JP2012523545A - ターボ機械の燃料回路内の凍結状態またはメンテナンスの必要性を検出する方法 - Google Patents

Abstract

ターボ機械の燃料回路（１）内の凍結状態を検出する方法は、計量ユニット（１０）から下流側の燃料の第１の温度Ｔ_１を表す情報を読み取って、第１の温度Ｔ_１を第１の基準温度Ｔ_０１と比較するステップと、フィルタユニット（６）の目詰まりを検出するステップと、読み取り温度Ｔ_１が第１の基準温度Ｔ_０１未満である場合に、かつ目詰まりが検出された場合に、燃料回路（１）内の凍結状態を示す信号を出すステップとを含む。凍結状態を承認または否認するのに、タンク（３）内の第２の燃料温度Ｔ_２を表す情報が読み取られて、基準値Ｔ_０２と比較される場合もある。燃料回路のメンテナンスの必要性を示す信号が、読み取り温度Ｔ_１、Ｔ_２が基準温度Ｔ_０１、Ｔ_０２以上であり、目詰まりが検出された場合に出される。

Description

本発明は、ターボ機械の燃料回路内の凍結状態またはメンテナンスの必要性を検出する方法に関する。本発明は、固定式か航空機用かに関係なく、任意のタイプのターボ機械に適用可能であり、特に、航空機ターボジェットに適する。

ターボ機械の燃料回路内に水があるのは避けがたいが、その影響は、動作条件や周囲条件に応じて変化する。特に航空機では、飛行中に遭遇する圧力や温度が水を固体状態にする場合があり、燃料回路内に深刻な状態をもたらす可能性がある。

制御された流量で燃料を燃焼チャンバに送る機能を有する燃料回路の計量ユニットは、固体粒子が存在することにより流量調整機能が妨げられる恐れがある。

さらに、氷の存在は、可変形状部品（特に、圧縮機のステータ部分の可変ピッチ翼または圧縮機の放出弁）を制御するシステムの異常を引き起こす場合がある。それは、制御システムが可変形状部品に関連するサーボ弁およびアクチュエータ用の作動油として燃料を使用するためである。

最後に、氷の存在は、燃料フィルタの目詰まりを引き起こす場合がある。その目詰まりが生じた場合、安全装置がバイパスダクトを開放して、燃料が濾過されずに流れるようにするが、このことは明らかにターボ機械の動作に、特に、燃焼チャンバの噴射器に悪影響をもたらす可能性がある。

したがって、燃料回路内の氷の存在は、ターボ機械の調整を妨げ、ひいては、動力喪失に至る可能性がある。

米国特許第２９２５７１２号明細書は、（フィルタの入口と出口との過剰な圧力差の結果として）燃料フィルタの目詰まりが検出された場合に、または燃料回路内の温度が閾値未満である場合に、圧縮機からの空気流を取り込んで燃料を加熱することを開示している。

主ポンプから上流側の温度が閾値未満である場合または燃料フィルタの目詰まりが検出された場合の燃料の加熱については、米国特許第３０４９８７８号明細書および英国特許第８８１００２号明細書にも記載されている。

米国特許第２９２５７１２号明細書 米国特許第３０４９８７８号明細書 英国特許第８８１００２号明細書

本発明は、通常ターボ機械の燃料回路に見られる要素を使用し、場合によりそれに１つまたは複数のセンサを追加して、読み取られた値の大きさに応じて、またそれらの値と基準値との比較に応じて動作するようにして、確実に凍結状態が存在することを示す情報、場合により、さらに燃料回路のメンテナンスの必要性があることを示す情報を伝える検出方法を提供することを提案する。

本発明は、少なくとも１つのタンクと、燃料を濾過するためのフィルタユニットと、フィルタユニットを介してタンクに接続された高圧ポンプと、燃焼チャンバ内に噴射するための燃料の流量を制御するために高圧ポンプからの出口に接続された燃料計量ユニットとを備えるターボ機械の燃料回路における凍結状態を検出する方法であって：
計量ユニットから下流側にある燃料回路内の燃料の第１の温度Ｔ_１を表す情報を読み取って、第１の温度Ｔ_１を第１の基準温度Ｔ_０１と比較するステップと、
フィルタユニットの目詰まりを検出するステップと、
読み取り温度Ｔ_１が第１の基準温度Ｔ_０１未満である場合に、かつ目詰まりが検出された場合に、燃料回路内の凍結状態を示す信号を出すステップと
を含む方法に関する。

