DE10217500A1 - Gas-Verteilungssystem in einem Flugzeug - Google Patents

Abstract

Ein Gas-Verteilungssystem in einem Flugzeug soll hinsichtlich seiner Betriebssicherheit verbessert werden. Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Kombination folgender Merkmale: DOLLAR A an eine Druckgasquelle (2) sind über eine Verzweigungsstelle (6) ein erster Versorgungsstrang (7) und ein zweiter Versorgungsstrang (9) für Druckgas mit einem zweiten Absperrventil (10) angeschlossen, DOLLAR A der Druck in den Versorgungssträngen (7, 9) wird mit einer Druckmesseinrichtung (24) erfasst und DOLLAR A eine Auswertevorrichtung (24) für das Druck-Messsignal ist zur Abgabe eines Schließsignals an das Absperrventil (8, 10) des einen Druckabfall verursachenden Versorgungsstranges (7, 9) ausgebildet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gas-Verteilungssystem in einem Flugzeug, insbesondere zur Versorgung von Passagieren mit Sauerstoff.
• Eine Vorrichtung zur Versorgung der Passagiere und der Besatzung mit Sauerstoff ist aus der US 2,934,293 bekannt geworden. Ausgehend von einzelnen Sauerstoff-Druckgasbehältern, die über ein Leitungssystem miteinander verbunden sind, wird der Sauerstoff über Druckreduzierventile in Versorgungsstränge geleitet. Dabei zweigen die links und rechts der Passagierreihen verlaufenden Versorgungsstränge von einem Verteiler ab und sind mit Not- Sauerstoffversorgungseinrichtungen verbunden, die sich neben den Passagiersitzen befinden. Für die Piloten und die Besatzung sind zusätzlich Versorgungsstränge für Sauerstoff mit separaten Druckreglern vorgesehen.
• Das bekannte Gas-Verteilungssystem im Bereich der Passagierreihen hat den Nachteil, dass es bei einer Beschädigung eines Versorgungsstranges, zum Beispiel durch umherfliegende Turbinenteile, zu einem totalen Sauerstoffverlust kommt, und die Not-Sauerstoffversorgungseinheiten aufgrund des Druckabfalls im Leitungssystem nicht mehr mit Sauerstoff versorgt werden können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gas-Verteilungssystem der genannten Art hinsichtlich seiner Betriebssicherheit zu verbessern.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Der Vorteil der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, dass durch Absperrventile vor den einzelnen Versorgungssträngen sowie eine Messung des Druckes in den Versorgungssträngen derjenige Versorgungsstrang mittels des zugehörigen Absperrventils abgeriegelt wird, in welchem ein Druckabfall festgestellt worden ist. Die erfindungsgemäß angegebene Vorrichtung mit zwei parallel verlaufenden Versorgungssträngen, die über ein Absperrventil im Bedarfsfall verschlossen werden können, eignet sich besonders zum Einbau in die sogenannte "Engine Burst Area", die sich in etwa in der Mitte des Flugzeugs im Bereich der Tragflächen und damit in der Nähe der Triebwerke befindet.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Innerhalb des Passagierraums verlaufen normalerweise zwei Versorgungsstränge für Sauerstoff längs der Passagiersitzreihen. Hier ist es vorteilhaft, als Druckmessung eine Differenzdruckmessung zwischen den Versorgungssträngen vorzunehmen und in einer nachgeschalteten Auswertevorrichtung den gemessenen Differenzdruck mit einem vorbestimmten Grenzwert zu vergleichen. Aus der Amplitude und dem Vorzeichen des Differenzdruckes lässt sich derjenige Versorgungsstrang ermitteln, in welchem der Druckabfall eingetreten ist, so dass bei einer Grenzwertüberschreitung das zugehörige Absperrventil geschlossen wird.
