DE2203260A1

DE2203260A1 - System zur Unterdrueckung von Reaktionen in einem Flugzeug-Kraftstofftank od.dgl.

Info

Publication number: DE2203260A1
Application number: DE19722203260
Authority: DE
Inventors: Ulanovsky Jack M
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1971-01-28
Filing date: 1972-01-24
Publication date: 1972-08-10
Also published as: FR2123520A1; US3693915A; GB1331735A; FR2123520B1

Description

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PARKhR-HAMIPIK CORPORATION Cleveland (Ohio, USA)

System zur Unterdrückung von Reaktionen in einem Flugzeug-Kraftstofftank oder dergleichen

Die Erfindung betrifft ein System zur Unterdrückung von Reaktionen in einem I'lugzeug-Kraf tstofftarik oder dergleichen.

Es ist bekannt, daß sich Flammen und Explosionen in einem Kraftstofftank auch beim Vorhandensein einer Zündquelle nicht ausbreiten können, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Kraftstoffdampf unter der Entflammbarkeitsgrenze liegt. Es ist schon vorgeschlagen worden, mit Hilfe eines Inertgases, z.E. Stickstoff, die 21 # Sauerstoff enthaltende luft'aus dem l'ank herauszuspülen und dann den Tank mit Stickstoff unter Druck zu setzen, damit keine Luft in den Behälter eindringen kann, wenn der Umgebungsdruck über den Behälterdruck ansteigt-, z.B. beim Sinkflug des Flugzeuges.

In den in Flugzeug verwendeten Kohlenwasserstoff-Kraft stoff en werden aus der Luft jedoch häufig Gase, darunter auch Sauerstoff, in Mengen gelöst, die den Grasteildrücken' an der Grenzfläche Luft-Kraftstoff proportional sir:d. Wenn daher beim Steigflug der Tankdruck abnimmt,

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wird der Kraftstoff mit den Gasen übersättigt, die schließlich aus der lösung heraustreten und in den Dampfraum oberhalb des Kraftstoffs gelangen. Liese Gase neigen jedoch dazu, in Abhängigkeit von dem Grad der Übersättigung und der Bewegung des Kraftstoffes längere Zeit hindurch in Lösung zu bleiben. Ler Austritt der Gase aus dem Kraftstoff während des Steigfluges und danach ist daher von Veränderlichen wie der erreichten Höhe, dem Schütteln des Flugzeuges durch Turbulenz der Luft, dem Füllungsgrad des Tanks (dieser Füllungsgrad beeinflußt das Ausmaß des Schwappens) usw. abhängig. Infolgedessen kann man den Zeitpunkt des Austritts des Gases bei einem bestimmten I'lug nicht vorherbestimmen. Außerdem sind die Konzentrationen der infolge des Druckabfalls aus dem Kraftstoff ausgetretenen Gase von den Teildrücken der verschiedenen gelösten Gase und ihren Löslichkeitszahlen in dem Kraftstoff abhängig. Infolge dieser Veränderlichen kann beim Austritt von Gasen aus mit Luft übersättigtem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff die Sauerstoffkonzentration in dem Dampfraum über 30 # steigen. Daher kann durch die bloße Verhinderung eines Lufteintritts in den Kraftstofftank keine genügende Sicherheit gegen eine Explosion des Kraftstofftanks gewährleistet werden, sondern nuß man auch die Gase berücksichtigen, die in dem Kraftstoff gelöst sind und die während des Steigfluges und danach aus dem Kraftstoff austreten und zu einer hohen Sauerstoffkonzentration führen können.

Die Erfindung schafft ein System «um Unterdrücken von Reaktionen in einem Flugzeug-Kraftstofftank oder dergleichen, mit einer Mischeinrichtung, die einen in dem Tank angeordneten Austritt und eine Saugöffnung besitzt, einer Fördereinrichtung zum Herbeiführen einer Strömung von Kraftstoff durch die Mischeinrichtung, einer Inertgasquelle und einer Steuerventileinrichtung, die wahlweise betätigbar ist, um die Saugöffnung mit der Inertgasquelle zu verbinden, so daß dem durch die Mischeinrichtung strömenden

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Kraftstoff Inertgas beigemischt wird und daher Sauerstoff auβ dem Kraftstoff austritt, oder die Saugöffnung mit dem Dampfraum dee Tanks zu verbinden, so daß bei fortgesetztem Sttrieb der Fördereinrichtung die Saugöffnung kraftstofffrei bleibt.

