用於渦輪機的不具有容積式泵的可變幾何體流體供給迴路的製作方法

2023-05-21 15:16:06 1

本發明總體涉及用於給渦輪機供給流體、尤其是供給潤滑劑或供給燃料的系統的技術領域。更準確地，本發明涉及一種用於給渦輪機的燃燒室和可變幾何體渦輪機供給流體的系統。

背景技術：

圖1示出根據現有技術的已知設計的用於給渦輪機1供給燃料的系統10。供給系統1包括低壓泵11，低壓泵構造成增大朝向水阻104流動的燃料的壓力。低壓泵11具體是離心泵。低壓泵11的下遊的流體隨後在高壓容積式泵102的方向上流動。

高壓容積式泵102用於以恆定流量給可變幾何體54供給迴路50和燃燒室2的燃料供給迴路60供給流體。

可變幾何體54供給迴路50設計成將燃料從將可變幾何體54供給迴路50與燃燒室2的燃料供給迴路分開的入口節點E傳輸至位於低壓泵11與高壓容積式泵102之間的出口節點C。該可變幾何體54供給迴路50用於給可變幾何體54供給可變的液力動力。

燃燒室2的燃料供給迴路60包括用於對燃料進行計量的裝置64，該對燃料進行計量的裝置構造成調節通過供給管道68並用於燃燒室2的噴射系統62的燃料的流量。為此，對燃料進行計量的裝置64用於允許過多量的燃料通過流體再循環環路610從位於入口節點E的下遊的第一節點A流動至出口節點C。

然而，在流體再循環環路610中流通的過多流體在供給系統10中產生大量的熱量消散。更通常地，消散於圖1的供給系統10中的熱能是高的。這導致包括供給系統10的渦輪機1的總體性能的下降。

技術實現要素：

本發明旨在至少部分地解決現有技術的方案中遇到的問題。

在這方面，本發明的目的在於具有一種給渦輪機供給流體的供給系統，所述供給系統包括上遊迴路和連接至所述上遊迴路的下遊迴路，

所述上遊迴路包括低壓泵送單元，所述低壓泵送單元用於增大朝向所述下遊迴路流動的流體的壓力並且所述低壓泵送單元包括第一離心泵，

所述下遊迴路在入口節點處劃分為供給用於燃燒室的噴射系統的迴路、和構造成將流體輸送至可變幾何體的另一供給迴路，其中，所述噴射系統的供給迴路包括高壓容積式泵。

根據本發明，所述低壓泵送單元缺少容積式泵並且包括與所述第一離心泵串聯的至少一個其他離心泵，

所述入口節點位於所述低壓泵送單元與所述高壓容積式泵之間，以及

所述可變幾何體供給迴路在出口節點處連接至所述上遊迴路，所述出口節點位於所述低壓泵送單元的兩個泵之間。

上遊迴路中的流體的壓力的增量用於供給可變幾何體供給迴路和噴射系統的供給迴路，而噴射系統的流體的流量和可變幾何體的液力壓力的需求通過用於藉助流體調節供給的架構單獨處理。具體地，可變幾何體不由高壓容積式泵供給流體。於是減小了消散於供給系統中的總的熱能。

多個離心泵用於進一步增大流動通過這些泵的流體的壓力，同時仍限制妨礙和低壓泵送單元的熱能的消散。由低壓泵送單元供給的動力的增量尤其大大地小於引起的由容積式泵供給的動力的下降。

供給系統中的流體具體是潤滑劑，通常是油或燃料。

可選地，本發明可以包括或不包括單獨的或組合在一起的以下特徵中的一個或若干個。

根據有利的實施例，出口節點位於低壓泵送單元的第二離心泵與第一離心泵之間。

優選地，低壓泵送單元由串聯的多個離心泵構成。優選地，低壓泵送單元包括三個、四個或五個離心泵。

根據實施例的特殊性特徵，高壓泵是構造成由渦輪機變速箱機械驅動的容積式齒輪泵。

優選地，變速箱傳輸由渦輪機的高壓軸傳輸的力矩，以機械地驅動高壓容積式泵。高壓容積式泵具體位於也稱為「輔助變速箱」或「AGB」的輔助繼電器箱的內部。高壓容積式泵則根據可靠且成熟的技術，其需要有限的力以用於開發和認證。

