CN101535129B - 燃料系统和从燃料箱除水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料系统，包括：联接到发动机的燃料线路；燃料泵(20，21)，其具有联接到燃料箱(11)的入口和联接到燃料线路的出口；以及除水系统，其具有用于收集水的入口(32)和与所述泵并联联接到所述燃料线路的出口(33)。该除水系统使用例如文丘里管结构或马达/泵组合(31，34，35)而由燃料线路中的燃料的液压作用提供动力。
Description
技术领域
本发明涉及用于从燃料箱除水的方法和设备。
背景技术
US4809934描述了一种用于在机上处理航空器燃料箱中的水的系统。水被抽入喷射泵并散布在燃料箱中以供航空器发动机消耗。US4809934的结构的一个问题在于，只有在燃料箱为空时才能完全除水。而且，散布在燃料箱中的水在低温下可能在燃料箱中产生“雪花”或导致结冰。
发明内容
本发明的第一方面提供一种燃料系统，该燃料系统包括：燃料线路；燃料泵，该燃料泵具有联接到燃料箱的入口和联接到所述燃料线路的出口；以及除水系统，该除水系统具有用于从所述燃料箱收集水的入口和与所述泵并联联接到所述燃料线路的出口。
本发明的第二方面提供一种从燃料箱除水的方法，该方法包括：从所述燃料箱除水；将水注入燃料泵下游的燃料线路中；以及从所述燃料线路将水供给至发动机中。
通过将水直接注入所述燃料线路(取代将其散布在燃料箱中)，解决或至少减轻了上述问题。
所述除水系统可以是电力致动的，但更优选是通过使用例如文丘里管结构或马达/泵组合而由燃料线路中的燃料的液压作用提供动力的。
附图说明
现在参照附图描述本发明的实施方式，附图中：
图1表示航空器；
图2表示航空器的燃料系统的一部分；
图3是马达和除水泵的详细图；
图4表示具有带有喉部分接头的单个文丘里管的文丘里管系统；
图5表示具有喉部分接头和第二文丘里管的文丘里管系统；
图6表示具有带有喉部分接头的一体双文丘里管的文丘里管系统；
图7是表示带有喷射管的一体双文丘里管的文丘里管系统；
图8A表示具有喷射管和第二文丘里管的文丘里管系统；并且
图8B表示图8A的系统的一部分的截面。
具体实施方式
参照图1，航空器1包括承载一对机翼的机身2，左机翼标为3。每个机翼承载一发动机，图1左方的发动机标为4。发动机包括高压燃料泵(未示出)，高压燃料泵需要最小入口压力，通常约为5-10psig。
各个发动机的燃料储存在中央箱和一个或多个机翼箱中。在下面给出的实施例中，仅描述单个机翼箱，但是实际上存在另外的机翼箱。
图2是表示中央箱10和用于左方机翼3的机翼箱11的示意图。
中央箱10具有燃料泵12，燃料泵12具有用于从箱10收集燃料的入口13、以及结合有止回阀以防止回流入泵的出口14，出口14串联联接到通向发动机4的燃料线路15上。
机翼箱11包括一对燃料泵20、21，燃料泵20、21的结构相同(而且与燃料泵12相同)，因此等同的部件使用相同的附图标记。各个燃料泵20、21包括用于从箱收集燃料的入口22、以及结合有止回阀以防止回流入泵的主出口23，主出口23串联联接到供给线路24。供给线路24又与中央箱10中的泵12并联地联接到燃料线路15。各个泵20、21还具有第二出口25，第二出口25与主出口和止回阀23并联地联接到入口22。第二出口25通向减压阀26，当燃料压力超过24psig时，减压阀26打开以使燃料再循环到燃料箱中。阀26包括与阀座接合的弹簧加载部件，并且在压力超过24psig时抵抗弹簧力打开。从而可通过调节弹簧的压缩程 度来调节阀打开的压力点。
为了冗余性而在机翼箱中设置两个泵20、21。也就是说，如果一个泵故障，那么另一泵能够独自提供起飞时所需的燃料消耗率。
所述箱按如下顺序工作。
1.中央箱仅仅在飞行长于约2小时时使用。在不用时，因为从机翼箱供应所有燃料，所以该箱为空，并且泵未接通。
