Электромонтажная система для защиты от перегрева установки для подачи воздуха, отбираемого от двигателя воздушного судна, и установка для подачи отбираемого воздуха, содержащая эту систему
Изобретения относятся к области транспортного машиностроения. Установка для подачи отбираемого воздуха от двигателя воздушного судна содержит электромонтажную систему для защиты от перегрева. Установка включает в себя источник отбираемого воздуха, магистраль подачи отбираемого воздуха, отсечной клапан, установленный в магистрали подачи отбираемого воздуха, и устройство контроля утечки. Устройство контроля и управления соединено через цепь отключения с отсечным клапаном таким образом, что отсечной клапан закрывается при размыкании цепи отключения. Система содержит тепловой выключатель, который подключен последовательно с отсечным клапаном и устройством контроля и управления к цепи отключения. В случае превышения предопределенной предельной температуры (ТG) тепловой выключатель размыкает цепь отключения. Достигается повышение безопасности системы. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электромонтажной системе для защиты от перегрева установки для подачи воздуха, отбираемого от двигателя воздушного судна, причем указанная установка включает в себя источник отбираемого воздуха, магистраль подачи отбираемого воздуха, отсечной клапан, установленный между магистралью подачи отбираемого воздуха и источником отбираемого воздуха, и устройство контроля утечки с устройством контроля и управления, соединенное через цепь отключения с отсечным клапаном таким образом, что отсечной клапан закрывается при размыкании цепи отключения. Изобретение относится также к установке для подачи отбираемого воздуха, содержащей такую электромонтажную систему.
Уровень техники
В современном воздушном судне обычно имеется достаточно большое количество устройств, которые должны снабжаться теплым воздухом под давлением. Одним из наиболее важных потребителей такого рода является система кондиционирования воздуха пассажирского воздушного судна. В силу того, что современные пассажирские воздушные суда летают на большой высоте, которая характеризуется низким наружным давлением и низкой температурой воздуха, система кондиционирования воздуха воздушного судна должна искусственно создавать внутри воздушного судна приемлемую для пассажиров атмосферу. Для того чтобы иметь возможность подавать таким потребителям нагретый до высокой температуры воздух, часть воздуха, который называется также отбираемым воздухом, обычно перепускается от двигателей воздушного судна в определенных местах.
Часто это тот воздух, который отводится от одной из ступеней сжатия двигателя, поэтому он находится под большим давлением (приблизительно до 50 PSI, что соответствует примерно 3,5 бар) и может иметь высокую температуру, приблизительно до 400°C. Затем отбираемый воздух должен доставляться от двигателей к устройствам воздушного судна, что обычно осуществляется с помощью трубопроводной системы.
В нормальных условиях, прежде чем поступающий от двигателя воздух будет подан на потребляющие устройства, целесообразно охладить его приблизительно до 200-260°C с помощью системы регулирования температуры (EBAS= «Система отбора воздуха от двигателя»). Этого можно достичь, например, путем взаимодействия в теплообменнике отбираемого воздуха с очень холодным забортным воздухом. Обычно в состав системы EBAS входит электронная система регулирования температуры, которая измеряет температуру охлажденного воздуха и соответствующим образом корректирует ее. После этого воздух может направляться к потребителям по трубам, выполненным главным образом из сплавов на основе титана.
Если в трубопроводной системе имеются повреждения, то очень горячий отбираемый воздух, находящийся под высоким давлением, может в этих местах выйти наружу и воздействовать на окружающее трубопроводную систему пространство. При этом вследствие нагревания могут быть повреждены компоненты воздушного судна, на которые попал горячий воздух.
В частности, в этом случае могут получить повреждения линии электроснабжения, топливные магистрали или другие чувствительные компоненты, находящиеся близко к трубопроводной системе. Могут быть повреждены, например, даже несущие элементы силового набора фюзеляжа. Такие повреждения могут нанести серьезный ущерб безопасности полетов воздушного судна и могут повлечь за собой тяжелые последствия для пассажиров и экипажа, вплоть до крушения воздушного судна.
