帶有噴射泵的渦輪發動機組燃料系統的製作方法

2023-10-21 07:36:37 2

專利名稱：帶有噴射泵的渦輪發動機組燃料系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及渦輪發動機的領域，更具體地涉及用於給這些渦輪發動機供應燃料的設備。常規地，航空渦輪發動機帶有一定數量的裝置，諸如低壓泵(BP泵)和高壓泵(HP泵)，過濾器，止回閥，調節閥等等，它們固定於外殼上，並且具有以正確的壓力和正確的流速向燃燒室供應燃料的作用。
背景技術：
燃料迴路在第一位置包括低壓離心泵，由位於迴路的航空器部分中的泵向上遊推進，其提供高壓泵正確運轉的進口處所需的壓力水平。高壓泵將壓力升高到用於將燃料噴射入渦輪發動機的燃燒室中所需水平，該高壓泵通常是定量輸送離心泵，與發動機速度無關，它在其出口輸送相同的燃料流速。在高壓泵和燃燒室的噴射器之間，有閥門或計量裝 置，用於控制噴射的流速，其調整所輸送到噴射器的流速為飛行員所期望的提供給渦輪發動機速度的流速。多餘的燃料通過稱為再循環迴路或環路被輸送到高壓泵的上遊點。泵入到燃料箱中的燃料也經過交換器，在這裡它從航空器中所用的其它流體，諸如驅動航空器移動控制表面的致動器的發動機軸承潤滑油或液壓流體，重新獲得熱量。作為常規，這些交換器放置在高壓泵的上遊以防止它們在高壓下工作，因此允許更簡單和便宜地生產它們。常規燃料迴路所遇到的缺點之一是離心低壓泵的存在，它具有轉動部件，因此具有由這些部件的壽命所決定的可靠性。能夠省卻這些轉動部件和使用射流泵或噴射泵將是有利的，所述射流泵或噴射泵利用文丘裡(Venturi)效應從航空器迴路抽吸燃料。在這些泵中，流體在壓力下被輸送到進氣室，在這裡它被轉化成高速流，這降低了其壓力，因此產生了從航空器抽吸燃料的部分真空。然後，燃料與傳動流體一起在大於其原始壓力，但是小於傳動流體壓力的壓力下被驅動。沒有移動部件的這些噴射泵的簡單設計提供了非常高的可靠性，同時不需要潤滑以及需要非常少的維護。然而，其中再循環燃料被用作傳動流體的這些泵的使用受到由於燃料溫度所引起的限制，因為它們在接近它們所使用的傳動流體的飽和蒸汽壓的壓力下運轉。因此，這種流體必須相對來說是冷卻的，以防止當它壓力降低時它同時蒸發。

發明內容
本發明的目的是通過提出一種燃料迴路來克服這些缺點，在該燃料迴路中可以由泵運行而不是任何轉動部件提供低壓燃料供應，並且帶有最低可能溫度的流體。為此目的，本發明提出了一種用於給渦輪發動機的燃燒室供應燃料和用於給燃料增壓的組合裝置，包括用於給從航空器燃料箱所抽吸出的燃料增壓的至少第一泵和用於升高壓力高於所述第一泵出口壓力的第二泵，所述第二泵是定量燃料輸送泵，離開該泵的一些燃料通過直通迴路被輸送到燃燒室，沒有被輸送到燃燒室的燃料部分通過所述第二泵上遊的再循環迴路被再循環，所述組合裝置進一步包括用於通過位於直通迴路中的計量裝置計量將要噴射到渦輪發動機燃燒室中流量的液壓單元和燃料流過的至少一個熱交換器，其特徵在於所述交換器位於再循環迴路分支點下遊和燃料計量裝置上遊的直通迴路中。通過在燃料分支的下遊和計量裝置的上遊定位交換器，可以防止再循環燃料的加熱，因此燃料可以用作噴射泵中傳動流體，而它的溫度保持儘可能地低，因此由於低飽和蒸汽壓提供了最佳泵運行。這也防止可能由非常低燃料溫度所引起的液壓控制單元的可能故障。優選地，第一泵是沒有轉動部件的噴射泵。在這種方式中，達到了實際上增加燃料迴路這種元件可靠性的期望目的。有利地，噴射泵的傳動流體包含再循環燃料。在變化的實施方式中，第一泵是具有可變截面的噴射泵。這種類型的泵能夠使低壓泵的流速和壓力以更滿意的方式被適應，因此最佳化再循環流體所貢獻的能量回收。·
