动力阀的故障检测装置和方法 【技术领域】
本发明涉及一种阀，其工作由一个遥控致动器加以确保。特别是，本发明涉及用于检测阀的主要组成部件、如驱动轴、阀的电机的故障的装置和方法，尤其是当该阀用于在安全方面很重要的管路、如飞机的燃油管路时。
背景技术
飞机的燃油管路一般具有燃油阀，其功能例如是切断发动机的供给、开启燃油供给或在独立的油箱之间转移燃油。
如图1所示，一个燃油阀1具有一个致动器11，其由与减速器联接的电机12驱动。致动器11通过驱动轴14驱动一个球形旋塞13转动，驱动轴14进入到燃油箱15内。球形旋塞13插入到一个阀体16中，且围绕轴线132转动安装在所述阀体内。球形旋塞13具有一个通孔133，通孔具有基本垂直于轴线132的一个轴线134。阀体16的两端161基本呈圆柱形，其直径基本小于球形旋塞的直径，燃油供给管道17固定在其上。两端161基本直线对齐，其轴线171基本垂直于轴线132。
在这种燃油阀上，在正常工作时没有任何的中间位置，其位置要么开启，要么关闭。
当阀处于开启位置以供给燃油时，球形旋塞13的孔133的轴线134和供给管道17的轴线171基本同轴。
当阀处于关闭位置以便阻止燃油供给时，球形旋塞13的孔133的轴线134和供给管道17的轴线171基本垂直。
目前，这些阀的监控方法在于，借助定位在致动器11中的开关比较阀的控制位置和阀的检测位置。监控装置的一个错误与一个或多个开关的故障危险有关，这些故障例如由电触点问题或开关机构的损坏引起。在这种情况下，阀的位置不能确定，一个错误信息、例如“未知故障”反馈到飞机的监视系统。因此，需要进行检修，将阀关闭在一个已知位置，更换致动器11，这可能导致飞机的停机，和相当长时间的故障检测和排除。另一个限制在于，只有致动器11的位置得到监控，而球形旋塞13或驱动轴14的实际位置却不被监控。这种限制可导致故障被隐藏的可能性。因此，有可能致动器11的位置被检测且传输到驾驶舱，而例如由于驱动轴11的未检测到的故障，球形旋塞13却不处于相应的位置。这些隐藏的故障，其中包括驱动轴11的故障，可能影响飞机的可操作性，因此需要定期安排检修操作，检查阀是否功能良好，这可能给经营的航空公司造成麻烦。
一个解决方案是在球形旋塞13上增加位置传感器。但是，这些传感器的使用导致在燃油箱中引入缆线，缆线在燃油箱中的引入可导致短路的危险。
专利申请US2003193310和US2005156550、日本专利JP7280705和JP1121733以及日本专利申请JP19930349329描述了使用专用微处理器的不同装置，微处理器联接到位置传感器，位置传感器或者布置在电机内，或者布置在驱动轴14上或与之紧靠。这些解决方案显得复杂，其缺陷是要增加传感器的数量，尤其是靠近燃油箱的它们的相关电源的数量。
【发明内容】
本发明提出一种阀及其运行期间阀的运行的诊断方法，用于检测所述阀上的故障。
飞机的燃油管路阀在一个阀体上具有一个旋塞，其适于连接于燃油供给管道，所述旋塞围绕一个旋转轴线可在所述阀体中转动，且与一个驱动轴的一个第一端部相连，所述驱动轴由一个电动致动器驱动转动。旋塞具有一个通孔，其轴线基本垂直于旋转轴线，旋塞在其转动范围的两端具有两个稳定位置，如：
-在旋塞的一个第一位置，称为开启位置，孔的轴线定向使燃油可流入管道，
-在旋塞的一个第二位置，称为关闭位置，孔的轴线定向阻止燃油流入管道。
根据本发明，阀具有：
-扭矩产生装置，其定位在与旋塞相连的一个副轴的一端，所述扭矩产生装置根据旋塞在阀体中的位置在驱动轴上产生可变化的扭矩，并适于增大由致动器引起的电流，
-位置检测装置，其定位在驱动轴地与第一端部相对的第二端部，适于发出所述驱动轴的位置特征信号。
