CN109312666A - 用于涡轮机的起动器喷射器清除回路中的堵塞监测 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的燃料供应***(20)。该供应***(20)包括起动器回路(120)，至少一个第一液压阻力(124、136)和清除回路(130)。该清除回路(130)包括管道(131)，该管道(131)包括位于供应***(20)外部的开口(133)。该清除回路(130)配置成通过该第一液压阻力(124、136)使清除空气在起动器喷射器(126)和开口(133)之间流动。该供应***(20)包括用于测量压力代表值的装置(141)，该装置配置成测量当清除空气在起动器喷射器(126)和第一液压阻力(124、136)之间流动时起动器喷射器(126)和第一液压阻力(124、136)之间的压力代表值(Pm)。

Description

用于涡轮机的起动器喷射器清除回路中的堵塞监测
说明书
技术领域
本发明涉及用于飞行器涡轮机的燃料供应***。更准确地说，它涉及供应***内的堵塞监测。
背景技术
用于涡轮机的燃料供应***通常包括起动器回路和主回路。
以已知的方式，起动器回路仅在起动阶段期间供应燃料。一旦起动涡轮机，就清除起动器回路以避免燃料停滞。实际上，燃料停滞可能导致焦化，即固体碳沉积，这可能会堵塞供应***。
清除起动器回路的一种方法包括在起动阶段结束之后将起动器喷射器的供应管道与大气压下的空气连通。因此，由于来自压缩机出口的加压空气和大气压下的空气之间的压力差，喷射器和管道中存在的燃料被清除。这种现象被称为反向清除，因为清除空气在起动阶段期间以与燃料相反的方向循环。
尽管采取了这些预防措施，但在某些条件下，在起动器回路和回路清除中发生焦化，这导致供应***的部分或全部堵塞。
因此，需要监测起动器回路和/或清除回路的堵塞。
发明内容
本发明旨在至少部分地解决现有技术解决方案中遇到的问题。
在这方面，本发明的对象是一种用于涡轮机的燃料供应***。该供应***包括：
-包括至少一个起动器喷射器的起动器回路，
-至少一个第一液压阻力，和
-清除回路，其包括导管，该导管包括在该供应***外部开口的孔。该清除回路配置成通过该第一液压阻力在起动器喷射器和孔之间流动清除空气。
根据本发明，该供应***包括压力代表值测量装置，其配置成清除空气在起动器喷射器和第一液压阻力之间流动的期间，测量起动器喷射器和第一液压阻力之间的压力代表值。
因此，在这种堵塞导致涡轮机停机时间之前，压力代表值使得能够检测起动器回路和/或清除回路中的堵塞。
一旦检测到堵塞，就可以在包括供应***的涡轮机的停机时间之前进行所需的维护操作。这些维护操作包括例如擦洗和/或更换供应***的部件。
本发明可任选地包括彼此组合或不组合的一个或多个下列特征。
清除回路可以包括位于该第一液压阻力和该起动器喷射器之间的第二液压阻力。在这种情况下，测量装置配置成测量该第一液压阻力和该第二液压阻力之间的压力代表值。
根据特定实施方式，该第一液压阻力和/或该第二液压阻力包括阀、过滤器和/或限流器诸如清除导管收缩形式(shrinkage)。
根据有利的实施方式，该供应***包括堵塞监测设备，其被配置为将压力代表值与参考值进行比较。
有利地，该监测设备被配置为，如果该压力代表值与参考值之间的差值的绝对值超过第一阈值，则发信号通知堵塞信息。
根据一种有利的实施方式，该监测设备被配置为，如果出现以下情况则发信号通知位于该压力代表值的测量位置上游的清除回路的第一部分的堵塞信息：
-该压力代表值与该参考值之间的差值的相对值为负，并且
-该差值的相对值低于第二阈值。
根据另一种有利的实施方式，该监测设备被配置为，如果出现以下情况则发信号通知位于该压力代表值的测量位置下游的清除回路的第二部分的堵塞信息：
-该压力代表值与该参考值之间的差值的相对值为正，并且
-该差值的相对值高于第三阈值。
术语“上游”和“下游”在清除回路中相对于清除空气流动的方向限定。
优选地，清除回路是所谓的反向清除回路，即清除空气以与引发涡轮机中的燃烧的燃料相反的方向流动。因此清除空气更早地通过起动器喷射器，这特别可能是“焦化”的。
有利地，该供应***包括警报设备，起被配置为在由该监测设备发信号通知堵塞信息的情况下被触发。
