CN101128661A - 以调节燃料流速向燃气轮发动机供应燃料的装置 - Google Patents

以调节燃料流速向燃气轮发动机供应燃料的装置 Download PDF

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Abstract

一种供料装置，包括：燃料管(126)，以非调节压力接收由泵(100)所输送的燃料；管(126)中的燃料流速测量装置(122)；第一控制可变阻阀(124)，置于供应管中；第一控制***，连接在流速测量装置和第一阀上，以便控制阀在发动机的正常操作条件下以预期流速将燃料输送给发动机；第二控制可变阻阀(134)，与第一阀串联设置在供应管中；和用于控制第二阀的装置，响应检测的发动机过速或过推，以可调节的、减小的流速向发动机提供燃料。

Description

以调节燃料流速向燃气轮发动机供应燃料的装置
技术领域
本发明涉及一种以调节流速向发动机、特别是飞机燃气轮发动机供应燃料的装置。
背景技术
一种向燃气轮发动机供应燃料的装置，通常包括由发动机通过连接到发动机轴上的副齿轮箱驱动的容积泵。容积泵接收来自飞机燃料回路中的燃料。电动-液压控制计量阀安装在连接容积泵出口到发动机机燃烧室的供应管中。带有可控变化气阻旁通阀的燃料回路连接在容积泵的出口与入口之间。液压控制旁通阀以将通过计量阀的水头损失保持为常数或大致的常数，从而使被传送的燃料保持与计量阀相应位置所要求的流速。在供应管中，可以与计量阀串联或并联设置发动机过速阀或过推阀(over-thrust valve)，以便根据所检测到由于计量阀或其控制的失效而可能产生的过量速度或推力，来减小燃料的流速。切断阀通常与计量阀和过速阀串联设置，以根据驾驶舱的直接命令中断燃料供应以关闭发动机。可特别参考专利文献EP1355054和US 2004/0117102。
在文献EP 1355054的实施方式中，过速阀或过推阀具有两种操作状态：正常条件下完全打开的状态、以及预期更大气阻的状态以响应检测到的过速或过推。这种配置存在缺陷，在已经检测到过速或过推之后，损失发动机的推力，或者强加在某种操作条件下发动机可能不能接受的对比体积的燃料流速。
文献EP 0377292中描述了一种向燃气轮供应燃料的装置。通过正常条件下调节流速的压缩机来输送燃料(压缩气体)。两个阀串联安装在气体压缩机与涡轮喷射器之间。这些阀在正常条件下处于完全打开位置以避免水头损失，而在瞬变条件下(在起动时)或者在突发的超载情况下处于受控状态以分别调节压力和减小的流速。
在文献US 1280323中描述了一种向燃气轮供应燃料的装置，其包括串联连接的过速阀和调节阀。增大泵输送燃料的压力以便即使在低温(起动)时具有较大粘度的燃料也能使涡轮喷射器保持预定压力。这种操作是设计与相关关系相匹配的一种简单类型，并且不带有调节环。
发明内容
本发明的目的在于提供一种向燃气轮发动机供应燃料的供料装置，该装置具有改良的操作，为此本发明提供一种装置，包括：
用于将燃料供应给发动机的管；
泵，连接到所述供应管上，并以随着发动机速度而变化的压力向供应管输送燃料；
流速测量装置，用于测量所述供应管中的燃料流速；
第一控制可变阻阀，连接在所述供应管中；
第一控制回路，连接在所述流速测量装置和所述第一阀上，以便控制所述阀在发动机的正常操作条件下输送调节的预期燃料流速；
第二控制可变阻阀，与所述第一阀串联设置在所述供应管中；和
第二控制回路，连接在所述第二阀上以减小所述供应管中的燃料流速以响应所检测的发动机过速或过推，同时保护用来调节流速的能力。
因而，所述第一阀调节发动机在正常操作模式下的燃料流速，而所述第二阀或过速阀，可以取所述代第一阀，并且在已经检测到过速之后能够继续提供流速调节。
所述流速测量装置可以是质量流量计，所述控制***可以包括局部伺服控制回路，从发动机的自动调节***接收质量流速的给定值。
在一种变型中，所述流速测量装置是体积流量计。
在另一个变型中，所述流速测量装置是在已知压降和通过测量装置的流动部分的基础上来测量流速的装置。
根据调节装置的特定特征，所述第一阀是电子控制的直接控制阀。所述第一控制回路包括至少一个机电致动器，用于控制所述第一阀的打开程度，伺服控制环接收由流速测量装置输送的信号和代表实际燃料流速的特征，接收代表预期燃料流速特征的给定信号，并将控制信号输送给致动器，作为所检测到的实际流速与预期流速之间差值的函数。所述伺服控制环是***在所述第一阀附近，所述发动机的电子调节***外面的环，提供给定信号。所述机械致动器能够在起动发动机时预设，所述阀包括槽，槽由泵与在起动时输送的压力特性共同工作，以便在起动时伺服控制燃料流速。
所述第二阀也是直接控制阀，利用至少一个机电致动器进行电控。
还设有用于中断燃料流的第三阀，与所述第一和第二阀串联设置在所述供应管中。
附图说明
通过阅读下面利用非限定性标记的描述并参考附图，本发明将更加显而易见，其中：