По этой причине вдоль всей трубопроводной системы воздушного судна устанавливаются датчики для обнаружения разрывов. Эти датчики входят в состав системы контроля утечек, которая известна также как OHDS («Система обнаружения перегрева»). В качестве датчиков обычно используются поверхностные датчики, которые состоят из цилиндрических проводов диаметром несколько миллиметров, в которых между сердечником и оболочкой находится заполнитель. Электрическое сопротивление этого заполнителя зависит от температуры. Ниже определенной температуры реагирования, которая может быть задана в некоторых пределах в процессе производства, сопротивление очень велико. Однако в случае превышения этой температуры реагирования сопротивление резко уменьшается на несколько порядков величины. Такое изменение сопротивления может быть легко обнаружено электронными средствами, с помощью контрольного устройства.
Если горячий воздух выходит из трубопроводной системы в месте разрыва, он нагревает расположенные вокруг датчики до тех пор, пока они не достигнут температуры реагирования, и система контроля не обнаружит утечку по изменению сопротивления. После этого дополнительные электронные схемы, которые входят в состав системы контроля (OHDS), прекращают подачу воздуха в поврежденной секции путем закрывания соответствующего отсечного клапана, который приводится в действие в обесточенном состоянии, при выключении блока питания клапана.
Система регулирования температуры EBAS и система контроля утечек OHDS, как правило, снабжены одним и тем же аппаратным обеспечением в общем компьютере ВМС («Компьютер контроля отбора»).
Патентный документ ЕР 0175698 В1 раскрывает установку для подачи отбираемого воздуха с устройством контроля утечек, которое соединено с клапанами для выключения потока отбираемого воздуха.
В патентном документе DE 102004039667 А1 описывается устройство подачи воздуха, в котором подача воздуха может быть перекрыта с помощью клапана, управляемого сигналами от температурных датчиков.
В описанной выше системе, согласно известному уровню техники, в случае выхода из строя системы регулирования температуры температура в трубопроводной системе может подниматься до температуры неохлажденного отбираемого воздуха, то есть приблизительно до 400°С. Трубопроводная система, находящаяся ниже по потоку относительно системы EBAS, не рассчитана на такую температуру воздуха, в частности, под воздействием такого горячего воздуха могут быть сильно повреждены и разрушены уплотнения в местах соединения отдельных труб. Из-за этого вследствие нарушения герметичности трубопровода горячий воздух будет выходить наружу.
Более того, если произойдет также отказ системы в компьютере контроля отбора ВМС, это повлияет на работу устройства контроля утечки, которое само по себе не зависит от системы регулирования температуры, и в этом случае (выход из строя EBAS и отказ в ВМС) не будет автоматически перекрыт поток отбираемого воздуха, что повлечет за собой серьезные последствия для безопасности полета.
Эти возможные серьезные последствия следует учитывать в процессе разработки, с тем чтобы обеспечить высокий уровень безопасности («Гарантированный уровень безопасности разработки», DAL), назначенный для установки подачи отбираемого воздуха. Это ведет к значительному удорожанию процесса разработки.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутых проблем известного уровня техники.
Начиная с описанной вначале известной электромонтажной системы, согласно изобретению этот результат достигается тем, что электромонтажная система включает в себя тепловой выключатель, который подключен последовательно с отсечным клапаном и устройством контроля и управления к цепи отключения. Этот тепловой выключатель размыкает цепь отключения в случае превышения предопределенной предельной температуры.
Согласно изобретению вводится отдельный элемент, который может перекрыть поток горячего отбираемого воздуха независимо от устройства контроля и управления (такой, как, например, OHDS). В случае возникновения неисправности в устройстве контроля утечки, электромонтажная система согласно изобретению может, тем не менее, прекратить подачу горячего воздуха. Следствием этого является повышение безопасности воздушного судна, пассажиров и экипажа, а также экономия расходов на разработку в связи с альтернативным использованием сложного и дорогостоящего программного обеспечения.