在特定的實施方式中，可變截面的尺寸由活塞控制，該活塞在其氣缸中的位置是緊鄰計量裝置上遊和下遊的燃料迴路中壓力的結果。本發明也涉及一種渦輪發動機，其包括上述的燃料供應和增壓組合裝置，本發明也涉及裝配有至少一種這樣渦輪發動機的航空器。通過下面參考附圖，作為純示例性和非限制性實施例所提供的本發明一個或多個實施方式的詳細的解釋性說明，將更容易理解本發明及它的其它目的、細節、特徵和優點。


在這些圖中圖I根據現有技術的用於渦輪發動機的燃料迴路的示意圖。圖2是根據本發明第一實施方式的用於渦輪發動機的燃料迴路的示意圖。圖3是根據本發明第二實施方式的渦輪發動機的燃料迴路的示意圖。
具體實施例方式圖I表示渦輪發動機的常規燃料迴路，在燃料流動方向上包括通過航空器增壓泵(未示出)從航空器燃料箱接收燃料的低壓泵I。燃料離開低壓泵I時，燃料經過一個或多個熱交換器2和經過主過濾器3。該過濾器常規地連接分支迴路(未示出)，該分支迴路包括防止過濾器3任何堵塞的止回閥。燃料離開過濾器3時，燃料進入定量流動容積類型的高壓泵4。該泵使燃料達到下述壓力在該壓力下通過適合的噴射器，燃料可以噴射到燃燒室中和在適於其燃燒的條件下蒸發。高壓泵4的下遊，燃料進入用於調節流速的液壓件(以虛線示出)，該液壓件包括計量裝置5和調節閥6。計量裝置5的位置通過下述方式受到控制應答來自於飛行員的指令，允許期望的流通過，以根據是否使用渦輪噴氣發動機或渦輪軸發動機來提供期望的推力或動力。分支連接到燃料供應迴路7上，並且包括調節閥6，其控制多餘流分支。當燃料流到調節閥中時，它的壓力基本上達到下述水平在該水平下，燃料進入所述的高壓泵，分支迴路8輸送高壓泵4上遊多餘的流到交換器3的進口，或者到主過濾器3的進口，或者直接輸送到高壓泵4的進口。圖I也表示兩個管道，取樣代表計量裝置上遊和下遊壓力，允許調節閥6通過改變流體通道截面，在定值附近調節壓差來控制系統的流量調節。
現在參考圖2，該圖表示根據本發明第一實施方式的燃料迴路。這個與前面的實施方式相似，其中它包括低壓泵11、主過濾器3、一個或多個熱交換器4和流速調節件，該流速調節件包括計量裝置5和管道所致動的調節閥6，該管道如前所述取樣代表計量裝置上遊和下遊的燃料壓力。通過與圖I比較，在這種情況下，主過濾器3定位於高壓泵4的下遊，儘管這種定位不是必需的，因為泵同樣可以定位於它以前的位置，也就是說高壓泵的上遊。如果噴氣泵11所提供的壓力水平足夠，主過濾器3優選地定位高壓泵4的上遊。如果不是這種情況，它放置在高壓泵的下遊，並且細孔濾網9用於保護所述高壓泵。然而，在所要求保護的發明中，熱交換器2放置在高壓泵下遊和燃料分支點下遊的直通迴路7中的燃料迴路中。此外，低壓泵是噴射泵11，其傳動流體是通過分支迴路8所返回的燃料。參考圖3，現在將描述第二實施方式。與第一實施方式相同的燃料迴路的元件以相同的附圖標記表示，並且不再描述。在這個變化形式中，噴氣泵11是具有可變截面積的 噴氣泵，換而言之，一種其進口截面可以改變的泵，例如，通過與噴嘴相連接的浮針的定位改變進口截面。因此，噴射泵的截面可以適合於再循環流，並且在發動機運轉的大多數情況下可以優化動力回收。在這個變化形式中，排除了調節閥，用活塞16取代該調節閥，該活塞16接收關於計量裝置5上遊和下遊壓力的數據，並且根據這些數據控制噴氣泵11的可變截面。主過濾器3優選地定位在高壓泵的上遊，由噴射泵所提供的壓力由於活塞16對其控制在這種情況下被固定在足夠的水平上。現在將描述根據第一實施方式的燃料迴路的運行。通過噴射泵11，通過泵內所產生的文丘裡效應，通過從再循環迴路8所到達的再循環燃料，從航空器的燃料箱抽吸燃料。這種燃料比進入噴射泵噴射進口的燃料壓力要高，然後在適合腔室中經歷加速，在該腔室中它經歷了產生文丘裡效應的壓降。然後抽吸來自於航空器燃料箱的燃料，並且與再循環燃料混合，並且當它離開低壓泵時，它已經被壓縮到下述的壓力在該壓力下高壓泵能夠運轉。燃料然後流入到高壓泵4中，並且經過主過濾器3，然後進入液壓流調節單元，在這裡計量裝置5對其進行計量。