當高壓泵是容積式齒輪泵時，優選地，噴射系統的供給迴路包括用於對流體進行計量的裝置和噴射系統，其中，對流體進行計量的裝置構造成調節噴射系統的方向上的和/或流體的再循環環路的方向上的流量，流體的再循環環路構造成輸送高壓泵的上遊的流體。

流體的再循環環路具體構造成將來自計量裝置的流體輸送至位於低壓泵送單元與高壓泵之間的移除節點。移除節點例如將噴射系統的供給迴路連接至上遊迴路。

移除節點定位成儘可能地靠近高壓容積式泵的入口，以限制消散於流體的再循環環路中的熱能。然而，移除節點通常位於包括例如過濾器和/或流量計的水阻的上遊。

優選地，供給系統在低壓泵送單元與高壓泵之間包括水阻，其中，水阻包括以下元件中的至少一個：交換器、過濾器、截止閥或流量計。

根據實施例的另一特殊性特徵，所述高壓容積式泵是由用於調節所述渦輪機的電子系統控制的電動泵。

此外，使用電動容積式泵使得能夠限制質量、妨礙和消散於供給系統中的動力。更準確地，由電動容積式泵供給的相對低的動力使得無需增加渦輪機大量動力電子設備而能夠控制電動容積式泵。此外，再循環環路和計量裝置可以被供給系統抑制。最後，能夠調節由電動容積式泵輸送的流量，以限制與過多量的流體在供給系統中的循環關聯的熱損耗。

更優選地，電動容積式泵由全權限電子控制模塊經由電子控制模塊控制。全權限電子控制模塊、電子控制模塊和電動容積式泵則提供在燃燒室的方向上流動的流體的流量的控制。

在該構型中，更優選地，噴射系統的供給迴路缺少構造成調節噴射系統的方向上的流量的流體計量裝置。

根據另一有利實施例，可變幾何體供給迴路缺少容積式泵。

有利地，上遊迴路缺少容積式泵。

根據實施例的另一特殊性特徵，可變幾何體供給迴路包括可變幾何體(géométries variables)的至少一個液力致動器。

有利地，可變幾何體供給迴路包括含有一個或若干個離心泵的補充的泵送組。優選地，補充的泵送組由一個或若干個離心泵構成。

替代性地，可變幾何體供給迴路缺少泵。在該情況下，供給每個可變幾何體的流體的壓力最後由低壓泵送單元產生。

本發明還涉及一種渦輪機，該渦輪機包括諸如上文限定的供給流體的供給系統。

本發明還涉及一種渦輪機，該渦輪機包括差動變速箱，所述差動變速箱構造成驅動至少一個螺旋槳旋轉並且用於由諸如上文限定的供給系統供給潤滑劑。在該情況下，渦輪機是例如具有以「開式轉子」名稱公知的非管道式對轉螺旋槳組的渦輪機。

附圖說明

參照附圖，當閱讀以信息而非限制目的給出的實施方式的描述時，將更好地理解本發明，在附圖中：

-圖1是根據現有技術的已知設計的用於給航空器渦輪機供給燃料的系統的局部圖解示意圖；

-圖2是根據本發明的第一實施例的用於給渦輪機供給流體的系統的局部圖解示意圖；

-圖3是根據本發明的第二實施例的用於給渦輪機供給流體的系統的局部圖解示意圖；

-圖4是根據本發明的第三實施例的用於給渦輪機供給流體的系統的局部圖解示意圖。

具體實施方式

各附圖的相同、類似或等同的部件具有相同的附圖標記，以利於從一個附圖轉換至另一附圖。

圖2示出用於給航空器渦輪機1供給流體的系統10。在描述的實施例中，流體是燃料。然而，當渦輪機1包括構造成驅動至少一個螺旋槳旋轉的差動變速箱(未示出)時，流體還可以是潤滑劑，通常為油。