2.当发动机在起飞之前起动时，中央箱泵12和机翼箱泵20、21工作。来自中央箱泵12的燃料供应压力约40psig，使得减压阀26自动完全打开以“耗减”机翼箱泵20、21。也就是说，在中央箱泵工作时，减压阀26打开，来自中央箱的流动优先于来自机翼箱的流动，因为机翼泵20、21仅仅使燃料再循环至机翼箱11中。止回阀23防止任何来自中央箱的高压力燃料流入机翼箱中。
3.在起飞时，中央箱泵12被切断，减压阀26响应于压力降低而自动关闭，并且从机翼箱供应所有燃料。在起飞后的短时间内，中央箱泵12接通，减压阀26再次打开以允许机翼箱中的完全再循环，使得发动机全部由中央箱供应燃料。当中央箱为空时，燃料线路15中的压力下降，使得减压阀26自动关闭。因而继续从机翼箱供应燃料，并且中央箱泵12再次切断。
再循环泵20、21的问题在于，供入泵入口中的水会被雾化并重新分配至箱11中，从而在高空见到的低温下在箱中产生“雪花”或导致结冰。一旦航空器处于巡航高度，外部温度就很低并且箱温度在约30分钟内将冷却至水的冰点以下。在水冻住后就不可能从箱除水，直到航空器解冻。
图2所示的除水系统30从机翼箱11的储槽收集水，并在泵12、20和21下游的接点39处将其注入燃料线路15中。这样防止水再循环至燃料箱中，并防止上述可能引起的“雪花”或结冰问题。除水系统30包括泵31，泵31具有用于从机翼箱的储槽收集水的入口32、以及与泵12、20和21并联联接到燃料线路15的出口33。泵31由马达34驱动，马达34具有机械联接到除水泵31的输入轴的动力输出轴35。马达34具有经由双向接点联接到燃料线路15的流体入口37、以及通向燃料箱11的流 体出口38。马达34由从燃料线路15抽出的燃料的液压作用驱动，如图3进一步详细示出的那样。
如图3所示，在以截面示出的腔室42中，马达包括一对啮合齿轮(转子齿轮40和空载齿轮41)。流入入口37的流体围绕腔室42的周边流动，并流出出口38，使得齿轮40、41如图所示反向旋转。输出轴35连接到转子齿轮40和泵31的齿轮43。在腔室45中齿轮43与齿轮44啮合。齿轮43的旋转使得齿轮44如图所示反向旋转，从而围绕腔室45的周边从入口32抽出水/燃料混合物，并将其抽出出口33。
泵出口压力与马达供应压力的比例是非常重要的，因为泵31必须在其不得不将水/燃料清除流回注至高压燃料线路15中时实现比马达供应压力略高的压力(通常大出2-5psi)。接点39包括使水/燃料混合物作为细喷流注入燃料线路15的狭窄孔口。
使马达34排出的流体体积大于泵31排出的体积，从而使泵出口压力高于马达供应压力。这可以通过增加马达齿轮40、41的直径并且/或者通过增加马达齿轮40、41相对于泵齿轮40、43的轴向长度而实现。如果(例如)轴向长度为两倍大小，那么在马达和泵为100％有效时泵压力将是马达压力的两倍，并且流量将减半。由于摩擦和泄漏导致的低效，泵压力约为马达供应压力的1.5倍。
从而细调马达齿轮与泵齿轮之间的齿轮比，以给出泵出口压力与马达供应压力之间的期望比例。
使用齿轮马达34和泵31的优点在于，它们都是定排量装置(轴35每一转移动固定体积的流体)，容易固定马达压力与泵压力的比例，它们非常简单，部件数量少，并且在1000到3000rpm的较低速度下工作具有长寿命。
马达/泵组合的另一重要特征在于，其能够自起动。这样能够使操作完全自动，因此电力线或数据线不需要路由到用于除水系统30的燃料箱中。
在一系列可选实施方式中，马达驱动的除水系统30被文丘里管驱动的除水系统替换。图4至8示出了各种可选的文丘里管驱动的除水系统。
参照图4，在燃料线路15中形成文丘里管。文丘里管具有陡直的截头圆锥形入口壁50和较浅的截头圆锥形出口壁51。环形槽52位于文丘里管的喉部(即，位于其最窄点)。槽52通向环形腔室53。一对抽吸入口54、55位于机翼箱11的储槽处，并具有过滤器54’、55’。供给线路56、57从入口54、55通向具有滤网/截留器59的腔室58。供给线路60从腔室58通向环形腔室53。