有利地，扭矩产生装置和位置检测装置的定位使得，当从开启位置过渡到关闭位置时，扭矩在关闭位置的检测之前增大，当从关闭位置过渡到开启位置时，扭矩在开启位置的检测之前增大。
扭矩产生装置直至在转动范围两端的附近才产生显著的扭矩，并且从每个端部附近直到相应的端部产生逐渐增大的扭矩。
在本发明的一个实施例中，扭矩产生装置具有：
-一个盘形件，在自由端一侧与副轴相连，具有至少一个凸出件，
-两个止动件，定位在阀体上，布置成当旋塞基本位于开启位置前时，至少一个凸出件与一个止动件接触，当旋塞基本位于关闭位置前时，至少一个凸出件与第二个止动件接触。
在本发明的另一个实施例中，扭矩产生装置具有：
-一个盘形件，在自由端一侧与副轴相连，具有至少一个凸出件，
-一个止动件，定位在阀体上，布置成当旋塞基本位于开启位置前时，至少一个凸出件与所述止动件的一个第一侧面接触，当旋塞基本位于关闭位置前时，至少一个凸出件与所述止动件的一个第二侧面接触。
有利地，位置检测装置产生至少一个开启位置的特征信号和至少一个关闭位置的特征信号。
在本发明的一个实施例中，位置检测装置具有：
-一个凸轮，在第二端部一侧与驱动轴相连，具有至少一个凸出件，
-至少一个在凸出件附近敏感的位置检测器，布置在转动范围的每端，
使得至少一个位置检测器在凸出件的作用下改变状态。
在本发明的另一个实施例中，位置检测装置在转动范围的每端具有至少两个位置检测器，其定位成当从开启位置过渡到关闭位置时，第一位置检测器在第二位置检测器之前发出所述驱动轴位置的特征信号，当从关闭位置过渡到开启位置时，第一位置检测器在第二位置检测器之前发出所述驱动轴位置的特征信号。
本发明还涉及燃油管路的一个阀在运行中的运行诊断方法，其中，发送到致动器用于使旋塞转动的控制信号与扭矩产生装置和位置检测装置产生的信号的一致性被检查，或者检测到不一致性。
本发明还涉及实施所述方法的装置。该装置具有：
-控制部件，适于控制电动致动器的转动，且记录扭矩产生装置和位置检测装置所产生的信号，
-供电部件，适于提供致动器所需的电流，
-电流控制部件，适于测量电流强度，且分析由致动器引起的电流，
-维护装置，适于在阀发生故障的情况下产生警报信息。
【附图说明】
下面参照附图详细描述本发明，附图如下：
图1是现有技术的燃油阀的剖视图；
图2是本发明的燃油阀的剖视图；
图3是与燃油阀相关联的扭矩产生装置的俯视图；
图4是与燃油阀相关联的扭矩产生装置的分解图；
图5是与燃油阀相关联的位置检测装置的视图；
图6是方框图，示出具有本发明的燃油阀的故障检测装置。
【具体实施方式】
根据本发明，如图2所示，飞机燃油管路的燃油阀1具有一个致动器11，其由至少一个与一个减速器联接的电机12驱动。机动致动器11旋转驱动一个驱动轴14，驱动轴密封地穿过一个燃油箱的壁进入到箱内。驱动轴14在第一端部143驱动一个球形旋塞13。
球形旋塞13与一个副轴131相连，且插入到燃油阀体16中，副轴131朝所述阀体外部突出。球形旋塞13和副轴131围绕一个轴线132转动连接地安装在阀体16内。
本发明涉及一个球形旋塞13的情况。这种选择不是限制性的，实际上，旋塞可具有任何其它形状，只要其具有围绕轴线132的一个回转面，例如圆柱形形状。
阀体16具有两个基本呈圆柱形的开口端161，其直径基本小于球形旋塞13的直径，燃油供给管道17固定在其上。两端161基本对齐，其轴线171基本垂直于轴线132。
球形旋塞13具有一个通孔133，其轴线134基本垂直于轴线132。为了在两个供给管道17之间使燃油流动或不流动，球形旋塞13的孔133相对于所述两个供给管道17的定位通过球形旋塞13围绕轴线132的转动，在两个稳定位置之间进行：
-一个第一位置，称为开启位置，用于使燃油通过，在该位置，球形旋塞13的孔133的轴线134和供给管道17的轴线171基本同轴，