• Sofern die Versorgungsstränge nur mit Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen verbunden sind, wird im normalen Flugbetrieb kein nennenswerter Differenzdruck zwischen den Versorgungssträngen auftreten, da kein Gas über die in den Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen befindlichen Atemmasken entnommen wird. Bei aktivierten Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen bietet die Differenzdruck-Messung den Vorteil, dass nur der Druckunterschied zwischen den einzelnen Versorgungssträngen betrachtet wird, da der Absolutdruck infolge der Gasentnahme über die Sauerstoffmasken Schwankungen unterworfen sein kann. Da an die parallel verlaufenden Versorgungsstränge im Passagierbereich in etwa gleich viele Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen und damit Atemmasken angeschlossen sind, tritt zwischen intakten Versorgungssträngen nur ein begrenzter und im Wesentlichen konstanter Druckunterschied auf, der sich bei stationären Betriebsbedingungen nicht wesentlich ändert. Kommt es zu einer Beschädigung eines Versorgungsstranges, lässt sich diese über eine signifikante Veränderung des Differenzdruckes unmittelbar feststellen. Die Schaltschwelle für den Differenzdruck, bei der ein Schließsignal an das entsprechende Absperrventil weitergegeben wird, liegt zweckmäßigerweise zwischen 50 Millibar und 200 Millibar.
• In vorteilhafter Weise ist eine Rückströmleitung über im Gegensinn angeordnete Rückschlagventile mit den freien Enden der Versorgungsstränge verbunden. Die Rückschlagventile sind von der Durchströmungsrichtung her so angeordnet, dass ein Gasfluss von jedem der Versorgungsstränge in die Rückströmleitung möglich ist, nicht aber von der Rückströmleitung in einen der Versorgungsstränge.
• In vorteilhafter Weise ist an die Rückströmleitung ein dritter Versorgungsstrang für Sauerstoff angeschlossen, mit dem ein weiterer Teil des Passagierraumes mit Sauerstoff versorgt werden kann.
• Für den Fall, dass sowohl der erste Versorgungsstrang als auch der zweite Versorgungsstrang intakt sind, erhält der dritte Versorgungsstrang über die Rückschlagventile aus dem ersten Versorgungsstrang beziehungsweise dem zweiten Versorgungsstrang seine Gasversorgung. Kommt es beispielsweise im ersten Versorgungsstrang zu einem Druckabfall, schließt das erste Absperrventil und die Gasversorgung für den dritten Versorgungsstrang erfolgt über das zweite Rückschlagventil aus dem zweiten Versorgungsstrang. Durch die Rückschlagventile wird ein Rückfluss des Gases in den beschädigten ersten Versorgungsstrang unterbunden.
• In vorteilhafter Weise sind zwischen der Verzweigungsstelle und der Druckgasquelle zwei parallel geschaltete Druckregler vorgesehen, die unabhängig voneinander als höhengesteuerte Differenzdruckregler arbeiten. Das Druckprofil der Druckregler ist linear von 400 Millibar bis 6800 Millibar ansteigend im Höhenband zwischen 10.000 Fuß und 40.000 Fuß. Durch die Parallelschaltung der Druckregler ist die Gasversorgung der Versorgungsstränge auch beim Ausfall eines der Druckregler gewährleistet.
• Die Betriebssicherheit des erfindungsgemäß angegebenen Gas-Verteilungssystem wird durch eine doppelt redundant ausgeführte Druckbegrenzungseinrichtung weiter erhöht. Hierbei sind in zwei parallel geschalteten Strängen jeweils zwei gleichartige Rückschlagventile seriell in der Weise angeordnet, dass jeder Strang in der gleichen Richtung durchströmt werden kann. Diese Druckbegrenzungseinrichtung befindet sich zwischen den Druckgasquellen und den Druckreglern und dient zur Begrenzung des Vordruckes der Druckregler. Durch die teilweise parallele und serielle Anordnung der Rückschlagventile wird die Druckbegrenzungsfunktion der Druckbegrenzungseinrichtung sowohl beim Ausfall eines der Rückschlagventile als auch beim Ausfall jeweils eines einzelnen Rückschlagventils in jedem der parallel geschalteten Stränge sichergestellt.
