CN101861451B - 在涡轮发动机燃料供给回路中监测高压泵的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在涡轮发动机燃料供给回路中监测高压泵(14)的方法和设备。其利用下述手段：探测增压节流阀(24)的开启，其被安装在燃料流量调节阀(18)的出口侧；测量与该增压节流阀(24)的开启相应的涡轮发动机转速；及监测该转速值的变化，以便在测量的转速值达到预定阈值时建议更换高压泵(14)。

Description

在涡轮发动机燃料供给回路中监测高压泵的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种在涡轮发动机喷嘴的燃料供给回路中监测高压泵的设备和方法。该涡轮发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机。 
背景技术
在这种类型的涡轮发动机中，燃料喷嘴的供给回路包括：低压泵和高压齿轮泵的结合体。低压泵为高压泵提供原料以避免气穴现象。高压泵提供流量及燃料压力，该流量及燃料压力足够为涡轮发动机燃烧室的喷嘴提供供给，并冷却IDG(驱动发电机总成，Integrated Drive Generator)系统和涡轮发动机的润滑液，控制涡轮发动机的可变几何单元的驱动器，例如，尤其是带有可变设置的导向叶片。 
高压泵供给的燃料要经过FMU(燃料计量单元，Fuel Metering Unit)，其中FMU包括与增压节流阀连接的流量调节阀，其本身被连接到喷嘴的供给管。 
当电气控制开启时，只要调节阀出口燃料的压力没有达到预定值，比如预定值达到19巴，那么增压节流阀就会液压保持关闭。 
高压齿轮泵由涡轮发动机机械地驱动，高压齿轮泵的转速与涡轮发动机的转速成正比。高压齿轮泵出口处的流量和燃料压力由该高压齿轮泵的转速决定。随着泵的老化将会出现现象：需要通过增加该泵的转速来维持预定值处的燃料流量和压力。 
不管什么原因，在涡轮发动机被停止，并且通过空气的唯一作用(soleeffect)必须被重新启动时(在启动阶段的特定点上也可采用用于启动器的辅助措施)，在飞行状态，想要重新启动涡轮发动机是非常困难或者是不可能的，所述空气因飞行器的移动而流过压缩机和涡轮叶片。高压泵在这种情况下被驱动处于相对较低的速度转动，但必须提供一定流量和压力的燃料以足够使增压节流阀液压打开，从而为涡轮发动机的喷嘴提供适当的供给。
必须对高压泵的磨损进行监测，以使在飞行中不能重新启动之前更换该泵，这是因为，在给定的转速和预定压力下，高压泵的磨损可导致泵出口的燃料流量逐渐减少。 
对涡轮发动机的维护推荐，在高压泵运转大约1200小时对其更换，并且优化该泵的寿命周期是不可能的，这是因为，一方面，泵的早期磨损不可能被发现；另一方面，处于在良好操作条件下的泵有时也需要被更换。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、有效和经济的方案以解决上述问题。 
本发明提供了一种涡轮发动机，包括涡轮喷气发动机或涡轮螺旋桨发动机，包括用于在燃料供给回路中监测高压泵的设备。该回路包括：增压节流阀，其在预定的压力阈值处被调节，并被安装在燃料流量调节阀和喷嘴的供给管之间；及用于测量涡轮机的转速的装置。其特征在于，该设备包括：用于探测增压节流阀的开启的装置；用于记录在增压节流阀开启时涡轮发动机转速的测量值的装置；及用于将该值与预定阈值相比较的装置，以便当记录的转速值达到预定的阈值时，建议更换高压泵。在发动机的FADEC(全能数字式发动机控制器，Full Authority Digital Engine Control)的中具有这些设备。 
通常，当燃料供给回路的增压节流阀已设置有探测其开启的装置时，根据本发明的用于监测的该装置使用已经被安装在涡轮发动机上的基本部件，并因此特别经济。 