-一个第二位置，称为关闭位置，用于阻止燃油通过，在该位置，球形旋塞13的孔133的轴线134和供给管道17的轴线171基本垂直。
燃油阀1还具有扭矩产生装置18，如图3和4所示。
轴131在从阀体16外可触及的一端135具有一个表面136，其上安装一个盘形件181，其直径最好基本与轴131的表面相同。所述盘形件在一个外周表面182上具有至少一个凸出件183。
最好，所述至少一个凸出件183是盘形件181的一个外凸部分，构成一个部件。
在一个实施例中，所述至少一个凸出件183由一个截锥形件形成，通过大底与盘形件的外周表面相连。
有利地，盘形件181用弹性体材料制成，所述材料应当选自耐燃油的硬材料。
最好，盘形件181在整个或部分外周表面182上具有一个薄片，其覆盖所述外周表面，以提供耐磨表面。最好，薄片用金属材料制成。
盘形件181通过一个盖板185保持与副轴131相连。为避免所述盘形件和所述副轴之间的相对运动，盖板185具有锁紧件186，如锁紧槽或防转动装置。
盖板185和盘形件181通过一个固定件187固定于所述副轴。在图4所示的实施例中，固定件是一个螺母，与一个垫片188相连。所述螺母穿过盖板185和盘形件181，以接合在加工在轴131上的、与所述螺母相应的螺纹137中。
两个止动件189通过固定部件、例如螺钉固定于阀体16。
所述至少一个凸出件183对于盘形件181的一个给定角位置，与一个第一止动件189接触，对于盘形件181的另一给定角位置，与一个第二止动件189接触。
这两个止动件189布置成，当球形旋塞13处于开启位置时，盘形件181的所述至少一个凸出件183与第一止动件189接触，当球形旋塞13处于闭合位置时，第二凸出件183与第二止动件189接触。
在图3和4所示的实施形式中，为使止动件189相对于轴线132位于尽可能远的位置，盘形件181具有两个呈角度错开的凸出件，以获得同样效果。
最好，止动件189用强度大的材料、例如钢制成。
在一个实施例中，止动件189由圆柱体形成，其一个基部与阀体16相连。
盘形件181代表球形旋塞13的位置，其与驱动轴14相连。
当与球形旋塞13相连的副轴131由至少一个电机12驱动沿某一方向转动，以开启或者关闭所述球形旋塞时，盘形件181被同时旋转驱动，直至所述至少一个凸出件183与一个止动件189接触。由此产生一个阻力，表现为驱动轴14上的扭矩的增大。
因此，球形旋塞13的转动范围在每个端部由扭矩的增大来限定，扭矩的增大可由所述至少一个电机12引起的电流强度的增大来测量。
最好，扭矩的增大值足以形成清楚和可重复的浪涌电流，但是，应注意将驱动力矩限制在合理的数值，以便不会在致动器的减速器的齿处产生疲劳问题。
有利地，通过调节盘形件181的凸出件183的变形程度，可控制扭矩的变化。这种变形调节的实现例如是通过改变盘形件181的直径，或者改变止动件189和与球形旋塞13相连的副轴131之间的间隔。
在另一个实施例(未示出)中，一个单个的止动件189固定于阀体16，至少一个凸出件183对于盘形件181的一个给定角位置，与止动件189的一个第一侧面相接触，对于盘形件181的另一个给定角位置，与止动件189的一个第二侧面相接触。
燃油阀1还具有位置检测装置19，其定位在致动器11内，如图5所示。所述位置检测装置具有一个凸轮191，其在位于致动器11一侧的一个第二端部141处与驱动轴14相连，因此位于燃油箱的外部。
凸轮191在一个外周表面192上具有至少一个凸出件193，其对于凸轮191的一个给定角位置，作用于一个角位置检测器195，对于凸轮191的另一个给定角位置，作用于另一个角位置检测器195。
两个位置检测器195和凸轮191布置成，当球形旋塞13处于开启位置时，一个位置检测器195被启动，当球形旋塞13处于闭合位置时，另一个位置检测器195被启动。