Более того, может быть своевременно обнаружен рост температуры в магистрали подачи отбираемого воздуха, так что в случае возникновения неисправности компоненты не подвергаются воздействию высокой температуры и давления или подвергаются в течение короткого промежутка времени. Даже если устройство контроля утечки работает исправно, электромонтажная система согласно изобретению может отреагировать на рост температуры в магистрали подачи отбираемого воздуха, прежде чем возникнет утечка. Тем самым продляется срок службы компонентов воздушного судна, и уменьшаются следы износа.
Согласно изобретению электромонтажная система технически проста для реализации и по этой причине недорога. Более того, она может быть легко адаптирована к уже установленным системам.
Тепловой выключатель предпочтительно находится в теплопроводном контакте с магистралью подачи отбираемого воздуха. В частности, целесообразно, чтобы тепловой выключатель находился в теплопроводном контакте с поверхностью трубы магистрали подачи отбираемого воздуха. Таким образом, можно избавиться от передающей и вспомогательной систем для контроля температуры воздуха, так как эти системы подвержены отказам и допускают снижение точности и скорости измерений.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом предусматривается, что тепловой выключатель представляет собой механический выключатель. Такая конструкция исключительно надежна, и в малой степени подвержена отказам, кроме того, она недорога в производстве. В зависимости от требований и окружающей обстановки, в которой используется тепловой выключатель, он также может представлять собой не механическое, а, например, термоэлектронное устройство.
Рекомендуется задать предельную температуру равной 300°C. Это значение превышает обычную температуру охлажденного воздуха в магистрали подачи отбираемого воздуха, которая составляет примерно 200-260°C, вследствие чего тепловой выключатель может реагировать на нежелательный рост температуры, прежде чем воздух в магистрали подачи отбираемого воздуха из-за нарушения нормальной работы станет таким горячим, что он нагреет части магистрали подачи отбираемого воздуха выше их предельно допустимого значения. Однако само собой разумеется, что предельная температура может и должна выбираться, исходя из конкретных условий эксплуатации.
В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления изобретения установка для подачи отбираемого воздуха может включать в себя систему подачи холодного воздуха с устройством регулирования температуры. Таким образом, с помощью устройства регулирования температуры, такого как EBAS, можно будет регулировать температуру воздуха, отбираемого из источника отбираемого воздуха, прежде чем он попадет в магистраль подачи отбираемого воздуха. Следовательно, по магистрали подачи отбираемого воздуха можно будет перемещать воздух с такой температурой, которая требуется для систем-потребителей и на которую рассчитана магистраль подачи отбираемого воздуха.
Можно также предусмотреть, чтобы источник отбираемого воздуха и установка для подачи отбираемого воздуха термически соединялись друг с другом с помощью теплообменника и чтобы теплообменник при этом соединялся с магистралью подачи отбираемого воздуха. Тепловой выключатель предпочтительно устанавливается в магистрали подачи отбираемого воздуха, сразу после теплообменника. При такой компоновке оборудования тепловой выключатель сможет обнаружить возможный рост температуры до того, как чрезмерно горячий воздух пройдет длинный путь по магистрали подачи отбираемого воздуха и сможет вызвать повреждения на этом пути, прежде чем будет обнаружен.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения тепловой выключатель представляет собой двойной выключатель с двумя уровнями переключения. Тем самым можно избавиться от попеременного автоматического выключения и последующего включения теплового выключателя в случае колебаний температуры горячего воздуха.
В этом случае предусматривается, что первый уровень переключения работает, как описано выше. Второй уровень переключения может быть, например, разработан таким образом, чтобы при температуре ниже критической он замыкался на массу. Этот второй уровень переключения предпочтительно разработан таким образом, чтобы он не замыкался на массу при температуре выше критической. Тем самым может, например, вырабатываться сигнал выключения, обрабатываемый с помощью дополнительно подключаемых систем.
Критическая температура может быть определена таким образом, чтобы она соответствовала предельной температуре, с тем чтобы вырабатывался сигнал выключения и в это же время прекращалась подача воздуха.