本发明还涉及一种涡轮机，其包括如上限定的供应***。优选地，涡轮机是飞行器涡轮机，诸如涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机。
本发明还涉及一种用于监测如上限定的燃料供应***的堵塞的方法。
有利地，监测方法包括如果压力代表值和参考值之间的差值的绝对值超过第一阈值，则发信号通知堵塞信息的步骤，
其中，清除空气在起动器喷射器和第一液压阻力之间流动期间，测量起动器喷射器和第一液压阻力之间的压力代表值。
根据有利的实施方式，清除空气流出现在起动器喷射器到孔，通过第一液压阻力。
根据另一有利的实施方式，参考值是预先约定的。
或者，该参考值被确定为在涡轮机的至少一次先前飞行期间的至少一个压力代表值的函数，该涡轮机是飞行器涡轮机。
附图说明
通过阅读以纯粹说明性而非限制性目的给出的示例性实施方式的描述，将更好地理解本发明，参考附图，其中：
-图1是根据本发明优选实施方式的涡轮机的纵向剖面局部示意图；
-图2是根据本发明第一实施方式的用于涡轮机的燃料供应***的局部示意图；
-图3是根据本发明第二实施方式的用于涡轮机的燃料供应***的局部示意图；
-图4示出了根据本发明第一或第二实施方式的供应***中的堵塞检测方法的实施。
具体实施方式
不同附图中相同、相似或等同的部件具有相同的附图标记，以便于从一个图切换到另一个图。
图1表示涡轮螺旋桨发动机1，其部分地环形围绕动力涡轮机的轴线3。
考虑到轴线3的行进方向，从上游到下游，涡轮机1包括螺旋桨10、减速器12、壳体径向臂4、压缩机6、燃烧室7、高压涡轮机8和动力涡轮机9。
压缩机6、燃烧室7、高压涡轮机8和动力涡轮机9由壳体5包围。它们通常与壳体5一起共同限定主流13，主体流通过主流13沿与涡轮机的前进方向相反的方向流动。主体流的流动方向由箭头11表示。该方向也对应于使用中的涡轮机1的推力的方向。
在燃烧室7的出口处的气体推力使得压缩机6和涡轮机8和9绕动力涡轮机的轴线3旋转。动力涡轮机9绕其轴线3的旋转通过减速器12传递到螺旋桨10，以使其旋转。
图2表示用于燃烧室7的燃料供应***20。
供应***20包括上游回路21，该上游回路21包括分配导管23，该分配导管23通向节点A，用于将主回路110与起动器回路120分离。
分离节点A位于分配阀24处，该分配阀24配置成在主回路110和起动器回路120之间分配燃料。该分配阀24包括例如阀芯(未示出)以使在主回路110中的燃料压力等于起动器回路120中的燃料压力。
主回路110包括阀114，用于主喷射器113和主喷射器116的供应管道。这些主喷射器116向涡轮机1的燃烧室2供应处于稳态状态的燃料。
主回路110还包括液压阻力115，该液压阻力115包括过滤器、交换器和/或流量计。液压阻力115位于阀114和主喷射器116之间。
术语“液压阻力”在本文中用于限定，与电场类似，来自供应***的元件的入口和出口之间的流体压力差与通过该元件的流体流量的比率的大小，以及以这种大小为特征的元件。
起动器回路120包括入口导管121，入口导管121在其第一端处连接到分离节点A并且在其与第一端相对的第二端处连接到调节阀124。调节阀124流体连接到起动器喷射器126。
这些起动器喷射器126位于火花塞(未示出)附近，以便在燃烧室2中引发燃烧。它们与主喷射器116不同。一旦在涡轮机1中引发燃烧，起动器喷射器116被关闭，清除空气通过它们。
调节阀124包括第一出口和第二出口，第一出口通向用于供应起动器喷射器的导管123，第二出口通向清除回路130的清除导管131。
调节阀124包括可在第一打开位置和第二打开位置之间移动的闭合件，其中在第一打开位置释放第一出口，第二打开位置释放第二出口。
当闭合件处于第一打开位置时，它使燃料从入口导管121朝向起动器喷射器126流向第一出口。它防止空气或燃料在起动器喷射器126和清除导管131之间循环。
当闭合件处于第二打开位置时，它使清除空气在起动器喷射器126和清除导管131之间循环。它防止燃料从入口导管121流到起动器喷射器126。
调节阀124是电控制的。闭合件位置由涡轮机1的电子调节***150通过第一电子调节模块151和螺线管127控制。