渦輪機1包括供給系統10、一個或若干可變幾何體54和燃燒室2。這些可變幾何體54是渦輪機1的需要攝取液力動力以便運行的設備。可變幾何體54可以是各種類型，例如，汽缸、伺服閥、可調節壓縮機放氣閥、瞬態壓縮機放氣閥、和/或用於在低壓渦輪或高壓渦輪的轉子葉片的頂部處控制遊隙的系統控制空氣流量的閥。

燃燒室2由與對應的燃料噴射系統62配合的多個燃料噴射器供給燃料。

供給系統10包括上遊迴路100和下遊迴路50、60。下遊迴路50、60連接至上遊迴路100並且位於上遊迴路100的下遊。術語「上遊」和「下遊」參照供給系統10中的流體在燃燒室2的方向上的總體流動方向而限定。

上遊迴路100包括低壓泵送單元101，該低壓泵送單元增大朝向下遊迴路50、60流動的燃料的壓力。低壓泵送單元101增大燃料的壓力，以限制/防止高壓泵102內部的空穴現象的風險，該高壓泵按照發動機轉速輸送恆定流量的燃料。

上遊迴路100可以包括如圖1中示出的水阻104，該水阻位於低壓泵送單元101與下遊迴路50、60之間或位於低壓泵送單元101的兩級之間。術語「水阻」用於在該文獻中通過類推電學領域而限定，由供給系統的元件的入口與出口之間的流體壓差在流動通過該元件的流體的流量上之間的關係產生的量級。通過轉喻並仍通過類推電學領域，術語「水阻」還用於指示供給系統的由該量級表徵的元件。上遊迴路100的水阻104包括例如交換器、燃料過濾器、截止閥和/或流量計。

下遊迴路50、60包括用於燃燒室2的噴射系統62的供給迴路60、和可變幾何體供給迴路50。可變幾何體供給迴路50和噴射系統62的供給迴路60在位於低壓泵送單元101的下遊處的入口節點E的級(niveau)處分開。

可變幾何體供給單元50構造成將穿過可變幾何體54的流體從入口節點E輸送至出口節點S，該出口節點將可變幾何體供給迴路50連接至上遊迴路100。

圖2至圖4示出的供給系統10可以與圖1的供給系統的區別主要在於：上遊迴路100缺少高壓容積式泵，低壓泵送單元101由多個離心泵110a、111a、111b構成，下遊迴路50、60包括高壓容積式泵102。

可以在圖2至圖4中看到，相對於圖1的低壓離心泵11，低壓泵送單元101還增大高壓泵102的方向上的流體的壓力。圖2的高壓容積式泵102則供給更加如此低的流體的壓力的增量。這導致供給系統10的熱損耗的總體減少。

高壓泵送單元102從上遊迴路100移位至噴射系統62的供給迴路60使得能夠減小由容積式泵102供給的燃料的流量。這還減小了供給系統10的總體的熱損耗。可變幾何體供給迴路50缺少容積式泵。

圖2至圖4的低壓泵送單元101包括多個離心泵101a、111a、111b。這樣，應注意的是，僅通過較大容量的低壓泵11替換圖1的低壓泵11仍不完全令人滿意。實際上，離心泵的終端處的壓差與泵的半徑的平方成比例。尤其是，離心泵的能量轉換效率與該泵的半徑的立方成比例。通過構造成進一步增大流過該泵的流體的壓力的離心低壓泵替換圖1的低壓泵11，因此不會產生供給系統10的總體熱平衡方面的顯著優點。

圖2至圖4的供給系統10的出口節點S位於低壓泵送單元101的兩個泵101a、111a之間，以保持補充的泵送組51的下遊與出口節點S之間的足夠壓差並且仍限制供給系統10中的熱能的消散。圖2和圖3的供給系統10尤其構造成使得在供給系統10的運行期間，這些附圖的供給系統的補充的泵送組51的下遊與出口節點S之間的壓差大致與圖1中的壓差相同。