用語「計量ユニットの下流側の燃料回路」は、本明細書では、計量ユニットと燃焼チャンバの噴射器との間の任意の位置を指すのに使用されている。

本発明の方法により、計量ユニットから下流側の燃料温度は低いがフィルタはそれほど目詰まりしていない（氷があまりない）場合、またフィルタは目詰まりしているが計量ユニットから下流側の燃料温度が低くない（この場合、目詰まりは氷ではなく不純物による）場合に、凍結状態があることを示す信号を出すタイミングがずれるのを避けることができる。

したがって、本発明の方法により燃料回路の凍結状態に関する情報が確実に提供されるので、パイロットまたはエンジン調整回路は、氷の存在を考慮に入れるために、または氷を取り除くために、ターボ機械の動作の変更を制御することができる。例えば、エンジン全体、特にエンジンの潤滑油を加熱するためにエンジン速度が落とされて、エンジン内で使用される油／燃料交換器によって燃料温度を上昇させることができる。

有利には、本発明の方法はさらに：
タンク内の燃料の第２の温度Ｔ_２を表す情報を読み取って、第２の温度Ｔ_２を第２の基準温度Ｔ_０２と比較するステップと、
さらに第２の温度Ｔ_２が第２の基準温度Ｔ_０２未満であれば、燃料回路内に凍結状態があることを示す信号を出すステップとを含む。

本発明の方法の特徴によれば、目詰まりが検出された場合、かつ温度Ｔ_１およびＴ_２がそれぞれの基準温度Ｔ_０１およびＴ_０２以上であれば、フィルタユニットのメンテナンスの必要性を示す信号が出される。このことで、検出されたフィルタユニットの目詰まり状態が氷による場合に、メンテナンスの開始のタイミングがずれるのを避けることができる。

本発明の検出方法の他の特徴は：
基準温度は０℃（セ氏）±５℃であること、
第１の可能性によれば、フィルタユニットは、目詰まりが発生した場合に開放して燃料が濾過されずに通過できるようにするバイパスダクトを含み、目詰まりを検出するステップは、バイパスダクトが開放状態であることを検出することによって行われること、
第２の可能性によれば、目詰まりを検出するステップは、フィルタユニットにおける燃料の入口圧力Ｐ_ｅと出口圧力Ｐ_ｓとの圧力差ΔＰ_１を表す情報を読み取って、圧力差ΔＰ_１を基準圧力差ΔＰ_０１と比較することによって行われること、
この第２の可能性において、基準圧力差ΔＰ_０１は、０．４バールから３バール、好ましくは、１．３バールから１．７バールになるように選択されることである。

本発明の他の特徴および利点は、非限定的な例として考察された本発明の好適な実施形態の以下の説明を読めばより明らかになる。以下の説明は添付図面を参照して行われる。

燃料回路の図である。 凍結状態が検出された場合、およびメンテナンスの必要性が検出された場合の本発明の方法を示すフローチャートである。

図１は、航空機ターボジェットの燃料回路１を示す図である。

回路１は、燃料の流れ方向に、低圧ポンプ４、第１の熱交換器５、主フィルタユニット６、高圧ポンプ７を備える。低圧ポンプ４は、その上流端部が航空機の燃料タンク３に接続される。高圧ポンプ７から下流側では、回路１は２つの分岐部９ａ、９ｂに分かれる。

第１の分岐部９ａは、ターボジェットの燃焼チャンバ１１内に噴射される燃料の流量を調整する働きをして、再循環ループ１２を介して過剰な燃料を熱交換器５から上流側の燃料回路に戻す計量ユニット１０を含む。この計量ユニット１０は、一般には、油圧機械式ユニット（ＨＭＵ）である。計量ユニット１０と燃焼チャンバ１１との間には、通常、燃焼チャンバ内の噴射器に取り込まれる燃料の流量を測定するための流量計１３と、特に、過速度が検出された場合に燃料の供給を遮断するための燃料遮断弁１４と、噴射フィルタと、噴射弁（図示せず）がある。

第２の分岐部９ｂは、第２の熱交換器１５と、可変形状の制御システム１６とを備える。例として、可変形状部品は、ターボジェット圧縮機の構造をその動作速度に応じて適した構造にする排気弁または可変ピッチ翼とすることができる。

可変形状制御システム１６は、制御される可変形状部品に機械的に接続された１つまたは複数の油圧アクチュエータＡ１からＡＮを備える。Ｎは１以上の整数である。この例では、２つのアクチュエータＡ１、Ａ２のみが図示されている。可変形状制御システム１６はさらに、Ｓ１からＳＮの複数のサーボ弁（この例では、Ｓ１、Ｓ２）を備え、それぞれのアクチュエータＡ１、Ａ２はそれぞれのサーボ弁Ｓ１、Ｓ２によって制御される。燃料は作動油として使用され、高圧口は分岐部９ｂに接続されるが、低圧口は再循環ループ１２（点Ｙ）に接続される。