Die Erfindung schafft ferner ein System zum Unterdrücken von Reaktionen in einem Plugzeug-Kraftstofftank, mit dessen Dampfraum eine Inertgasquelle in Verbindung Bteht, so daß der Tank unter Druck gesetzt und ein Lufteintritt in den Tank, z.B. bei einem Sinkflug des Flugzeuges, verhindert wird. Dieses System besitzt eine Mischeinrichtung mit einem Eintritt für unter Druck stehenden Kraftstoff, einem in den Tank mündenden Austritt und einer zwischen dem Eintritt und dem Austritt angeordneten Saugöffnung, ferner eine Pumpeinrichtung ium Herbeiführen einer Strömung dft Kraftstoffs durch die Mischeinrichtung, eine Steuerventileinrichtung, die wahlweise betätigbar ist, um die Saugöffnung mit der Inertgasquelle zu verbinden, so daß dem durch die Mischeinrichtung strömenden Kraftstoff Inertgas beigemischt wird und daher Sauerstoff aus dem Kraftstoff austritt, oder die Saugöffnung mit dem Dampfraum zu verbinden, so daß die Saugöffnung bei fortgesetztem Betrieb der Pumpeinrichtung kraftstoffrei bleibt, und eine in dem Dampfraum angeordnete Gaeabzügeeinrichtung für den Abzug von Gasen, einschließlich von aus dem Kraftstoff ausgetretenem Sauerstoff.

lerner schafft die Erfindung ein System zum Unterdrücken von Reaktionen in einem Flugzeug-Kraftstofftank, mit einem Kraftstofftank, der mit einer Gasabzugseinrichtung versehen ist, einer Inertgasquelle, einer ersten Einrichtung zum Führen von Inertgas von der Inertgasquelle in den Dampfraum des Tanks, so daß dieser unter

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Druck gesetzt und ein Eintritt von luft durch die Gasabzugseinrichtung beispielsweise während eines Sinkfluges des Flugzeuges verhindert wird, einer zweiten Einrichtung zum Führen von Inertgas in den Tank, in einem Kraftstoff-Inertgas-Gemisch, in dein das Inertgas bewirkt, daß Sauerstoff aus dem Kraftstoff in den Dampfraum austritt, um durch die Gasabzugseinrichtung abzuziehen, wobei die zweite Einrichtung eine Mischeinrichtung besitzt, durch die in dem Tank befindlicher Kraftstoff umgewälzt wird, und eine Ventileinrichtung, die derart betätigbar ist, daß sie der Mischeinrichtung Inertgas entweder von der .Inertquelle oder aus dem Dampfraum zuführt.

In dem erflndungsgemäßen System gum Unterdrücken

won Eeaktionen in einem Kraftstofftank wird dan-er nicht nur im Dampfraum des Kraftstofftanks eis Ia®rtga© verwendet t um einen Lufteintritt in cl©a Behälter su verhindern, sondern es wird außerdem wälirsni ö®s fiug©s₉ inabesondere während des Steigfluges, wenn der Tankdruek abnimmt, gelöster Sauerstoff aus dem Kraftstoff entfernt, so daß die Sauerstoffkonzentration in dem Kampfraum auf ©intm gefahrloson Wert von oder unter 10 $ gehalten.werden kann, bei dem sieh eine Flamme oder Explosion nicht ausbreiten kann.

Ein Ausführuagsfeeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben« In dieser zeigt

Fig. 1 schematisch eine bevorzugte Aueführungsfora des erfindungsgemäßen Systems und

Pig. 2 einen Querschnitt durch eine liischdüse.

in ^£"ig. 1 gezeigte System besitzt einen Plug seug-Epaftetofftank 1, z.B. einen ilügeltank, in dessen

Dampfraum 2 ein Inertgas, ζ »Β. Stickstoff, über eine Zerstäuberdüse 4 und eine Leitung 3 eingeleitet wird, die von einer Gasquelle 5 kommt, ^iese kann ein nicht gezeigtes Dewar-Gefäß aufweisen, welches das Inertgas in flüssiger Form enthält und mit geeigneten Regelventilen versehen ist, die in dem Tank 1 einen vorherbestimmten Druck aufrechterhalten. Die Quelle 5 kann durch einen Druckiifferenzfühler 6 so gesteuert werden, daß sie über die Zerstäuberdüse 4 Inertgas in dem Dampfraum 2 abgibt, wenn der Umgebungsdruck den Tankdruck um einen vorherbestimmten Setrag von beispielsweise 0,007 kp/em übersteigt» β·Β. bei einem Sinkflug des Flugzeuges.