电子调节***150也称为“FADEC”或“全权数字发动机控制(Full AuthorityDigital Engine Control)”。传统上，该电子调节***150包括具有两个全权冗余对称方式的发动机计算器。
清除回路130包括用于从压缩机6、起动器喷射器126、调节阀124和限流器136喷射热压缩空气的装置。
起动器喷射器126、调节阀124以及用于供应起动器喷射器的导管123对于起动器回路120和清除回路130是共用的。
清除回路130还包括清除导管131，清除导管131通向调节阀124的第二出口。清除导管131和限流器136对于清除回路130是特定的。
清除导管131包括孔133，孔133在供应***20的外部开口。孔133位于清除导管的端部，该端部与通向调节阀124的端部相对。
限流器136采用例如清除导管131的收缩的形式。它在调节阀124失效的情况下限制燃料泄漏。
空气喷射装置在起动器喷射器126处从压缩机6喷射空气并且朝向限流器136。
因此，清除回路130是所谓的“反向”清除回路，即清除空气以与燃料相反的方向流动，燃料引发涡轮机中的燃烧。
在本文中，除非另有说明，术语“上游”和“下游”是参考清除回路130，相对于清除空气的流动方向。
清除空气从压缩机6流过起动器喷射器126、导管123，导管123用于连续地供给起动器喷射器、调节阀124、限流器136和清除导管131的孔133。
孔133处的空气处于压力P0，该压力是环境空气的压力。它低于来自位于起动器喷射器126处的压缩机6的空气P3。
供应***20还包括压力传感器141，其起到压力代表值测量装置的作用。压力代表值Pm是压力测量值。
压力传感器141测量导管123中在图2中由第一测量节点B所示位置的压力，导管123用于供应起动器喷射器126。该第一测量节点B位于起动器喷射器126和调节阀124之间，调节阀124是用于清除空气的液压阻力。
起动器喷射器126相对于清除回路130中的清除空气流位于第一测量节点B的上游。因此，它们形成清除回路130的上游部分132。
调节阀124和限流器126相对于清除回路130中的清除空气流位于第一测量节点B的下游。它们形成清除回路130的下游部分134。
参考图3，第二实施方式与第一实施方式的区别在于压力代表值Pm的测量位置。
在第二实施方式中，压力传感器141测量清除导管131中的限流器136和调节阀124之间的由图3中的第二测量节点C表示的位置处的压力。
限流器136起第一液压阻力的作用，调节阀124起第二液压阻力的作用。由此在该第一液压阻力和该第二液压阻力之间测量压力代表值Pm。
起动器喷射器126和调节阀124相对于清除回路130中的清除空气流动在第二测量节点C的上游。因此，它们形成清除回路130的上游部分132。
限流器136相对于清除回路130中的清除空气流动在第二测量节点C的下游。它形成清除回路130的下游部分134。
在第一和第二实施方式中，由压力传感器141发射的信号被传输到第二电子控制模块152和被传输到电子调节***150。
第二控制模块152和电子调节***150包括存储器和用于处理压力代表值Pm的装置。
它们形成监测设备150，用于监测供应***20的堵塞，特别是清除回路130。监测设备150用于向警报设备154发信号通知堵塞信息。
堵塞信息表示供应***20中的堵塞开始和/或表示以预定数量的飞行由于堵塞导致涡轮机1处于停机状态的统计上显著的风险。
在由监测设备150发信号通知堵塞信息的情况下触发警报设备154。警报设备154发出光、触觉和/或声音警报，以便及时向飞行员和/或维护操作员通知堵塞风险。
用于监测供应***20堵塞的方法，特别是在图4中示出的清除回路130。
在测量步骤202中，首先在供应***中，在第一节点B和/或第二节点C处测量压力代表值Pm。测量步骤202在清除空气从起动器喷射器126流动通过调节阀124和限流器136到孔133期间进行。
然后，监测设备150在比较步骤204中将压力代表值Pm与参考值Pref进行比较。
参考值Pref是预先约定的，或者它对应于压力代表值Pm的旧的、可能是平均的值。
当预先约定时，参考值Pref对应于用于供应起动器喷射器的导管123中的压力标称值。