燃料戻し回路２は、航空機のタンク３に戻る燃料の流量を制御する働きをする燃料戻し弁１７を含む。戻し回路２は、低圧ポンプ４の出口とタンク３との間で接続される。

第１の熱交換器５および第２の熱交換器１５には、最初に燃料が流れ、次にターボジェットの種々の部材からの潤滑油が流れ、燃料は潤滑油を冷却する働きをする。

上述したように、本発明の方法は、通常、ターボ機械、特に航空機ターボジェットの燃料回路１内にある要素を使用することができる、または追加の要素を使用することができる。

従来のターボジェット燃料回路にはもともとは存在しない温度センサ２０が、計量ユニット１０から下流側の燃料回路内、例えば、計量ユニット１０からの出口のすぐそばに配置されるが、温度センサ２０を配置するのに計量ユニット１０と燃焼チャンバの噴射器との間の任意の他の位置が選択可能であることが理解されたい。

温度センサ２０は、センサが配置された位置の燃料の温度Ｔ_１を表す情報を提供する。プロセッサ回路３０は、センサ２０によって提供された情報を受信し、温度Ｔ_１を基準温度Ｔ_０１と比較して、Ｔ_１＜Ｔ_０１の場合はいつでも回路内に含まれる燃料の中に氷が存在している可能性があることを検出するようになっている。基準温度Ｔ_０１は、約０℃になるように選択されてもよいが、わずかに異なる、例えば、約０℃±５℃の基準温度Ｔ_０１を使用することも可能である。

さらに、主フィルタユニット６は、前記ユニット６の目詰まりを検出するのに適した手段を含む。目詰まりは、燃料の中に比較的多い氷が存在するために、または燃料によって運ばれた他の不純物が比較的多く蓄積することによって生じる可能性がある。以下で、本発明がどのようにして、燃料回路内に氷が存在するために生じる目詰まり状態と、他の不純物が存在するためにフィルタユニット６のメンテナンス動作が必要である状態とを区別できるのかについて説明する。ここでは、フィルタユニット６の目詰まりは、２つの方法で検出される。

第１の可能性によれば、フィルタユニットが少なくとも部分的に遮断された時、すなわち、フィルタユニット６の入口と出口との圧力差が、従来の油圧機械式手段によってバイパスダクトが開放されるのを許可するトリガ閾値より大きくなると、バイパスダクト（添付図面に図示せず）が従来の方式で開放して燃料がフィルタユニット６のフィルタを通過せずに自由に流れるようにする。プロセッサ回路３０は、例えば、前記ダクトの閉鎖部材の位置を検出することによって、バイパスダクトの開閉状態を示す情報を受信する。プロセッサ回路３０がバイパスダクトが開放しているとの情報を受信した場合、フィルタユニット６の目詰まりが検出されたことになる。

第２の可能性によれば、主フィルタ６は、典型的には、フィルタユニット６の入口（圧力Ｐ_ｅ）と出口（圧力Ｐ_ｓ）との圧力差ΔＰ_１を感知するセンサ２２の形の目詰まり検出器に関連付けられる。プロセッサ回路３０は、センサ２２からΔＰ_１を表す情報を受信し、ΔＰ_１を基準値ΔＰ_０１と比較して、ΔＰ_１＞ΔＰ_０１の時に目詰まりを検出するようになっている。例として、基準値ΔＰ_０１は、０．４バールから３バール、好ましくは、１．３バールから１．７バールになるように選択される。

任意であるが、有利には、第１の温度Ｔ_１に基づいて診断された燃料回路の凍結状態を承認／否認してフィルタユニット６の目詰まりを検出するために、燃料の第２の温度Ｔ_２を表す情報が使用される。この第２の温度Ｔ_２は、有利には、タンク３内で測定される。

従来タンク３に取り付けられるような温度センサ２１を使用することができる。温度センサ２１は、タンク３内の燃料の温度Ｔ_２を表す情報を提供する。

温度Ｔ_２は、プロセッサ回路３０内で基準温度Ｔ_０２と比較される。燃料回路１内の凍結状態を示す信号は、Ｔ_１およびフィルタユニット６の目詰まり状態に関する条件の他に、温度Ｔ_２が基準温度Ｔ_０２未満である場合にのみ有効である。基準温度Ｔ_２は、基準温度Ｔ_０１と同じように設定されてよい。このことで、フィルタユニットの目詰まりが氷以外の不純物による場合、および読み取り温度Ｔ_１が間違いである場合に氷の検出のタイミングがずれるのを防ぐ働きをすることができる。