图1是根据本发明的装配有调节器电路的燃料供应装置的一个实施方式；和
图2和图3是图1中调节器电路变型实施方式的局部电路图。
具体实施方式
图1中的燃料供应回路10，接收来自飞机燃料回路10中的燃料并将燃料流输送给喷射***12，喷射***12用于将燃料喷入到飞机发动机14的燃气轮燃烧室中。
回路10包括构成回路主泵的离心泵100。泵100具有连接到燃料回路11上的入口100a，和高压出口100b，以随着泵转速而变化的压力输送燃料。泵由与发动机14的辅助驱动模块16的机械连接来驱动，并连接到其涡轮上。
辅助泵单元110包括正排量泵112，具有连接到离心泵100出口上的入口112a，用于在电控回路115的控制下驱动泵112的电动机114，和减压阀116。
举例来说，泵112为齿轮泵。过滤器118可安装在泵100的出口100b与泵112的入口112a之间，使泵112免受可能由来自回路11中的燃料所携带的固体颗粒的影响。离心泵100的操作不受这些颗粒的影响。
电控回路115连接到全权限数字电子控制(Full Authority Digital Engine Control，FADEC)模块15，用于控制发动机14以便控制泵112的操作。控制回路115还可以一体置于调节模块15中。
减压阀116具有连接到泵112的出口112b上的第一入口116a、连接到飞机燃料回路上并且为阀116提供参考压力的第二入口116b，和连接泵112的入口112a的出口116c。调节减压阀以便在入口116a与116b之间的压力差超过预定阈值时打开并使第一入口116a与出口116b连通。为制成阀116，可以使用滑动器117，其一端通过卸压口116d受到泵112的出口压力，另一端受到第二入口116b的压力以及弹簧所施加的外力。
离心泵100的出口100b通过止回阀102连接到回路120的入口，用于调节输送到燃料喷射***12中的燃料的流速，而泵112的出口112b连接调节回路120的入口。
具体操作如下：
将减压阀116设置成在与规定最小压力Pm，即满足发动机14起动时的最小燃料需求相对应的压力下打开。
正排量泵112起动并以超过调节***120所设定的发动机14初始需要的速率来输送燃料的适宜速率被驱动，以使泵112的出口112b处的压力几乎立即达到最小压力Pm，从而使减压阀116打开。离心泵的出口100b的压力在发动机14起动时开始增大，但是不会开始就能满足燃料压力要求。泵112的出口112b处的压力然后被设置成压力值Pm，由泵112供应的不输送给喷射回路12的燃料，然后通过阀116在泵112的出口和入口之间的闭合回路中流动。止回阀102防止由泵112所输送的燃料返回到离心泵100中。
泵单元110因而提供起动时的辅助功能，阀116使正排量泵112转换成在压力下以与离心泵相同的方式输送燃料的泵。然而，与离心泵的情况不同，正排量泵112的操作不受燃料中从回路11中带来的气体或蒸汽的影响。
泵100出口处的压力随着发动机速度的增大而增大，并且当所述压力超过值Pm时，止回阀102打开。提供给流速调节器电路100的压力是由离心泵100提供的。
包括泵100、泵单元110和止回阀102的该组件，起到与在泵112与100之间可以获得较占优势转换的泵送***相同的作用，输送给调节器电路的燃料的压力大于从泵112和100的出口平行输送的压力。
一旦泵100已取代泵112，则泵112可以停止。可以通过对压力阈值P1超过泵100出口的压力进行响应，或者通过对超出发动机14的速度阈值V1进行响应来控制停止。这样可以通过作用在电控回路115上的电子调节模块15进行控制，以响应由燃料压力传感器或者由用来感应发动机14的涡轮速度的传感器所提供的信息。可以选择与比Pm稍大的值相对应的值来选择阈值P1和V1。
应该注意到泵单元110不仅可以在起动时使用，还可以在发动机操作的其它阶段，例如空载或在离心泵100开始不能在最小压力Pm下输送燃料的情况下慢速操作时使用。在燃料压力被检测到低于确定压力阈值时或者发动机速度被检测到低于确定速度阈值时，泵单元110有能力通过控制回路115重新起动发动机114。
而泵单元110不仅起到起动时辅助单元的作用，还作为在发动机低速时的辅助单元以确保在任何条件下提供燃料的最小压力是足够的。
在所示的实施方式中，泵112通过相对于起动泵112是“透明”的离心泵，连接到燃料回路11。这种连接使泵112可以在泵100一开始被驱动时就产生的压力的增大中受益。
自然地，也可以不通过离心泵100，通过过滤器将泵112的入口112a连接到燃料回路11上。
用于调节燃料流速的调节器电路120，接收泵100在没有被调节且依赖于发动机速度的压力下输送的燃料。其包括置于将泵100与辅助泵单元110连接到燃料喷射装置12上的管126中的质量流量计122和直接控制燃料阀124。流量计122优选地安装在阀124的上游侧。热颗粒过滤器(heat particle filter)130和在用于润滑发动机部件的润滑油与燃料之间进行热交换的换热器回路128，都可以被***到流量计120上游的管110中，这种换热器电路和过滤器众所周知。