当它被确定为供应导管123中的压力变化的函数时，参考值Pref设定为涡轮机1的至少一次先前飞行期间至少一个压力代表值Pm。
然后，在步骤207中，如果压力代表值Pm与参考值Pref之间的差值ε足够高，则监测设备150发信号通知堵塞信息。
如果压力代表值Pm与参考值Pref之间的差值ε的绝对值超过第一阈值S1，则监测设备150发信号通知堵塞信息。这种情况称为“第一条件”。
监测设备150不必计算差值ε的绝对值，以检查第一条件。例如，计算压力代表值Pm与参考值Pref之间的差值ε的相对值就足够了。
在步骤209中，监测设备150通过与参考值Pref的比较来检查是否检测到压力代表值Pm的显著降低。该条件被称为“第二条件”。
第二个条件相当于检查：
-压力代表值Pm与参考值Pref之间的差值ε的相对值是否为负，并且
-差值ε的相对值是否低于第二阈值S2。
在第一和第二实施方式中，第二阈值S2具有与第一阈值S1的值相反的值。
在步骤209中，监测设备150还通过与参考值Pref的比较来检查是否检测到压力代表值Pm的显著增加。该条件被称为“第三条件”。
第三个条件相当于检查：
-压力代表值Pm与参考值Pref之间的差值ε的相对值是否为正，并且
-差值ε的相对值是否高于第三阈值S3。
在第一和第二实施方式中，第三阈值S3等于第一阈值S1的阈值。
由于阈值S1、S2和S3的绝对值相同，因此可以在检查第一条件的同时检查第二条件和第三条件。换句话说，步骤207和209可以是相同的。
当满足第二条件时，监测设备150已经注意到压力代表值Pm的显著降低。因此，它发出一条清除回路的上游部分132的堵塞信息，其是压力代表值Pm的测量位置相对于清除空气流的上游。
在步骤210中并且参考第一实施方式，警报设备154向飞行员和/或维护操作员警告起动器喷射器126的堵塞风险。
在步骤210中并且参考第二实施方式，警报设备154向飞行员和/或维护操作员警告起动器喷射器126和/或调节阀124的堵塞风险。
当满足第三条件时，监测设备150已经注意到压力代表值Pm的显著增加。然后，它发出清除回路的下游部分134的堵塞信息，其是压力代表值Pm的测量位置相对于清除空气流的下游。
在步骤212中并且参考第一实施方式，警报设备154向飞行员和/或维护操作员警告调节阀124和/或限流器136的堵塞风险。
在步骤212中并且参考第二实施方式，警报设备154向飞行员和/或维护操作员警告限流器136的堵塞风险。
当然，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对刚刚描述的本发明进行各种修改。
限流器136是液压阻力，其可以采用不同的形式。
除压力传感器之外或代替压力传感器，压力代表值测量装置141可包括温度传感器。因此，压力代表值Pm是温度测量值。在这种情况下，使用空气状态方程从该温度测量值确定测量节点B和/或C处的压力。
供应***20可以在第一测量节点B和第二测量节点C处都测量压力代表值Pm。在这种情况下，监测设备150使得调节阀124的堵塞风险能够更好地辨别于喷射器126的堵塞风险和限流器136的堵塞风险。
压力代表值Pm优选地在清除回路130中的限流器136的上游测量，以使堵塞检测更容易。
第二阈值S2和/或第三阈值S3可以具有与第一阈值S1相反的值和与第一阈值S1相反的值，特别是如果压力传感器141更容易检测到压力增加或压力减小，反之亦然。
在图2和3中所示的实施方式包括具有所谓的“反向”清除的清除回路130，但是当然，清除空气可以在清除回路130中沿另一个方向循环。燃料和清除空气由此在清除回路130中和在起动回路120中以相同的方向循环。
因此，清除空气将连续地从压缩机6流过孔133、限流器136、调节阀124和起动器喷射器126。
在这样的配置中，上游132和下游134部分将相对于节点B和/或C进行交换，以测量压力代表值。
当在第一节点B处进行测量之后满足第二条件时，警报设备154在步骤210中向飞行员和/或维护操作员警告限流器136和/或调节阀124的堵塞风险。
当在第二节点C处进行测量之后满足第二条件时，警报设备154在步骤210中向飞行员和/或维护操作员警告限流器的堵塞风险。
当在第一节点B处进行测量之后满足第三条件时，警报设备154在步骤212中向飞行员和/或维护操作员警告起动器喷射器126的堵塞风险。