文丘里管通过线路60抽出水/燃料混合物，水散布在燃料线路15中的燃料内。文丘里管上游的燃料线路压力(P1)通常在主燃料箱泵12操作时约为40psig，在主燃料箱泵12关闭时约为24psig。文丘里管上游的线路15中的发动机燃料流量(Q1)可在每秒0.2升(当航空器巡航时)到每秒2.2升(当航空器起飞时)之间。在文丘里管喉部处的压力(P2)需要等于或略低于机翼箱11中的压力(约Opsig)，从而将水/燃料混合物吸入燃料线路。文丘里管下游的燃料线路的压力(P3)通常比P1约低10％。从而进入文丘里管的压降(P1-P2)和离开文丘里管的压升(P3-P2)必须约为P1。为了实现这样大的压力变化，文丘里管的直径必须从约38mm降至约6-7mm的喉部直径。这么小的直径可能容易被颗粒或冰堵塞。
图5表示双文丘里管系统。在燃料线路15中形成与图4的文丘里管相同的文丘里管，但是在喉部处的直径较大(约12-14mm)。分流线路70在燃料线路(文丘里管上游)的壁中的入口孔71与环形腔室53之间引导。在线路70中设置筛网/截留器72。燃料线路中的文丘里管具有约0.5P1的喉部压力(即，在主燃料箱12关闭时约12psig)。这样沿着线路70将燃料从入口71(该处压力为P1)抽入腔室53。在线路70中设置第二文丘里管73，并且喷射管74定位成使其入口(未示出)位于机翼箱11的储槽处，其出口位于文丘里管73的上游。在文丘里管73喉部处的压力等于或略低于机翼箱11中的压力(约Opsig)，从而将水/燃料混合物吸入线路70。这样在图5的双文丘里管结构中，通过平行延伸的两个文丘里管完成作业，从而使主燃料线路15中的文丘里管能够比图4所示的单个文丘里管宽。
在可选的双文丘里管实施方式(未示出)中，喷射管74可由与位于 线路70和线路15中的文丘里管之间的喉部联接器类似的喉部联接结构替代。
图6表示具有喉部分接头的一体双文丘里管。一体文丘里管80位于燃料线路15中的主文丘里管的上游。文丘里管80通过支撑结构81安装到燃料线路15。燃料流动通过文丘里管80，并通过文丘里管80与燃料线路15之间的环形间隙。线路82定位成使其入口(未示出)位于机翼箱11的储槽处，其出口联接到文丘里管80的喉部。过滤器83防止文丘里管80被颗粒物质堵塞。
图7表示具有喷射管的一体双文丘里管。一体文丘里管90位于燃料线路15中的主文丘里管的上游。文丘里管90通过支撑结构91安装到燃料线路15。燃料流动通过文丘里管90，并通过文丘里管90与燃料线路15之间的环形间隙。喷射管92定位成使其入口(未示出)位于机翼箱11的储槽处，其出口位于文丘里管80的喉部上游。过滤器93防止文丘里管90被颗粒物质堵塞。
图8A和8B表示另一实施方式。线路100在入口101与出口102之间引导，入口101位于燃料线路15中的文丘里管的上游，出口102也位于燃料线路15中的文丘里管的上游。在线路70中设置3mm的筛网/截留器103。文丘里效应将燃料从入口101沿着线路100抽向出口102。在线路100中设置第二文丘里管104，并且喷射管105定位成使其入口(未示出)位于机翼箱11的储槽处，其出口位于文丘里管104的上游，如图所示。图8B表示经过线路100的截面。线路100由具有锥形上游边缘106的支撑结构(图8A中未示出)承载。
在可选实施方式(未示出)中，喷射管105可由联接到文丘里管104喉部的线路替代。
图4至8所示的由文丘里管驱动的除水系统都是完全自动并且通过燃料线路中燃料的液压作用提供动力的。因此电力线或数据线不需要路由到用于除水系统的燃料箱中。