• Bei bekannten Gas-Verteilungssystemen mit Druckgasflaschen war es bisher übliche Praxis, dass an den sich an den Druckgasflaschen befindenden Flaschendruckminderern separate Druckbegrenzungsventile vorgesehen waren. Das führte dazu, dass bei einer Vielzahl von Druckgasflaschen auch eine entsprechende Anzahl von Druckbegrenzungsventilen benötigt wurde, die ausfallen können und einzeln gewartet werden müssen. Die erfindungsgemäß angegebene Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass für eine Batterie aus einzelnen Druckgasflaschen nur eine einzige Druckbegrenzungseinrichtung notwendig ist, die doppelt redundant ausgeführt ist und die Einzelventile ersetzt.
• In vorteilhafter Weise ist ein an der Druckgasquelle befindliches Absperrventil mit einem Endschalter versehen, der die Öffnungsstellung des Ventils anzeigt. In zweckmäßiger Weise wird der Endschalter vom Handrad des Absperrventils betätigt. Ist die Druckgasquelle als eine Sauerstoffflasche ausgeführt, dann ist das Absperrventil das Flaschenventil. Durch den Endschalter an dem Absperrventil wird die Betriebssicherheit des Gas-Verteilungssystems weiter erhöht, da jederzeit von einer zentralen Kontrollstation aus festgestellt werden kann, ob das Absperrventil tatsächlich geöffnet ist. Sofern nämlich kein Verbraucher aus dem Gas-Verteilungssystem Gas entnimmt, bleibt der Druck innerhalb der Rohrleitung bei geschlossenem Absperrventil bestehen, so dass aus einer Druckanzeige allein noch nicht geschlossen werden kann, ob die Druckgasquelle im Bedarfsfall auch Gas an das Gas-Verteilungssystem abgeben kann.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur gezeigt und im Folgenden näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 schematisch ein Gas-Verteilungssystem nach der Erfindung,
• Fig. 2 eine doppelt redundant ausgeführte Druckbegrenzungseinrichtung,
• Fig. 3 eine Absperrvorrichtung an einer Druckgasflasche mit einem Endschalter.
• Fig. 1 zeigt schematisch ein Gas-Verteilungssystem 1 für Sauerstoff in einem in der Fig. 1 nicht näher dargestellten Flugzeug, mit drei Druckgasflaschen 2 für Sauerstoff als Druckgasquelle und nachgeschalteten Flaschendruckminderern 3, einer Druckbegrenzungseinrichtung 4, zwei parallel geschalteten Druckreglern 5 und einer Verzweigungsstelle 6, von der aus über ein erstes Absperrventil 8 ein erster Versorgungsstrang 7 und über ein zweites Absperrventil 10 ein zweiter Versorgungsstrang 9 mit Sauerstoff versorgt werden. An den Versorgungssträngen 7, 9 befinden sich Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11 mit Atemmasken 12 und Durchflussbegrenzungsventilen 14. Bei Aktivierung der Not- Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11 wird über Absperrventile 82 und Gasdosierungen 92 auch der Gasfluss in die Atemmasken 12 freigegeben. Die freien Enden der Versorgungsstränge 7, 9 sind über ein erstes Rückschlagventil 16 und ein zweites Rückschlagventil 15 mit einer Rückströmleitung 17 und einem dritten Versorgungsstrang 18 verbunden, an dem sich ebenfalls Not- Sauerstoffversorgungseinrichtungen 19 befinden.
• Im vorderen Teil des nicht näher dargestellten Flugzeugs verlaufen ein vierter Versorgungsstrang 20 und ein fünfter Versorgungsstrang 21, die ebenfalls Sauerstoff an Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 22 liefern.
• In Höhe der Triebwerke, d. h. in Höhe der sogenannten "Engine Burst Area", befinden sich der erste Versorgungsstrang 7 und der zweite Versorgungsstrang 9.
• Eine Auswertevorrichtung 23 ist mit den Absperrventilen 8, 10, den Druckreglern 5 sowie einer den Druck zwischen den Versorgungssträngen 7, 9 erfassenden Druckmesseinrichtung 24 verbunden. Eine zentrale Recheneinheit 25, die alle Steuer- und Überwachungsaufgaben durchführt, erhält Steuer- und Messsignale von der Steuereinrichtung 24 und von Endschaltern 26, die sich an Absperrventilen 27 der Druckgasflaschen 2 befinden.
• Das erfindungsgemäß angegebene Gasverteilungssystem 1 arbeitet folgendermaßen:
  Nach dem Öffnen der Absperrventile 27 an den Druckgasflaschen 2 erhält die zentrale Recheneinheit 25 über die Endschalter 26 die Information, dass die Sauerstoffversorgung betriebsbereit ist. Über die Flaschendruckminderer 3, die Druckregler 5 und die Verzweigungsstelle 6 werden die Versorgungsstränge 7, 9, 18, 20, 21 im Fall einer Kabinendekompression mit Druck beaufschlagt, so dass die Not-Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11, 19, 22 einsatzbereit sind. Mit der Druckmesseinrichtung 24 wird der Differenzdruck zwischen dem ersten Versorgungsstrang 7 und dem zweiten Versorgungsstrang 9 gemessen. Im Normalbetrieb sind auch die Absperrventile 8, 10 geöffnet. Damit herrscht in den Versorgungssträngen 7, 9, 18, 20, 21 im Wesentlichen der gleiche Druck, so dass die Auswertevorrichtung 23 von der Druckmesseinrichtung 24 die Information erhält, dass kein Differenzdruck vorliegt. Bei eingeschalteten Not- Sauerstoffversorgungseinrichtungen 11, 19, 22 kommt es zwar aufgrund der Gasentnahme zu einem Druckabfall innerhalb des Gesamtsystems, jedoch wird wegen der im Wesentlichen gleichen Anzahl der Atemmasken innerhalb des ersten Versorgungsstranges 7 und des zweiten Versorgungsstranges 9 noch kein nennenswerter Differenzdruck zwischen den Versorgungssträngen 7, 9 gemessen.
• Kommt es im Bereich der Versorgungsstränge 7, 9, das heißt, im Bereich der "Engine Burst Area" durch ein umherfliegendes Triebwerkteil, das in der Fig. 1 nicht dargestellt ist, zu einer Beschädigung des ersten Versorgungsstranges 7, detektiert die Druckmesseinrichtung 24 aufgrund des ausströmenden Sauerstoffs einen Differenzdruck und die Auswertevorrichtung 23 stellt eine Grenzwertüberschreitung des Differenzdruckes fest. Die Schaltschwelle für die Abgabe eines Schließsignals an das erste Absperrventil 8 liegt in einem Bereich zwischen etwa 50 Millibar und 200 Millibar. Der dritte Versorgungsstrang 18 wird in diesem Fall über den zweiten Versorgungsstrang 9 und das zweite Rückschlagventil 15 mit Gas versorgt. Die Rückschlagventile 15, 16 sind gegensinnig zueinander angeordnet, so dass nur Gas aus den Versorgungssträngen 7, 9 in die Rückströmleitung 17 abfliessen kann, nicht aber in umgekehrter Richtung.
• Bei Beschädigung einer der Versorgungsstränge 7, 9 kommt es somit nicht zu einem totalen Gasverlust, sondern die intakten Versorgungsstränge 9, 18, 20, 21 können weiter mit Sauerstoff versorgt werden. Wenn der Gasvorrat der Druckgasflaschen 2 erschöpft ist, können diese über einen zentralen Füllanschluss 13 nachgefüllt werden.
• Fig. 2 veranschaulicht schematisch den Aufbau der Druckbegrenzungseinrichtung 4 zwischen den Flaschendruckminderern 3 und den Druckreglern 5. In einem ersten Strang 41 sind gleichsinnig federbelastete Rückschlagventile 43, 44 angeordnet und ein zweiter Strang 42, welcher dem ersten Strang 41 parallelgeschaltet ist, enthält die Rückschlagventile 45, 46. Alle Rückschlagventile 43, 44, 45, 46 besitzen denselben Öffnungsdruck. Tritt beispielsweise eine Blockierung des Ventilkörpers im Rückschlagventil 43 auf, so dass das Ventil nicht öffnen kann, erfolgt die Überdruckbegrenzung über die Rückschlagventile 45, 46. Für den Fall, dass das Rückschlagventil 43 frei durchströmbar ist, infolge eines in der Öffnungsstellung verklemmten Ventilkörpers, übernimmt das Rückschlagventil 44 die Überdruckbegrenzung. Auch beim Ausfall eines Rückschlagventiles in jeweils einem der Stränge 41, 42 wird die Überdruckbegrenzung über die verbleibenden, intakten Rückschlagventile gewährleistet. Mit der erfindungsgemäß angegebenen Druckbegrenzungseinrichtung 4 wird neben dem ersten Fehlerfall auch der zweite Fehlerfall mit abgedeckt.
• Fig. 3 veranschaulicht schematisch das Absperrventil 27 mit einem Handrad 28 an der Druckgasflasche 2. Wird das Handrad 28 längst des Pfeils 29 in Öffnungsstellung gedreht, wird das Erreichen der Endstellung mit dem Endschalter 26 detektiert. Die zentrale Recheneinheit 25, Fig. 1, erhält über den Endschalter 26 die Information, dass das zugehörige Absperrventil 27 geöffnet worden ist.