在图5所示的一个实施例中，为使位置检测器195相对于轴线132位于尽可能远的位置，凸轮191具有两个呈角度错开的凸出件，以获得同样效果。
最好，凸出件193是凸轮191的外凸部分，构成同一个部件。
在一个实施方式中，凸出件193由截锥形部件形成，通过大底与凸轮191的外周表面192相连。
在一个实施例中，位置检测器195是接触传感器，例如开关，其一个操纵杆196与凸轮191的两个凸出件193之一相接触。
在另一个实施例中，位置检测器195是无接触传感器，例如霍尔效应传感器。
位置检测器195可提供汽化器的阀1的致动器11的位置的指示。
有利地，位置检测装置19具有第二位置检测器197，其位于每个位置检测器195附近。
第二位置检测器197具有双重作用。一方面，当位置检测器195失效时，所述第二位置检测器作为辅助装置，用于返回致动器11的位置特征信号。另一方面，当驱动轴14失效时，第二位置检测器197作为致动器转动范围超出的信号装置。
在另一个实施例中，第二位置检测器197是无接触传感器，例如霍尔效应传感器。由于没有接触，因此，第二位置检测器197更为可靠。
有利地，燃油阀结合在一个故障检测装置20中，如图6所示。所述装置具有控制部件21，适于通过供电部件22控制所述至少一个电机。
球形旋塞13的旋转运动响应由控制部件21产生的指令而启动，这是根据由其它系统(未示出)接收的信号，及/或通过可由机组成员启动的控制机构、例如位于飞机驾驶舱中的一个开关23。
当指令产生时，控制部件21通过一个数据总线24向供电部件22传输信号，所述供电部件通过供电缆29从一个配电网25向至少一个电机12提供电源电流。
至少一个电机12的起动带动致动器11的转动，驱动轴14沿受控方向基本转动四分之一圈，从而带动球形旋塞13从开启位置过渡到关闭位置，或者相反。
供电部件22还具有电流控制部件26，能够测定电流强度，且分析所述至少一个电机所引起的电流。
当电流控制部件26检测到的浪涌电流解释为扭矩产生装置18产生的扭矩的增大时，产生一个第一信号，称为至少一个电机的停止预信号。
在正常使用条件下，当控制部件21将球形旋塞13的定位控制在开启位置或关闭位置时，位于致动器11附近的至少一个电机12被供给一个电流。所述致动器带动驱动轴14转动，驱动轴1再驱动球形旋塞13转动，球形旋塞13与扭矩产生装置18相连。球形旋塞13转动，直至盘形件181的至少一个凸出件183与一个止动件189接触。该接触件形成阻止球形旋塞转动的阻力，导致驱动轴14上的扭矩增大，表现为由该至少一个电机12所引起的一个浪涌电流。当检测到浪涌电流时，控制部件21产生所述至少一个电机的停止预信号。保持被供电的至少一个电机12始终驱动驱动轴14，直至位置检测装置19的凸轮191的至少一个凸出件193启动一个位置检测器195。这样，一个第二信号，称为至少一个电机12的断电信号发送到切断所述至少一个电机12供电的控制部件21，从而停止驱动轴14的旋转驱动，并根据控制部件21产生的指令，使球形旋塞13或处于开启位置或处于关闭位置。
通过对燃油阀1的正常运行的分析可以得出，与解释为扭矩产生装置18产生的扭矩的增大的浪涌电流相关的、及与位置检测装置19产生的位置检测器的状态相关的信号，符合前述的精确逻辑。
这种燃油阀1的主要故障是：
-球形旋塞13卡住，
-驱动轴14断裂，
-致动器11工作故障。
它们对所述信号的影响例如是与燃油阀1的正常运行相关的逻辑不再被遵循。
因此，从扭矩产生装置18和位置检测装置19产生的信号检测到的任何不一致由控制部件21记录，从中得到故障信息，然后由控制部件21通过数据总线24传输到监视器27。