此外，它还可以精确地监测在增压节流阀开启时转速的变化，这种变化可以代表燃料供给回路中高压泵的磨损程度，以便当所探测的转速到达预定阈值时，或者超过该阈值时，在飞行状态中涡轮发动机的重新启动将是困难的或者几乎是不可能的，从而报告更换高压泵的必要性。 
优选地，在涡轮发动机启动阶段中每一个阶段记录相应的转速的值和探测增压节流阀的开启。 
根据本发明的另一特点，该设备还包括：用于测量燃料温度的装置；和校正装置，用于根据测量的温度和预定的温度之差校正记录的转速值。 
还可能地，考虑到因燃料温度变化而导致燃料密度变化，以校正记录的转速值，并与大体恒温条件下的预定阈值相比较。 
本发明还进一步提出了一种用于在涡轮发动机燃料供给回路中对高压泵监测的方法。该回路包括：增压节流阀，其被安装在燃料计量阀和喷嘴供给管之间，其特征在于，该方法包括：探测增压节流阀的开启，记录与该开启相应的涡轮发动机转速值，将该值与预定阈值相比较，以及当记录的转速值达到预定阈值时建议更换高压泵。 
根据本发明的其他特点，该方法还包括：测量增压节流阀出口处燃料温度；根据测量的燃料温度值与预定温度值之差校正记录的转速值；并确定记录的转速值的比较阈值，以此在高压泵整个服务寿命周期为飞行过程中的涡轮发动机提供重新启动。 
本发明还提供了一种涡轮发动机，诸如涡轮喷气发动机或者涡轮螺旋桨发动机，其特征在于，它包括在燃料供给回路中含有上文提到的监测高压泵的设备。 
总之，本发明可优化涡轮发动机燃料回路中高压泵的操作，还可提供可靠的涡轮发动机的自动过速测试。 
附图说明
图1示出了涡轮发动机的喷嘴的燃料供给回路。 
具体实施方式
参照图1，通过下面例子，在阅读说明书时，可更好地理解本发明，并更清楚地体现本发明的其它特点、细节和这些细节的优点，图1示出了涡轮发动机的喷嘴的燃料供给回路。 
图1所示的燃料供给回路大体上包括：燃料箱10，其与低压泵12入口相连，该低压泵12的出口通过热交换器16和过滤器17作为中介向高压齿轮泵14(简称高压泵14)提供燃料。热交换器16对涡轮发动机润滑液和IDG(驱动发电机总成)系统进行冷却。 
高压泵14的出口装有流量调节阀18(FMV或燃料计量阀)，该流量调节阀18根据操作条件将一定量的燃料输送给涡轮发动机的喷嘴20。 
利用泵14的入口和出口之间压力差来控制一组带有可变形状的辅助设备22，该可变形状的辅助设备具体包括带有可变设置导向叶片的驱动器。 
泵出的过量的燃料会通过作为中介的分流阀19返流回到高压泵14的上游。 
增压节流阀24被安装在流量调节阀18和喷嘴20的供给管26之间，该阀24对阀18出口处的燃料压力敏感并在压力没有达到某个特定数值时(即，在燃料的增压小于确定的值时，该增压相当于泵14的出口和入口之间的压差，如压差是19巴)就禁止喷嘴20的燃料供给。 
增压节流阀24具备开启探测器28和两个伺服阀或电磁线圈式的电液控制元件29和31，其中一个通过处理装置32被激励，而另一个通过过速系统33被激励。仅当压力足够时，控制元件29和31才起作用。 
温度传感器30被安装在喷嘴20的供给管26上。 
由探测器28和30提供的信号被应用到处理装置32，该处理装置32还接收用来测量涡轮发动机转速的探测器34的输出信号。 
在处理装置32中，增压节流阀24的开启的信号控制转速值和燃料温度值的记录，所述增压节流阀24的开启的信号由探测器28提供，转速值由探测器34提供，燃料温度值由探测器30提供。将记录的转速值与预定阈值相比较，当超过 预定阈值时在飞行状态将很难重新启动涡轮发动机，并且预定阈值与高压泵14的可容许的最大磨损程度相对应。当转速达到该阈值时，信号36由处理装置32产生，以便报告更换高压泵14的必要性。 
测量供给管26中燃料的温度可以考虑因燃料温度变化而引起的燃料密度的变化，燃料密度的变化影响高压泵14的流量。所探测的燃料温度的变化使得校正测量的转速值成为可能，并因此使燃料供给条件恢复到大体上恒温状态。 
增压节流阀24的开启在每一次涡轮发动机的启动阶段发生。因此，监测高压泵14在每次涡轮发动机的启动阶段进行，并且可对高压泵14的磨损情况定期跟踪，以便在必要时建议对高压泵14进行更换。 