Claims (8)

1. Gas-Verteilungssystem in einem Flugzeug mit
einer einer Druckgasquelle (2) nachgeschalteten Verzweigungsstelle (6) für zumindestens einen ersten Versorgungsstrang (7) und einen zweiten Versorgungsstrang (9) für Druckgas, wobei der erste Versorgungsstrang (7) über ein erstes Absperrventil (8) mit der Verzweigungsstelle (6) verbunden ist und der zweite Versorgungsstrang (9) über ein zweites Absperrventil (10) an die Verzweigungsstelle (6) angeschlossen ist,
einer den Druck in den Versorgungssträngen (7, 9) erfassenden Druckmesseinrichtung (24) und mit
einer Auswertevorrichtung (24) für ein Druck-Messsignal, welche zur Abgabe eines Schließsignals an das Absperrventil (8, 10) des einen Druckabfall verursachenden Versorgungsstranges (7, 9) ausgebildet ist.

2. Gas-Verteilungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesseinrichtung (24) derart ausgebildet ist, dass sie den Differenzdruck zwischen den Versorgungssträngen (7, 9) erfasst.

3. Gas-Verteilungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückströmleitung (17) vorgesehen ist, welche über im Gegensinn angeordnete Rückschlagventile (15, 16) mit den Versorgungssträngen (7, 9) in der Weise verbunden ist, dass nur ein Gasfluss aus den Versorgungssträngen (7, 9) in die Rückströmleitung (17) ermöglicht ist.

4. Gas-Verteilungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an die Rückströmleitung (17) ein dritter Versorgungsstrang (18) angeschlossen ist.

5. Gas-Verteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verzweigungsstelle (6) und der Druckgasquelle (2) ein Druckregler (5) vorhanden ist, dem eine Druckbegrenzungseinrichtung (4) vorgeschaltet ist.

6. Gas-Verteilungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbegrenzungseinrichtung (4) aus zwei parallel geschalteten Strängen (41, 42) mit jeweils zwei gleichsinnig in Serie angeordneten Rückschlagventilen (43, 44, 45, 46) besteht.

7. Gas-Verteilungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckregler zwei parallel geschaltete Druckregler (5) vorgesehen sind.

8. Gas-Verteilungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasquelle (2) eine Absperrvorrichtung (27) mit einem Endschalter (26) zur Detektion der Öffnungsstellung aufweist.