在一个实施例中，维护人员用于识别故障所需的所有数据，包括例如哪个构件有故障、主要取决于燃油阀1临界状态的维修之前的可用时间，都储存在一个维护装置28中。
位置检测器195的故障
本发明的故障检测装置例如可通过第二位置检测器197检测位置检测器195的故障。
当检测到浪涌电流时，第一信号触发而驱动轴14继续转动。如果位置检测器195有故障，而不向控制部件21发送信号，驱动轴14继续转动一个附加角度部分，直至位置检测装置19的凸轮191的至少一个凸出件193由第二位置检测器197检测到。在这种情况下，所述第二位置检测器取代所述第一位置检测器，向控制部件21发送信号，切断所述至少一个电机12的供电。所述控制部件向维护装置28发送一个维护信息，例如“开关故障”，以便可进行有故障的位置检测器195的更换操作。对位置检测器195的这种故障的识别不会立即使飞机停机。因此，燃油阀1可保持工作，因为球形旋塞13转动良好，且第二位置检测器197暂时接替位置检测器195。
电机的故障
在另一种故障情况下，当控制部件21发出指令后，所述至少一个电机12未引起任何电流时，所述至少一个电机的供电被中断。这种故障解释为所述至少一个电机12的故障，维护操作被排入程序，以进行有故障的机动致动器11的更换。根据燃油阀的临界状态，维护操作以或长或短的期限排入程序。
轴承和/或减速器的故障
在另一种故障情况下，当从电流监视器26检测到周期性异常现象时，如果所述异常现象在驱动轴14每次驱动转动时重复出现，这些异常解释为在轴承和/或减速器处的故障征兆，例如减速器齿轮的损坏。
驱动轴处的故障
在另一种故障情况下，当未检测到任何浪涌电流而位置检测装置19发送一个切断供电信号时，这种不一致解释为驱动轴14处的异常。
没有扭矩的反馈表现为在电流监视器26处没有浪涌电流，这使得可以向控制部件21提供一个指示，即，致动器11如同由控制部件21控制那样进行枢转，但球形旋塞13停在前一个预控位置。
实际上，由于球形旋塞13不转动，扭矩产生装置18的盘形件181的至少一个凸出件183不与止动件189接合，因而，当致动器11接近控制部件21所控制的位置时，检测不到任何对运动的阻力。当没有扭矩反馈时，控制部件21检测不到断电信号，驱动轴14继续枢转，直至检测装置19的凸轮191的至少一个凸出件193与两个位置检测器195之一进行作用。在这些情况下，位置检测器195的启动视为一个第一辅助信号，一旦第二位置检测器197检测到至少一个凸出件193，所述至少一个电机12的供电就切断。然后，控制部件21向维护装置28传输一个信息，以防止球形旋塞13的运动损失，且安排立即的维护操作。这样，机组人员立即知道故障的性质，而驱动轴14的明确断裂意味着必须在下一次飞行之前更换阀。
阀的卡滞
在另一种故障情况下，当控制部件21记录到大的浪涌电流，但未收到任何由位置检测装置19给出的驱动轴14的位置指示，可认为出现异常，如由于在燃油供给管道17中存在冰而使球形旋塞13卡住或冻结。在这种情况下，显然，所述至少一个电机12施加一个扭矩，但驱动轴14不枢转。为了对故障进行区别，并从其它故障条件鉴别冰的存在，一种方法在于，在控制部件21中包含一种算法，适于在一非易失存储器中记录检测到的影响轴承或减速器或阀的其它实体部分的现象。这样，如果随后没有确认任何的机械故障，那么供给管道17中存在冰是阀卡住的最可能的原因。
在消除阀的卡住源于冰的存在的疑虑的方法中，有利地是进行球形旋塞13的交替运动的尝试。如果所述球形旋塞仍然不活动，则可确认冰的存在。另一种办法在于，当燃油温度达到不再有处于冰状态的水的温度时，对阀进行测试。如果这种动作可得到结论，则将事件记录到维护装置28的存储器中，并发送信息以启动维护操作，如检查所涉及的燃油箱中的排水。