Der Tank 1 ist mit einem Gasabzugsventil 7 versehen, durch das Gase abziehen können. Infolgedessen hält das in dem Tank 1 enthaltene Inertgas eine maximal« Druckdifferenz zwischen dta Dampfraum 2 und dem beispielsweise bei einem Steigflug dee Flugzeuge· sinkenden Umgebungsdruck aufrecht. Das Gasabzugsventil 7 kann für einen Eintritt von Luft in den Dampfraum 2, beispielsweise während eine· Sinkfluges des Flugzeuges, eingerichtet sein, falle der Inertgasvorrat erschöpft ist oder die Quelle 5 ausfällt. Dadurch wird in einem solchen Fall ein Sindrücken des Tanks 1 verhindert, wenn bei einem Sinkflug des Flugzeuges der Umgebungsdruck zunimmt.

Der Tank 1 hat ferner ein Kraftstoffeinlaßventil 9, an das zum Füllen des Tanks 1 mit Kraftstoff eine Kraftstoff düse 10 angeschlossen werden kann. Das erfindungsgemäße System ist vorzugsweise so eingerichtet, daß nach dem Landen des Flugzeuges nach einem Flug, in dem das System den Tank 1 unter Inertgasdruck gesetzt hat, der Druck in dem Tank 1 0,02-0,05 kp/cm² höher ist als der Umgebungadruck. Wenn das Flugzeug längere Zeit hindurch abgestellt wird, kann infolge von Temperaturveränderungen oder aus

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anderen Gründen die Druckdifferenz abnehmen. Nach einer Abnahme des Überdruckes auf beispielsweise 0,01 kp/cm öffnet ein in der Quelle 5 vorgesehenes, nicht gezeigtes Regelventil, so daß Inertgas über die Leitung 3 und die Düse 4 in den Tank 1 strömt bis in diesem wieder ein Überdruck von 0,02 kp/cm über dem Umgebungsdruck herrscht, worauf dae Ventil schließt. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in unserer deutschen Patentanmeldung P 19 10 294.4 gezeigt.

Anhand der Pig. 2 soll nun das Waschen des Kraftstoffs in dem Tank 1 während des Fluges, insbesondere während des Steigfluges, des Flugzeuges erläutert werden. Zu diesem Zweok dient ein Kraftstoff-Pumpsystem 11 nicht nur zum Fördern von Kraftstoff aus dem Tank 1 zu der Zuleitung 12, die zu den Triebwtrken des Flugzeuges führt, sondern auch zum Umwälzen von Kraftstoff in dem Tank 1, durch «ine Miachdüse 14» deren Säugöffnung 15 wahlweise mit der Stickstoffquelle 5 oder dem Dampfraum 2 in Verbindung steht, und- zwar über eine Leitung 16, einen Magnetschieber 17 und eine leitung 18 bzw. 19. Mit der Saugöffnung 15 ist ferner eine Drosseleinrichtung 20 für die Gasströmung verbunden.

Der Elektromagnet 21 des Schiebers 17 wird beispielsweise von einem Druckdifferenzfühler 22 gespeist, der anspricht, wenn bei einem Steigflug des Flugzeuges der Tankdruck gegenüber einem Bezugsdruck um einen vorherbestimmten Betrag sinkt. Dies 1st in der vorstehend angegebenen Patentanmeldung beschrieben. Bei einer Erregung des Elektromagneten 21 nimmt der Schieber 17 die in Fig. gezeigte Stellung ein, so daß Stickstoff von der Quelle 5 über die leitung 18, den Schieber 17, die Leitung 16, die Drosseleinrichtung 20 und die Saugöffnung 15 in die Mischdüse 14 strömt und dort innig mit dem durch die Mischdüse

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geförderten Kraftstoff vermischt wird. Infolgedessen wird der Kraftstoff gewaschen und tritt Sauerstoff aus ihm aus. Der ausgetretene Sauerstoff im Gemisch mit Stickstoff steigt in dem Kraftstoff in den Schwundraum, in dem er sich auch mit dem dort vorhandenen Stickstoff vermischen kann. Infolgedes in dem Schwundraum befindlichen oder von der Quelle 5 her in ihn eingeleiteten Stickstoffs wird der Sauerstoffgehalt in dem Schwundraum stets unter 10 i» gehalten.