Предельная температура и критическая температура могут иметь различные значения. Тем самым можно предусмотреть, например, чтобы критическая температура была ниже предельной температуры срабатывания теплового выключателя, вследствие чего сигнал выключения будет вырабатываться прежде, чем тепловой выключатель прервет цепь отключения.
В рамках дальнейшего варианта осуществления второй уровень выключения может замыкаться, например, на лампу сигнализации об отказе (лампа FAULT) и использоваться в качестве коммутационного сигнала для приведения лампы в действие. В качестве альтернативы второй уровень переключения может замыкаться на другую систему, такую, например, как система предупреждения экипажа и аварийной сигнализации (FWS), которая анализирует вырабатываемый коммутационный сигнал. Основываясь на этом анализе, система FWS может, например, инициировать выполнение процедуры постоянного прерывания цепи отключения, с тем чтобы надежно перекрыть подачу чрезмерно горячего воздуха.
Настоящее изобретение относится также к установке для подачи отбираемого воздуха, которая включает в себя электромонтажную систему согласно представленному выше описанию.
Краткое описание чертежей
Изобретение описано ниже в качестве примера со ссылкой на чертежи, где
Фиг.1 - показывает установку для подачи отбираемого воздуха согласно известному уровню техники, и
Фиг.2 - показывает установку для подачи отбираемого воздуха с электромонтажной системой согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На Фиг.1 показана установка 10 для подачи отбираемого воздуха согласно известному уровню техники. Эта установка включает в себя источник 12 отбираемого воздуха, который перепускает горячий воздух от двигателя 13 и соединяется с магистралью 14 подачи отбираемого воздуха. Между источником 12 отбираемого воздуха и магистралью 14 подачи отбираемого воздуха установлен отсечной клапан 16, который приводится в действие с помощью цепи 18 отключения. При разрыве цепи 18 отключения отсечной клапан 16 закрывается и прекращает подачу воздуха от источника 12 отбираемого воздуха. Магистраль 14 подачи отбираемого воздуха доставляет горячий воздух к потребителям на воздушном судне (не показано).
Система 20 подачи холодного воздуха служит для подвода холодного воздуха из забортного пространства воздушного судна к теплообменнику 24 через впускной патрубок 22. Система 20 подачи холодного воздуха может быть присоединена, например, к воздухозаборнику двигателя 13, а теплообменник 24 также соединен с источником 12 отбираемого воздуха.
Система 20 подачи холодного воздуха включает в себя магистрали 28 холодного воздуха и регулирующий клапан 30, работой которого управляет устройство 32 регулирования температуры, имеющее также название EBAS. Устройство 32 регулирования температуры подключается, по меньшей мере, к одному температурному датчику 34, установленному на магистрали 14 подачи отбираемого воздуха, и анализирует вырабатываемые им сигналы. На магистрали 14 подачи отбираемого воздуха устанавливаются также датчики 36 избыточной температуры, имеющие также название "датчики OHDS". Эти датчики подключаются к устройству 38 контроля утечки типа OHDS, снабженному устройством 39 контроля и управления. В свою очередь устройство 39 контроля и управления через цепь 18 отключения подключается к отсечному клапану 16.
Нужно отметить, что магистраль 14 подачи отбираемого воздуха может включать в себя трубопроводную систему, состоящую из множества труб. Эта система не показана здесь во всей полноте. Через магистраль 14 подачи отбираемого воздуха горячий воздух доставляется к системам-потребителям, таким как система кондиционирования воздуха воздушного судна. Эти системы также не показаны здесь.
От источника 12 отбираемого воздуха в теплообменник 24 поступает горячий воздух от двигателя, имеющий температуру приблизительно 400°C, где он охлаждается с помощью холодного воздуха, подаваемого системой 20 подачи холодного воздуха. В зависимости от сигнала температурного датчика 34 устройство 32 регулирования температуры посредством регулирующего клапана 30 контролирует количество поступающего холодного воздуха и, таким образом, задает степень охлаждения отбираемого воздуха в теплообменнике 24. Нагретый холодный воздух может отводиться из теплообменника 24 через магистраль 40 удаления холодного воздуха. С другой стороны, охлажденный горячий воздух, который после охлаждения обычно имеет температуру приблизительно 200-260°C, подается в магистраль 14 подачи отбираемого воздуха.