通过将原始的过速测试与自动方式的高压泵的启动和监测阶段的过速测试相关联，本发明还提供了可靠的涡轮发动机的过速测试。 
下面描述测试逻辑的一个例子，该例子可有多种变化。 
当发动机启动时，达到较低速率，由处理装置32产生电子指令施加到增压节流阀24的电液控制器29上。液压回路不能开启，因为此时的速度在增压节流阀24开启阈值以下。 
速度因启动器作用而增加，当达到开启阈值(从探检测器28得到)时，处理装置32记录转速值，从而使得能对高压泵14的运转情况做出判断。 
处理装置32因此向过速系统33提供信号，以触发其测试，即，通过电液压控制器31作为中介控制增压节流阀24的关闭。 
处理装置32由开启探测器28作为中介进行检查，过速系统33有效并且向过速系统33发布结束测试指令，以便过速系统33控制其电子液压元件31的关闭。与此同时，装置32向电子液压控制器29发布关闭指令。增压节流阀24关闭。 
由通过启动器驱动的发动机的转动以理想的启动速度继续运转，处理装置32通过电子液压控制器29作为中介向增压节流阀24发布开启指令，并向点火激励器箱发送命令，该点火激励器箱将激发发动机的火星塞。 

Claims (9)

1.一种用于在涡轮发动机燃料供给回路中监测高压泵(14)的设备，该回路包括：增压节流阀(24)，其在预定的压力阈值处被调节，并被安装在燃料流量调节阀(18)和喷嘴(20)的供给管(26)之间；及用于测量涡轮发动机的转速的装置(34)；其特征在于，该设备包括：用于探测增压节流阀(24)开启的装置(28)，用于记录在增压节流阀(24)开启时涡轮发动机转速的测量值的装置(32)；及用于将该测量值与预定阈值相比较的装置,以便当记录的转速值达到预定的阈值时，建议更换高压泵(14)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备还包括：用于测量增压节流阀(24)出口处燃料温度的装置(30)；和校正装置(32)，用于根据测量的温度和预定的温度之差校正记录的转速值。
3.用于在涡轮发动机燃料供给回路中监测高压泵的方法，其特征在于，该方法包括：探测增压节流阀(24)的开启；记录与该开启相应的涡轮发动机转速值；将该值与预定阈值相比较；以及当记录的转速值达到预定阈值时建议更换高压泵(14)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法包括：在涡轮发动机每一个启动阶段记录相应的转速值，并探测增压节流阀(24)的开启。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法包括：测量增压节流阀(24)出口处燃料温度；及根据测量的燃料温度值与预定温度值之差校正记录的转速值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该方法包括：测量增压节流阀(24)出口处燃料温度；及根据测量的燃料温度值与预定温度值之差校正记录的转速值。
7.根据权利要求3至6其中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：确定记录的转速值的比较阈值，以便在高压泵(14)整个服务寿命周期为在飞行过程中的涡轮发动机提供重新启动。
8.根据权利要求4至6其中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在涡轮发动机启动阶段及探测增压节流阀(24)的开启之后，执行过速系统(33)的测试。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在涡轮发动机启动阶段及探测增压节流阀(24)的开启之后，执行过速系统(33)的测试。
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