更準確地並且參照圖2至圖4的實施例，低壓泵送單元101由串聯安裝的三個離心泵101a、111a、111b構成。出口節點S位於包括離心泵的上遊泵送單元101a與包括兩個離心泵111a、111b的下遊泵送單元110之間。

總體上，上遊泵送單元101a可以包括若干離心泵，下遊泵送單元110的離心泵的數目可以根據渦輪機1的液力動力和流體流量的需要變化。同樣，低壓泵送單元101的泵不必相同。

此外，相對於圖1的供給系統10，由圖2至圖4的低壓泵送單元101供給的壓力的增量更加如此有利，使得這些供給系統10的可變幾何體供給迴路50的液力壓力的需要大致與圖1的供給系統的那些可變幾何體相同。

在圖2和圖3的實施例中，高壓泵102是構造成由渦輪機1的變速箱機械驅動的容積式齒輪泵。移除節點B位於低壓泵送單元101與高壓容積式泵102之間。

高壓容積式泵102按照發動機轉速輸送恆定流量的燃料。不管與渦輪機1的飛行的相關的階段如何，高壓容積式泵102的出口處的燃料的流量以已知方式大於供給噴射系統62所需要的流量。具體地，由高壓容積式泵102供給的恆定的流量按照渦輪機1的最約束運行速度所需要的流量確定，該流量即例如用於低速的流量。因此，存在於再循環環路610中流通的流體的流量，這產生熱損耗。該再循環環路610位於入口節點E的下遊處的第一節點A與位於低壓泵送單元101的下遊處的移除節點B之間。

噴射系統的供給迴路60包括放氣閥和燃料計量裝置，放氣閥和燃料計量裝置由單元64表示並且調節噴射系統62的方向上的流量。放氣閥和燃料計量裝置64設計成將噴射系統62的供給迴路60中的過多燃料通過燃料再循環環路610重新導向至上遊迴路100。

圖2的可變幾何體供給迴路50可以與圖3的可變幾何體供給迴路的區別在於其包括補充的泵送組51。補充的泵送組51使得能夠抑制壓力的源於容積式泵102在上遊迴路100的抑制的任何下降，並且這不會通過低壓泵送單元101的多個離心泵101a、111a、111b被完全抵消。

補充的泵送組51使得能夠例如在致動器液壓缸的移位的期間響應可變幾何體54的流量的一次性大量需求。

補充的泵送組51包括一個或若干離心泵、或除容積式泵的其他類型的泵。在圖2的實施例中，補充的泵送組101由離心泵構成。

特別參照圖4，噴射系統的供給迴路60包括諸如為燃料過濾器的水阻69、和噴射系統的位於水阻69與噴射系統62之間的供給管道68。

容積式泵102是電動的，這使得能夠抑制燃料計量裝置64，該燃料計量裝置控制燃燒室2的方向上的流量。燃料的再循環環路610也消失。這獲得供給系統10的質量的增加、以及由再循環環路610中的燃料的再循環產生的熱損耗的抑制。

由高壓容積式泵102供給的動力的減小使得無需求助大量的動力電子設備而能夠控制電動容積式泵102。求助高壓電動容積式泵102而不是由渦輪機變速箱驅動旋轉的更常規的容積式齒輪泵，因此在質量、妨礙物、和消散於供給系統10的熱能方面提供了優勢。

電動容積式泵102由渦輪機的全權限電子控制模塊120經由電子控制模塊122控制，全權限電子控制模塊以「FADEC」或「全權限數字發動機控制」名稱公知。常規地，電子控制模塊120包括發動機控制單元，該發動機控制單元具有兩個對稱且冗餘的通道且具有全權限。該發動機控制單元用於考慮許多參數以便控制由高壓容積式泵102輸送的流量，諸如為：例如，航空器的飛行員的控制、渦輪機1的高壓體的轉速、和由流量計67測量的噴射系統62的方向上的流量的測量。

當然，在不離開本發明的公開內容的範圍的情況下可以由本領域技術人員對剛描述的本發明進行各種修改。