只有在直通迴路7中流動的燃料才被交換器2加熱，為此目的，交換器2定位於高壓泵下遊和再循環迴路分支的下遊。然而，它們定位在計量裝置5的上遊以避免在極端冷的條件下由液壓單元的運行所引起的問題。沒有噴射到燃燒室的那部分體積的燃料通過再循環迴路8向燃料迴路的上遊部分進行輸送。因此，它不經過交換器，因此保持在接近燃料箱溫度的溫度。它的飽和蒸氣壓因此保持足夠低以允許噴射泵11的正確運轉。這種噴射泵11裝置，利用了用於其運轉的再循環流的動力，這樣可以排除常規低壓泵的轉動部件(低壓軸、離心式葉輪、液體動壓軸承)，因此改善了燃料迴路的可靠性。而且，部件數量的減少有降低燃料迴路整體重量的作用。根據本發明第二種實施方式的燃料迴路的運行是相同的。如果對於活塞16的定位要遵循適合的原則，這個實施方式能夠使噴射泵11的運轉在發動機所有運轉點被優化，因為需要泵在廣泛範圍的流速和壓力下進行運轉。因此，活塞16受到控制，這樣噴射泵11的噴射進口的可變截面積總是適於再循環流，因此，對於發動機的所有運轉點而言，優化了這種流的動力回收。通過噴射泵11的活塞16和可變噴嘴所形成的組合裝置作為調節閥起作用，允許通過計量裝置的壓差保持大約恆定。計量裝置上遊和下遊的壓力控制活塞16，該活塞16通過改變噴射泵通道截面，調節壓差在大約定值附近，因此使系統的流量得到控制。 儘管參考了大量特定的實施方式描述了本發明，但是本發明自然地包括所述裝置的所有技術上的等同技術和它們的聯合，這裡它們落入本發明的範圍。 ·
權利要求
1.一種用於給渦輪發動機的燃燒室供應燃料和用於給燃料增壓的組合裝置，包括用於給從航空器燃料箱所抽吸出的燃料增壓的至少第一泵(I)和用於升高壓力高於所述第一泵出口壓力的第二泵(4)，所述第二泵是定量燃料輸送泵，離開該泵的一些燃料通過直通迴路(7)被輸送到燃燒室，沒有被輸送到燃燒室的燃料部分通過所述第二泵上遊的再循環迴路(8)被再循環，所述組合裝置進一步包括用於通過位於直通迴路(7)中的計量裝置(5)計量將要噴射到渦輪發動機燃燒室中流量的液壓單元(5、6)和燃料流過的至少一個熱交換器(2)，其特徵在於所述熱交換器(2)位於再循環迴路(8)分支點下遊和燃料計量裝置(5)上遊的直通迴路(7)中。
2.根據權利要求I所述的組合裝置，其中第一泵是沒有轉動部件的噴射泵。
3.根據權利要求2所述的組合裝置，其中由再循環燃料形成噴射泵的傳動流體。
4.根據權利要求2和3中任一權利要求所述的組合裝置，其中第一泵是帶有可變截面的噴射泵。
5.根據權利要求4所述的組合裝置，其中可變截面的尺寸受活塞(16)控制，該活塞(16)在其氣缸中位置是緊鄰計量裝置(5)上遊和下遊的燃料迴路中壓力的結果。
6.一種渦輪發動機，其包括根據前述權利要求中任一權利要求所述的燃料供應和增壓組合裝置。
7.一種航空器，其裝配有前述權利要求所述的至少一種渦輪發動機。
全文摘要
本發明公開了一種用於給渦輪發動機組的燃燒室供應燃料和用於給燃料增壓的燃料供應組合裝置，包括用於給從航空器燃料箱所抽吸出的燃料增壓的至少第一泵(1)和用於升高壓力高於所述第一泵出口壓力的第二泵(4)，所述第二泵是定量燃料輸送泵，離開該泵的一些燃料通過直通迴路(7)被輸送到燃燒室，沒有被輸送到燃燒室的燃料部分通過所述第二泵上遊的再循環迴路(8)被再循環，所述組合裝置進一步包括用於通過位於直通迴路(7)中的計量裝置(5)計量將要噴射到渦輪發動機組燃燒室中輸送的液壓單元(5、6)和燃料流過的至少一個熱交換器(2)，其特徵在於所述熱交換器(2)位於再循環迴路(8)分支點下遊和燃料計量裝置(5)上遊的直通迴路中。
文檔編號F02C7/236GK102892996SQ201180018457
公開日2013年1月23日 申請日期2011年4月21日 優先權日2010年4月28日
發明者路易克·波拉 申請人:斯奈克瑪