Wenn unter Steuerung durch den Druokdifferemsftlhler 22 der Elektromagnet 21 ausgeschaltet wird, nimmt der Schieber 17 eine Stellung ein, in der er die Zuleitung 18 schließt und die Leitungen 16 und 19 miteinander verbindet, so daß die Säugöffnung 1$ jetst mit dem Dampfraum 2 in Verbindung steht. Wenn der Kraftstoff weiter durch die Mischdüee H gefördert nird, bewirkt das in i©r Öffnung 15 vorhandene Vakuum» daß das Gasgemisch aas Sem Dampfraum 2 über die Leitung 19t ^äe*i Schieber 17» die Leitung 16 und die Drosseleinrichtung 20 in die Mischdüse angesaugt wird, in der das Gasgemisch mit dem durch die Düse H tretenden Kraftstoff vermischt wird und mit Ihm. in den in dem Tank 1 befindlichen Kraftstoffkörper eintritt. Infolgedessen wird der Kraftstoff von ier Öffnung 15» der Drosseleinrichtung 20 und der Leitung.16 ferngehalten. In diese Teile würde der Kraftstoff sonst aus der. Düse H eintreten, wenn die Verbindung zwischen der Lei« tung 16 und der Stickstoffquelle 5 gesperrt ist. Bein Wiedereinschalten dee Elektromagneten 21 tritt daher sofort Stickstoff aus der Quelle 5 in die Düse H tin, bq daß das Waschen des Kraftstoffes sofort wieder beginnen kann. Wenn dagegen Kraftstoff in die Leitung 16 eingetreten wäre, müßte der von der Quelle 5 kommende Stickstoff den Kraftstoff erst durch die Drosseleinrichtung und die öffnung 15 drücken, ehe das Waschen wieder beginnen kann.

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Das System kann auch für mehrere Kraftstofftanks eingerichtet werden. In diesem Fall ist die Leitung 16 mit einer Abzweigung 24 versehen, die zu einer weiteren Drosseleinrichtung 20 und Düse 14 in einem weiteren, nicht gezeigten Tank führt, und wird die Düse 14 in diesem weiteren Tank mit Kraftstoff durch eine weitere Pumpe 11 in dem anderen Tank oder über eine Zweigleitung von der Pumpe 11 in dem Tank 1 gespeist. In diesen: Pail sind die ^urchlaßquerschnitte der Drosseleinrichtungen 20 für die verschiedenen Düsen 14 so gewählt, daß die Strömungsmengen des hindurchtretenden Stickstoffes bzw. Dampfes in der gewünschten Weise aufeinander abgestimmt werden.

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Claims

Patentansprüche j

1.^System zur Unterdrückung von Reaktionen in einem Elugzeug-Kraftetofftank oder dergleichen, mit einer Mischeinrichtung, die einen in dem Tank angeordneten Austritt besitzt, einer Fördereinrichtung zum herbeiführen einer Strömung von Kraftstoff durch die Mischeinrichtung und einer Inertgasquelle, gekennzeichnet durch eine in der Mischeinrichtung (H) vorgesehene Saugöffnung (15) und eine Steuerventileinrichtung (17), die wahlweise betätigbar ist, um die Saugöffnung'mit dtr Inertgasquelle (5) zu verbinden, so daß dem dureh die Mischeinrichtung strömenden Kraftstoff Inertgas beigemischt wird und daher Sauerstoff aus dem Kraftstoff austritt, oder die laugöffnung mit dem Dampfraum des Tanks (1) zu verbinden, so daß bei fortgesetztem Betrieb der fördereinrichtung (11) die Saugöffnung kraftstoffrei bleibt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennezeichnet, daß der Tank (1) mit einer Gasabzugseinrichtung (7) versehen ist, die einen Abzug von. Gasen aus dem Dampfraum ermöglicht.

5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (H) an der Saugöffnung (15) mit einer Drosseleinrichtung (20) für die Gasströmung versehen ist.

4·. System nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Inertgasquelle (5) durch eine Leitung (3) unabhängig von der Steuerventileinrichtung (17) mit dem Dampfraum in Verbindung steht, so daß der Tank (1) unter Inertgaedruck gesetzt werden kann, um in dem Tank einen Druck in der Nähe des Umgebungsdruckes aufrechtzuerhalten und die Sauerstoffkonzentration in dem Dampfraum herabzusetzen.