当在第二节点C处进行测量之后满足第三条件时，警报设备154在步骤212中向飞行员和/或维护操作员警告调节阀和/或起动器喷射器126的堵塞风险。

Claims (11)

1.一种用于涡轮机(1)的燃料供应***(20)，该燃料供应***包括：
起动器回路(120)，其包括至少一个起动器喷射器(126)，
至少一个第一液压阻力(124、136)，
清除回路(130)，其包括导管(131)，该导管(131)包括在该燃料供应***(20)外部开口的孔(133)，
其中清除回路(130)配置成通过该第一液压阻力(124、136)在起动器喷射器(126)和孔(133)之间流动清除空气，
其特征在于，该燃料供应***(20)包括压力代表值测量装置(141)，该压力代表值测量装置配置成测量清除空气在起动器喷射器(126)和第一液压阻力(124、136)之间流动期间起动器喷射器(126)和第一液压阻力(124、136)之间的压力代表值(Pm)。
2.根据前述权利要求所述的供应***(20)，其中该清除回路(130)包括位于该第一液压阻力(136)和该起动器喷射器(126)之间的第二液压阻力(124)，
其中测量装置(141)配置成测量该第一液压阻力(136)和该第二液压阻力(124)之间的压力代表值(Pm)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的供应***(20)，其中，该第一液压阻力(136)和/或该第二液压阻力(124)包括阀、过滤器和/或限流器，诸如清除导管收缩形式。
4.根据前述权利要求中任一项所述的供应***(20)，该供应***包括堵塞监测设备(150)，该堵塞监测设备被配置为将压力代表值(Pm)与参考值(Pref)进行比较。
5.根据前一权利要求所述的供应***(20)，其中，该监测设备(150)被配置为，如果该压力代表值(Pm)与参考值(Pref)之间的差值(ε)的绝对值超过第一阈值(S1)，则发信号通知堵塞信息。
6.根据权利要求4和5中任一项所述的供应***(20)，其中，如果出现以下情况则该监测设备(150)被配置为发信号通知位于该压力代表值(Pm)的测量位置上游的该清除回路的第一部分(132)的堵塞信息：
该压力代表值(Pm)与该参考值(Pref)之间的差值(ε)的相对值为负以及，
该差值(ε)的相对值低于第二阈值(S2)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的供应***(20)，其中，如果出现以下情况则该监测设备(150)被配置为发信号通知位于该压力代表值(Pm)的测量位置下游的该清除回路(130)的第二部分的堵塞信息：
该压力代表值(Pm)与该参考值(Pref)之间的差值(ε)的相对值为正以及，
该差值(ε)的相对值高于第三阈值(S3)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的供应***(20)，该供应***包括警报设备(154)，该警报设备被配置为在由该监测设备(150)发信号通知堵塞信息的情况下被触发。
9.一种用于监测根据权利要求5至8中任一项所述的燃料供应***(20)的堵塞的方法，
其特征在于，所述方法包括如果压力代表值(Pm)和参考值(Pref)之间的差值(ε)的绝对值超过第一阈值(S1)，则发信号通知堵塞信息的步骤(210、212)，
其中，清除空气在起动器喷射器(126)和第一液压阻力(124、136)之间的流动期间，测量起动器喷射器(126)和第一液压阻力(124、136)之间的压力代表值(Pm)。
10.根据前述权利要求所述的监测方法，其中，通过该第一液压阻力(124、136)，该清除空气流发生自该起动器喷射器(126)到该孔(133)。
11.根据权利要求9和10中任一项所述的监测方法，其中，该参考值(Pref)是预先约定的，或者其中该参考值(Pref)被确定为在涡轮机(1)的至少一次先前飞行期间的至少一个压力代表值(Pm)的函数，该涡轮机是飞行器涡轮机。
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