Устройство 32 регулирования температуры и устройство 39 контроля и управления совместно реализованы в контролирующем компьютере 42, имеющем также название ВМС. Системы, которые независимы по отношению друг к другу, назначены для регулирования температуры и контроля утечки.
В случае отказа температурного регулирования в такой системе и, например, полного прекращения подачи холодного воздуха недостаточно охлажденный воздух от источника 12 отбираемого воздуха попадает в магистраль 14 подачи отбираемого воздуха. Магистраль 14 подачи отбираемого воздуха не рассчитана на температуру воздуха 400°C, которая может возникнуть в случае полного прекращения подачи холодного воздуха. Из-за этого в магистрали 14 подачи отбираемого воздуха могут возникнуть утечки.
Тогда горячий воздух выходит через возникшую неплотность А, и один или несколько датчиков 36 избыточной температуры, находящиеся вблизи этой неплотности А, нагреваются выходящим наружу горячим воздухом до тех пор, пока не будет превышена определенная максимальная температура TOHDS. В этот момент датчик вырабатывает сигнал, который передается на устройство 39 контроля и управления, которое по получении сигнала разрывает цепь 18 отключения, вследствие чего отсечной клапан 16 закрывается, и подача горячего воздуха от источника 12 отбираемого воздуха прекращается.
Если помимо системы регулирования температуры выйдет из строя устройство 38 контроля утечки или подключенные к нему датчики 36 избыточной температуры, например, из-за возникшего сбоя в контролирующем компьютере 42 (ВМС), влияющего на работу обеих систем, то тогда утечка останется необнаруженной в течение достаточно большого промежутка времени, и выходящий через неплотность горячий воздух может повредить находящиеся поблизости компоненты воздушного судна. Таким образом, в числе прочего могут быть затронуты линии электроснабжения, гидравлические или топливные магистрали, или может получить повреждения конструкция воздушного судна. В экстремальных случаях такие повреждения могут значительно повысить риск крушения воздушного судна.
Показанная на Фиг.2 установка для подачи отбираемого воздуха аналогична той, которая показана на Фиг.1. Однако согласно изобретению она дополнительно снабжена электромонтажной системой 50. В варианте осуществления изобретения, показанном на Фиг.2, сходные компоненты обозначаются такими же номерами позиций.
Электромонтажная система 50 включает в себя тепловой выключатель 52, который в цепи 18 отключения смонтирован между отсечным клапаном 16 и устройством 39 контроля и управления. Тепловой выключатель 52 находится в теплопроводном контакте с поверхностью магистрали 14 подачи отбираемого воздуха, то есть он находится фактически в непосредственном контакте с горячим воздухом, проходящим через магистраль 14 подачи отбираемого воздуха. Как видно на Фиг.2, тепловой выключатель 52 установлен в магистрали 14 подачи отбираемого воздуха сразу после теплообменника 24. В этом варианте осуществления изобретения тепловой выключатель 52 настроен таким образом, что в случае превышения предельной температуры TG он разрывает цепь отключения, и вследствие этого закрывается отсечной клапан. В данном случае предельная температура TG задана равной 300°C.
Теперь в случае выхода из строя системы регулирования температуры горячий воздух, выходящий из источника 12 отбираемого воздуха, больше не будет охлаждаться в достаточной степени в теплообменнике 24, и температура воздуха в магистрали 14 подачи отбираемого воздуха вырастет, как упоминалось в описании Фиг.1. Однако как только температура горячего воздуха превысит максимальную температуру TG теплового выключателя 52, последний разорвет цепь 18 отключения, и отсечной клапан 16 закроется. Вследствие этого подача воздуха от источника 12 отбираемого воздуха прекратится раньше, чем под воздействием горячего воздуха в магистрали 14 подачи отбираемого воздуха возникнет утечка.
Тем не менее, если в магистрали 14 подачи отбираемого воздуха возникнет утечка, например, из-за неисправной работы теплового выключателя 52, система контроля утечки, как описано выше, прекратит подачу воздуха.