在上述各种实施方式中，除水系统在泵20和21下游的接点39处将水引入燃料线路。在可选实施方式(未示出)中，除水系统可在泵20上 游和/或泵21上游的接点处将水引入燃料线路15。
中央箱10可具有US4809934所述类型或者以上参照图1至8所述类型的除水系统(未示出)。
注意，燃料箱中的燃料包括单相燃料。而且，除水线路的入口浸入水池中，该水池的容积与箱中燃料体积相比较小。这样，除水线路在第一阶段从池收集水，并且在所有水池都基本移除的第二阶段收集燃料。
尽管以上参照一个或多个优选实施方式描述了本发明，但应理解，在不脱离所附权利要求限定的发明范围的情况下可进行各种改变或修改。
Claims (21)
1.一种燃料系统，该燃料系统包括：燃料线路；燃料泵，该燃料泵具有联接到燃料箱的入口和联接到所述燃料线路的出口；以及除水系统，该除水系统具有用于从所述燃料箱收集水的入口和与所述泵并联联接到所述燃料线路的出口。
2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中，所述除水系统由所述燃料线路中的燃料的液压作用提供动力。
3.根据权利要求2所述的燃料系统，其中，所述除水系统在所述燃料线路中包括收缩部，所述除水系统的出口位于该收缩部的附近，从而所述燃料线路中的燃料的液压作用通过文丘里效应将水抽入所述燃料线路中。
4.根据权利要求3所述的燃料系统，其中，所述除水系统的出口包括位于所述燃料线路的所述收缩部中的开口。
5.根据权利要求4所述的燃料系统，其中，所述燃料线路中的所述收缩部的所述开口围绕所述收缩部的周边延伸。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的燃料系统，其中，所述除水系统还包括：
第二文丘里管线路，该第二文丘里管线路具有联接到所述燃料线路的入口、收缩部、以及形成所述除水系统的所述出口的出口；以及
除水线路，该除水线路具有用于收集水的入口以及位于所述第二文丘里管线路中的所述收缩部附近的出口，从而所述第二文丘里管线路中的燃料的液压作用通过文丘里效应将水抽入所述第二文丘里管线路中。
7.根据权利要求6所述的燃料系统，其中，所述第二文丘里管线路穿过所述燃料线路的壁。
8.根据权利要求6所述的燃料系统，其中，所述除水线路的所述出口包括延伸至所述第二文丘里管线路中的喷射管。
9.根据权利要求7所述的燃料系统，其中，所述除水线路的所述出口包括延伸至所述第二文丘里管线路中的喷射管。
10.根据权利要求2所述的燃料系统，其中，所述除水系统包括：
除水泵；以及
马达，该马达具有联接到所述除水泵的功率输出，以及联接到所述燃料线路的流体入口，从而所述马达由从所述燃料线路抽出的燃料的液压作用提供动力。
11.根据权利要求1-5以及权利要求10中任一项所述的燃料系统，其中，所述燃料泵还包括再循环出口。
12.根据权利要求11所述的燃料系统，其中，所述再循环出口通向所述燃料箱。
13.根据权利要求6所述的燃料系统，其中，所述燃料泵还包括再循环出口。
14.根据权利要求13所述的燃料系统，其中，所述再循环出口通向所述燃料箱。
15.根据权利要求7所述的燃料系统，其中，所述燃料泵还包括再循环出口。
16.根据权利要求15所述的燃料系统，其中，所述再循环出口通向所述燃料箱。
17.根据权利要求8所述的燃料系统，其中，所述燃料泵还包括再循环出口。
18.根据权利要求17所述的燃料系统，其中，所述再循环出口通向所述燃料箱。
19.根据权利要求9所述的燃料系统，其中，所述燃料泵还包括再循环出口。
20.根据权利要求19所述的燃料系统，其中，所述再循环出口通向所述燃料箱。
21.一种从燃料箱除水的方法，该方法包括：从所述燃料箱除水；将水注入燃料泵下游的燃料线路中；以及从所述燃料线路将水供给至发动机中。
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