitet, wenn einer der zwei Kanäle, welche
mit der FADEC kommunizieren, nicht verfügbar ist. Dazu kann es kommen,
wenn einer der Kanäle
nicht in der Lage ist, mit einem der Sensoren zu kommunizieren,
oder der Kanal nicht in der Lage war, mit dem FADEC-Prozessor eine
Verbindung herzustellen. In der 4 ist der Kanal 70 der
arbeitsfähige
Kanal, während
der Kanal 60 der Kanal ist, der nicht funktioniert. In
diesem Betriebszustand laufen die Schritte des Checkens eines zu
hohen NLDot 71, des Checkens des stufenartigen Abfalls
von P3 72 und des Erklärens
des Wellenscherversagens 73 wie üblich ab. Jedoch geht der Kanal 60,
wenn er nicht verfügbar
ist, defaultmäßig in den "Bestätigt"-Status und bestätigt die
am Kanal 70 erreichte Schlussfolgerung. Der Vorteil einer
derartigen Logiksequenz ist, dass das Flugzeug nicht außer Betrieb
genommen werden muss, um das Versagen an dem außer Betrieb befindlichen Kanal 60 zu
reparieren, da der andere Kanal 70 arbeitsfähig bleibt
und all die erforderlichen Schritte zum Bestimmen eines Wellenversagens
durchführt.
In der Folge ist das Flugzeug in der Lage, seine Betriebszeit zu
verlängern,
und führt
dabei immer noch die erforderlichen Versagenschecks durch.
-
Die 1 bis 4 sind
auf Logiksequenzen gerichtet, die zur Verwendung bevorzugt sind, wenn
das Flugzeugtriebwerk vollständig
läuft,
wie das während
einem Flug auf Reiseflughöhe
oder während
des Starts ist. Jedoch werden vorzugsweise andere Logiksequenzen
während
des anfänglichen Anlassens
der Maschine und dem Hochlaufen der Maschine unterhalb der Leerlaufdrehzahl
verwendet. Diese Logiksequenzen sind in den 5 bzw. 6 gezeigt.
-
5 zeigt
die Logiksequenz, die verwendet wird, wenn die Maschine durch ihr
anfängliches
Anlassen nach dem Zünden
geht. "NH" repräsentiert
die Rotationsgeschwindigkeit des Hochgeschwindigkeitsverdichters,
während "X%" den Prozentsatz
der Geschwindigkeit des Hochdrehzahlverdichters verglichen mit der
maximalen Geschwindigkeit bei voller Leistungshebeleinstellung für diesen
Verdichter erreicht hat. "NL" repräsentiert
die Rotationsgeschwindigkeit des Niederdrehzahlverdichters, während "Minimum%" den Poozentsatz
einer Geschwindigkeit repräsentiert,
die der Niederdrehzahlverdichter verglichen mit der Geschwindigkeit
bei voller Leistungshebeleinstellung erreicht hat. Die tatsächlichen
Werte für
die Parameter X% und Minimum% variieren abhängig von dem Typ und der Auslegung
der verwendeten Maschine, wie das der Durchschnittsfachmann versteht.
-
Jedoch
ist Minimum% immer eine Funktion von X%. In der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Logiksequenz auf ein Turboproptriebwerk
angewendet wird, beispielsweise auf den Typ "PW150A", ist der bevorzugte Wert für X% zwischen
etwa 61–64%,
was zwischen 19000 und 20000 Umdrehungen pro Minute repräsentiert.
Für diesen speziellen
Wert X% ist das Minimum zwischen 27% und 28%, was 7500 bis 7510
Umdrehungen pro Minute repräsentiert.
-
Die
Logiksequenz der 5 arbeitet, indem zuerst der
Wert für
NH getestet wird und ihm ein Prozentsatz der maximalen Umdrehungen
pro Minute (X%) zugewiesen wird. Der Wert von NL wird dann getestet
und ihm ein Prozentsatz von Maximum Umdrehungen pro Minute (Minimum
%) zugewiesen. Wenn der Wert Minimum% Umdrehungen pro Minute für den Niederdrehzahlverdichter
nicht für
jeden Wert von X% des Hochdrehzahlverdichters gemessen bei vorzugsweise
drei 20 Millisekunden-Intervallen erreicht wird, dann wird das Anlassen
der Maschine abgebrochen, indem der Brennstoff zu der Maschine abgesperrt
wird.
-
Die
Logiksequenz für
den Hochlaufbereich des Anlassens bis zum Leerlauf ist im Wesentlichen die
gleiche, wie die die für
das anfängliche
Anlassen verwendet wird, wie in 5 gezeigt.
NH wird gemessen und ein Wert (X%) zugewiesen und NL wird gemessen
und ein Wert (Minimum %) zugewiesen. Wenn Minimum% Umdrehung pro
Minute für
den Niedrigdrehzahlverdichter nicht für jeden Wert von X% des Hochdrehzahlverdichters
erreicht wird, wobei die Messung bei mehreren Intervallen durchgeführt wird,
wird das Maschinenanlassen abgebrochen, indem die Brennstoffströmung zu
der Maschine abgesperrt wird.
-
Obwohl
die Erfindung mit Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen davon gezeigt
und beschrieben wurde, ist das zum Zwecke der Darstellung und nicht
beschränkend,
und andere Variationen oder Modifikationen der speziellen hier gezeigten und
beschriebenen Ausführungsformen
wird der Fachmann als innerhalb des beabsichtigten Umfangs der Erfindung,
wie in den angefügten
Ansprüchen dargelegt,
verstehen.