举例来说，阀124是电控的直接控制阀。利用像致动器或电动机等机电致动器125来控制阀被打开的程度。致动器125接收来自发动机14电路的电源，例如来自发动机的电子调节***15中的电源，或者来自发动机14电源总线的电源。出于备用的目的，可以设置平行操作的两个相似致动器125、125’。
从发动机电路供给的局部伺服控制环132，接收由质量流量计122输送的电信号和管126中燃料的实际质量流速的特征，和由发动机的电子调节模块15输送的电信号和用于输送给发动机14的质量流速的预期给定值的特征。伺服控制环132将控制电信号输送给致动器125，其依赖于在实际与给定值质量流速之间检测到的差值以布置阀124，以便在发动机的正常操作条件下以预期给定值调节流速。如果存在，相同的控制信号被平行地输送到致动器125’。
自然地，可以由发动机14的自动调节***15中的电子模块进行调节。使用所述***壳体外部的局部环132来避免在后者与流量计122之间的连接。
阀124可以是美国专利号6 367 768中所述类型的阀，其操作包括预置致动器的模式。致动器包括位置测量(绝对直接位置或增量位置)，该阀具有规定轮廓的槽。在以预设方式起动发动机时调节流速，可以通过与由带有减压阀116的泵送单元110输送的流速特征相关联而得到。可以利用流量计以备用方式调节流速，以便在流量计的技术不合格的情况下也能在低速时进行有效调节。
发动机14的过速或过推安全阀134安装在位于阀124下游的管126中。有利地，可以以与阀124和致动器125相似的方式使用带有机电致动器135的直接控制阀。出于安全的原因，发动机14的自动调节***15通过与利用阀124进行调节的模块不同的模块来控制致动器135。实际上，由于阀124或其控制装置的失效可能会产生发动机过速或过推，使阀处于完全打开的状态(正确？)。为了备用，可设置两个平行操作的相似致动器135、135’。
以正常的发动机速度并依照给定值时，阀134处于最大开放位置，由阀124来控制流速。
发动机的电子调节模块15接收代表发动机速度特征的信息，例如代表高速涡轮旋转速度的特征的信息。在检测到过速(或者过推)状态，即速度超出速度给定值规定差值时，并且在不能通过作用在阀124来纠正时，控制阀134以减小管126中的燃料流速。
自动调节***15可以被设计成使阀134达到规定的部分闭合的位置，该位置是安全的且可以以低速供给燃料。使用阀134的直接控制阀的优势在于至少可以在减小的范围内通过调节燃料流速对发动机进行连续控制。作为规定的发动机速度的函数，这种调节可以通过自动调节***15进行。因而，当检测到过速时，阀134取代阀124，并继续允许流速至少在规定范围内进行变化。
与过速阀具有两种操作状态：即(i)完全打开；(ii)以规定减小量切断或打开，的现有***相比，在已经检测到过速或者过推之后调节流速可以保护发动机推力，并可以避免强加的减小流速在某种情况下可能不被发动机接受的情况。
开关型闭合阀136安装在例如阀134下游的管126中。可以通过机电致动器137来控制阀136。可以根据来自发动机的自动调节***15的指令或者来自飞机驾驶舱的优先指令，以已知方式激励闭合阀136，以便通过中断燃料供应来关闭发动机15。
同样以已知方式，测量质量流量计138可以设置在位于阀136下游的管126中，以提供关于发动机在燃料重量方面总消耗量的信息。
发动机的燃料需要以重量表示。使用质量流量计122因而可以在质量流速的给定值的基础上，在误差范围内精确地调节燃料供应。质量流量计可以是文献US2004/0123674和US 2004/0129088中所述的类型。
如图2所示，仍然可以使用体积流量计222来代替质量流量计。将由流量计222测量到的实际体积流速的相关信息传输给发动机14的自动调节***15。该***15被设计成从燃料密度的估计值转换成将发动机在给定体积流速方面的要求。然后由***15根据预期的给定值来控制直接控制阀124以伺服控制管126中的体积流速。
在另一个实施方式中，如图3所示，可以使用装置322，其可以在知道通过该装置322的压降ΔP、通过装置322的燃料的流动部分(flow section)和燃料的密度的基础上使流速被测量。由测量阀的位置的传感器(未示出)来确定流速，由弹簧通过传感器设定水头损失。
应该注意到装置322本身是已知的。可参考文献EP 1 344 917。装置322还可以具有在向飞机发动机提供燃料的已知***中所使用的液压计量阀类似的结构，例如文献EP 1 355 054所述的结构。
在上述描述中，预期使用电子控制阀124、134、136。但作为变型，也可以使用液压控制阀。
此外，上述供料装置也可使用在除燃气轮飞机发动机之外的其它航空发动机上，例如直升机发动机等。