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5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnung (15) unterhalb des normalen Xraftstoffapiegels in dem Behälter (1) angeordnet ist und die Steuerventileinrichtung (17) öffnungen besitzt, die mit der Inertgasquelle (5)» der Saugöffnung und dem Dampfraum in Verbindung stehen.

6. System zum Unterdrücken von Reaktionen in einem Plugzeug-Kraftstofftank, wobei eine Inertgasquelle mit dem Dampfraum die Tanks in Verbindung steht, so daß der Tank unter Druck gesetzt und ein Lufteintritt in den Tank, z.B. bei einem Sinkflug des Flugzeuges_r verhindert wird, gekennzeichnet durch eine Mischeinrichtung (H) alt einem Eintritt fUr unter Druck stehenden Kraftstoff, tine» in den Tank (1) mündenden Austritt und einer zwischen dem Eintritt und dem Austritt angeordneten Saugöffnung (15)» ferner eine Pumpeinrichtung (11) zum Herbeiführen einer Strömung des Kraftstoffs durch die Mischeinrichtung, eine Steuerventileinrichtung (17)» die wahlweise betätigbar ist, um die Säugöffnung mit der Inertgasquelle (5) in Verbindung zu bringen, so daß dem durch die Mischeinrichtung strömenden Kraftstoff Inertgas beigemischt wird und daher Sauerstoff aus dem Kraftstoff austritt, oder die Saugöffnung mit dem Dampfraum in Verbindung zu bringen, so daß die Saugöffnung bei fortgesetztem Betrieb der Pumpeinrichtung kraftstoffrei bleibt und eine in dem Dampfraum angeordnete Gasabzugeeinrichtung (7) für den Abzug von Gasen, einschließlich von aus dem Kraftstoff ausgetretenem Sauerstoff.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (H) eine Drosseleinrichtung (20) für die Gasströmung besitzt und diese Drosseleinrichtung stromaufwärts von der Säugöffnung (15) und unterhalb des normalen Kraftstoffepiegels in dem T&nk (i) angeordnet ist.

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8. System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (H) eine Misch*- düse aufweist.

9. System zum Unterdrücken von Reaktionen in einem Flugzeug-Kraftstofftank, mit einem Kraftstofftank, der mit einer Gasabzugseinrichtung versehen ist, einer Inertgasquelle und einer ersten Einrichtung zum Pühren von Inertgas von. der Inertgaaquelle in den Kampfraum des Tanks, so daß dieser unter Druck gesetzt und ein Eintritt von Luft durch di· Gaeabzugeeinrichtung "beispielsweise während eines Sinkfluges des Plugzeuges verhindert wird, gekennzeichnet durch eine zweite Einrichtung zum Führen von Inertgas in den Tank (1) in einem Kraftstoff-Inertgas-Gemisch, in dem das Inertgas bewirkt, daß Sauerstoff aus dem Kraftstoff in den Dampfraum austritt, um dureh die Gasabzugseinrichtung (7) abzuziehen, wobei die zweite Einrichtung eine Mischeinrichtung (14) besitzt, durch die in dem Tank befindlicher Kraftstoff umgewälzt wird, und eine Ventileinrichtung (17), die derart betätigbar.ist, daß sie der Mischeinrichtung Inertgas entweder von der Inertgasquelle (5) oder aus dem Dampfraum zuführt.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (H) eine Mischdüse mit einer Saugöffnung (15) besitzt, die durch die Betätigung der Ventileinrichtung (17) mit der Inertgasquelle {5) oder dem Dampfraum in Verbindung beracht werden kann.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischeinrichtung (H) eine Austritte-Öffnung für das Kraftstoff-Inertgas-Gemisch besitzt und diese Austrittsöffnung im Betrieb in dem Kraftstoff in dem Tank. (1) untergetaucht ist.

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12. System nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß nit der Mischeinrichtung (14) eine Pumpeinrichtung (11) zum Umwälzen von in dem Tank (1) befindlichem Kraftstoff durch die Mischeinrichtung in Verbindung steht.

13· System nach Anspruch 10, dadurch· gekennzeichnet, daß an der Saugöffnung (15) der Mischdüse eine Drosseleinrichtung (20) für die Gasströmung angeordnet ist.

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