Описываемая электромонтажная система создает дополнительную возможность установки автономного элемента для защиты от перегрева в установке для подачи отбираемого воздуха. Исключительное преимущество такой компоновки заключается в том, что монтаж упомянутого элемента в существующих установках для подачи отбираемого воздуха на воздушных судах не требует больших затрат.
Для специалиста в данной области техники не представляет труда модифицировать и видоизменить вариант осуществления описанного выше изобретения в рамках формулы, в частности, для его соответствующей адаптации к конструкции конкретных установок для подачи отбираемого воздуха.
1. Электромонтажная система (50) для защиты от перегрева установки (10) для подачи воздуха, отбираемого от двигателя воздушного судна, причем указанная установка включает в себя источник (12) отбираемого воздуха, магистраль (14) подачи отбираемого воздуха, отсечной клапан (16), установленный в магистрали (14) подачи отбираемого воздуха, и устройство (38) контроля утечки с устройством (39) контроля и управления, соединенное через цепь (18) отключения с отсечным клапаном (16) таким образом, что отсечной клапан (16) закрывается при размыкании цепи (18) отключения, отличающаяся тем, что содержит тепловой выключатель (52), который подключен последовательно с отсечным клапаном (16) и устройством (39) контроля и управления к цепи (18) отключения, и который в случае превышения предопределенной предельной температуры (То) размыкает цепь (18) отключения.
2. Электромонтажная система по п.1, отличающаяся тем, что тепловой выключатель (52) находится в теплопроводном контакте с магистралью (14) подачи отбираемого воздуха.
3. Электромонтажная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что магистраль (14) подачи отбираемого воздуха включает в себя, по меньшей мере, одну трубу, а тепловой выключатель (52) находится в теплопроводном контакте с поверхностью указанной, по меньшей мере, одной трубы.
4. Электромонтажная система по п.1, отличающаяся тем, что тепловой выключатель (52) представляет собой механический выключатель.
5. Электромонтажная система по п.1, отличающаяся тем, что предопределенная предельная температура (То) составляет порядка 300°С.
6. Электромонтажная система по п.1, отличающаяся тем, что установка (10) включает в себя систему (20) подачи холодного воздуха с устройством (32) регулирования температуры для охлаждения воздуха, поступающего от источника (12) отбираемого воздуха.
7. Электромонтажная система по п.6, отличающаяся тем, что источник (12) отбираемого воздуха и система (20) подачи холодного воздуха термически соединены друг с другом посредством теплообменника (24), при этом к теплообменнику (24) присоединена магистраль (14) подачи отбираемого воздуха, а тепловой выключатель (52) установлен сразу после теплообменника (24) в магистрали (14) подачи отбираемого воздуха.
8. Электромонтажная система по п.1, отличающаяся тем, что тепловой выключатель (52) представляет собой двойной выключатель с двумя уровнями переключения.
9. Электромонтажная система по п.8, отличающаяся тем, что второй уровень переключения теплового выключателя (52), выполненного в виде двойного выключателя, при температуре ниже критической замыкается на массу.
10. Электромонтажная система по п.8, отличающаяся тем, что второй уровень переключения теплового выключателя (52), выполненного в виде двойного выключателя, при температуре выше критической не замыкается на массу.
11. Электромонтажная система по п.9, отличающаяся тем, что критическая температура составляет 300°С.
12. Электромонтажная система по одному из пп.8-11, отличающаяся тем, что второй уровень переключения теплового выключателя (52), выполненного в виде двойного выключателя, замыкается на лампу сигнализации об отказе.
13. Электромонтажная система по одному из пп.8-11, отличающаяся тем, что второй уровень переключения теплового выключателя (52), выполненного в виде двойного выключателя, замыкается на систему предупреждения экипажа и аварийной сигнализации, или FWS.
14. Установка (10) для подачи отбираемого воздуха, отличающаяся тем, что содержит электромонтажную систему (50) согласно одному из предшествующих пунктов.