Claims (10)

1.一种以调节流速向燃气轮发动机供应燃料的供料装置，所述装置包括：
用于将燃料供应给发动机的管；
泵，连接到所述供应管上，并以随着发动机速度而变化的压力向所述供应管输送燃料；
流速测量装置，用于测量所述供应管中的燃料流速；
第一控制可变阻阀，连接在所述供应管中；
第一控制回路，连接到所述流速测量装置和所述第一阀上，以便控制所述阀在发动机的正常操作条件下输送调节的预期燃料流速；
第二控制可变阻阀，与所述第一阀串联设置在所述供应管中；和
第二控制回路，连接在所述第二阀上以减小所述供应管中的燃料流速以响应所检测的发动机过速或过推，同时保护用来调节流速的能力。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述流速测量装置是质量流量计，所述控制***包括局部伺服控制电路，从发动机的自动调节***接收质量流速的给定值。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述流速测量装置是体积流量计。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述流速测量装置是在已知压降和通过所述测量装置的流动部分的基础上来测量流速的装置。
5.如权利要求1至4所述的任一种装置，其中所述第一阀是电子控制的直接控制阀。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述第一控制回路包括至少一个机电致动器，用于控制所述第一阀的打开程度，伺服控制环接收由所述流速测量装置输送的信号和代表实际燃料流速的特征，接收代表预期燃料流速特征的给定信号，并将控制信号输送给致动器，作为所检测到的实际流速与预期流速之间差值的函数。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述伺服控制环是局部地***在所述第一阀附近和所述发动机的电子调节***外面的环，提供给定信号。
8.如权利要求6或7所述的装置，其中所述机电致动器能够在起动发动机时预设，所述阀包括槽，所述槽与由泵在起动时输送的压力特性共同协作，以便在起动时伺服控制燃料流速。
9.如权利要求1至4所述的任一种装置，其中所述第二阀是直接控制阀，其由至少一个电子致动器电力地控制。
10.如权利要求1至9所述的任一种装置，其特征在于还包括切断、第三阀，其与所述第一和第二阀串联设置在所述供应管中。
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