図２に示されるように、プロセッサ回路３０がＴ_１＜Ｔ_０１、Ｔ_２＜Ｔ_０２の状態とフィルタユニットの目詰まりの状態とを同時に検出する場合、最初の２つの状態は凍結状態があることを示し、３つ目の状態は氷が存在するという深刻で憂慮すべき可能性を示すので、燃料回路内の凍結状態を示す信号が出される。図２は、検出方法が少なくとも２つの温度Ｔ_１、Ｔ_２を使用する状況を示しているが、当然、凍結状態は１つの読み取り温度Ｔ_１に基づいて、フィルタユニット６の目詰まりと共に検出することも可能であることは理解できる。

本発明の方法により、燃料回路のフィルタユニット６におけるメンテナンスの必要性をより確実に診断することができる。

したがって、図２に示されるように、フィルタユニット６で目詰まり状態が検出されると同時に、センサ２０、２１によって提供される温度Ｔ_１、Ｔ_２に関する情報が凍結状態を表していない（温度Ｔ_１、Ｔ_２がそれぞれ基準温度Ｔ_０１、Ｔ_０２以上である）場合、氷以外の固体粒子がフィルタユニット６のフィルタに蓄積したと考えられるので、メンテナンス動作が必要になる。

読み取り温度Ｔ_１のみを使用する場合と比べて、２つの温度Ｔ_１、Ｔ_２を読み取ることで、凍結状態をより確実に検出することができ、メンテナンスの必要があることを示す信号を送るタイミングがずれるのを防ぐ働きをすることができる。

燃料回路内の凍結状態の検出に応答して特定の是正措置を講じることは、本発明の範囲内ではない。例えば、エンジン速度を落として、それによりエンジンの温度、およびターボジェット潤滑油と熱交換器５、１５内の燃料との間で熱交換を受けた燃料の温度を上げることができる。また、噴射燃料の濃度の最大および最小閾値（または加速および減速終了時）を変更して、ターボジェットの動作をより安全にすることができる。

Claims (7)

1. 少なくとも１つのタンク（３）と、燃料を濾過するためのフィルタユニット（６）と、フィルタユニット（６）を介してタンク（３）に接続された高圧ポンプ（７）と、燃焼チャンバ内に噴射するための燃料の流量を制御するために高圧ポンプ（７）からの出口に接続された燃料計量ユニットとを備えるターボ機械の燃料回路（１）における凍結状態を検出する方法であって、
   計量ユニット（１０）から下流側にある燃料回路（１）内の燃料の第１の温度Ｔ_１を表す情報を読み取って、第１の温度Ｔ_１を第１の基準温度Ｔ_０１と比較するステップと、
   フィルタユニット（６）の目詰まりを検出するステップと、
   読み取り温度Ｔ_１が第１の基準温度Ｔ_０１未満である場合に、かつ目詰まりが検出された場合に、燃料回路（１）内の凍結状態を示す信号を出すステップとを含むことを特徴とする方法。
2. タンク（３）内の燃料の第２の温度Ｔ_２を表す情報を読み取って、第２の温度Ｔ_２を第２の基準温度Ｔ_０２と比較するステップと、
   さらに第２の温度Ｔ_２が第２の基準温度Ｔ_０２未満であれば、燃料回路（１）内に凍結状態があることを示す信号を出すステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. フィルタユニット（６）のメンテナンスの必要性を示す信号が、目詰まりが検出された時、かつ温度Ｔ_１、Ｔ_２がそれぞれの基準温度Ｔ_０１、Ｔ_０２以上である場合に出されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 基準温度が、０℃±５℃であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の検出方法。
5. フィルタユニットが、目詰まりが発生した場合に開放して燃料が濾過されずに通過できるようにするバイパスダクトを含み、目詰まりを検出するステップが、バイパスダクトが開放状態であることを検出することによって行われることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 目詰まりを検出するステップが、フィルタユニット（６）における燃料の入口圧力Ｐ_ｅと出口圧力Ｐ_ｓとの圧力差ΔＰ_１を表す情報を読み取って、圧力差ΔＰ_１を基準圧力差ΔＰ_０１と比較することによって行われることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
7. 基準圧力差ΔＰ_０１が、０．４バールから３バール、好ましくは、１．３バールから１．７バールになるように選択されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

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