CN102933849B - 用于旋转凸轮环叶片泵的凸轮轴承流量控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泵组件，其包括具有与入口和出口连通的腔的壳体。旋转环可变排量叶片泵容纳在所述腔中。所述泵，特别是旋转环，由流体轴承支撑在所述腔中。设有控制器，以便响应流体动压轴承压力、增压流压力和泵的冲程之一选择性地改变流到轴承的流体流量。

Description

用于旋转凸轮环叶片泵的凸轮轴承流量控制

技术领域

本发明涉及一种可变排量泵，更特别涉及一种旋转凸轮环叶片泵，该叶片泵应用流体轴承来支撑凸轮环。

背景技术

现有的旋转环叶片泵使用从泵送元件被供应高压的凸轮环流体或轴颈轴承。这种轴颈轴承作为流体静压和流体动压组合轴承使用。由该轴承支撑的凸轮环通过凸轮环在接口处与叶片之间的摩擦力驱动。在低速时，通常在最大速度的大约百分之二十(20％)左右或更小的速度时，叶片和凸轮环之间产生的摩擦力不足以高到启动凸轮环的旋转。当凸轮环不旋转时，机械效率降低。这与由于穿过凸轮轴承环的泄漏所导致的容积效率的降低相结合，将导致在低速条件下，通常在小于最大速度的百分之十(10％)左右的条件下，泵送元件的尺寸设定点(sizingpoint)。

泵的物理尺寸和重量对于系统的设计非常重要。为了使物理尺寸和重量最小化，希望使泵的流量最小化。在许多包含正排量类型泵的燃料系统中，泵的流量可以在发动机动力输出(take-off)状态下或者在发动机启动状态下设定。通过在动力输出状态下设定泵的流量大小，使单元的尺寸和重量达到最小。在发动机启动状态下设定泵的流量大小通常是燃料系统的寄生内部泄漏水平的结果。

由于燃料系统的寄生内部泄漏是可以由特定系统设计控制的量，所以泄漏的最小化将导致在更希望的动力输出状态下设定尺寸的泵。凸轮轴承流量形成了燃料系统寄生泄漏量的一部分。因此，在低速时，例如在风力发动机启动时，消除凸轮轴承流量有助于实现在动力输出状态下的泵的尺寸设定。在特定运行状况下，凸轮轴承流量的缩减导致更高的泵流量；因此，提供发动机启动状态作为用于缩减凸轮环轴承流量的代表性状态，并且可以在希望额外的泵流量的任何状况下执行。

虽然缩减凸轮环轴承流量确实增加了泵送系统的容积效率，但是，其可能伴随着显著的机械效率损失。更进一步地，机械效率上的损失可能超过容积效率上的收益，因此导致泵的总效率更低。由于这个原因，希望凸轮环轴承流量的可选择应用。

在对提高效率的需求不断增加的情况下，制造者在不断寻求尽可能地减少单个部件的重量。凸轮环轴承流量的可选择应用导致在可变排量装置通常遇到的宽的运行状况范围上的泵的性能的优化。因此，系统的重新设计和燃料泵的运行可导致显著的节约。

发明内容

一种泵组件，包括具有与入口和出口连通的腔的壳体。旋转环可变排量叶片泵容纳在所述腔内。所述泵，特别是旋转环，由流体轴承支撑在所述腔内。设有控制器，以便响应流体动压轴承压力、增压流压力和泵的冲程之一选择性地改变流到轴承的流体流量。

优选地，在流体动压压力低时，控制器限制流到轴承的流体。

例如，在系统运行、启动和动力输出的热夹点(thermalpinchpoints)期间，控制器限制流到轴承的流体。

在一个示例性实施例中，控制器包括具有压力表面的流量阀，所述压力表面与来自增压泵的排出压力和来自增压泵的入口压力连通。

在另一优选实施例中，控制器响应流体动压压力。

在又一优选配置中，流量阀位于壳体的压力板内。

作为替代，控制器可包括电磁阀，该电磁阀与增压排出压力和泵排出压力连通，用于调整向所述泵的凸轮轴承流体的供应，或者在又一配置中，控制器响应泵的冲程。

一种减小泵的尺寸需求的方法，包括：提供具有与泵入口和泵出口连通的腔的壳体，使旋转环可变排量叶片泵在所述腔内旋转，通过流体轴承在所述腔内支撑所述泵，以及响应流体动压轴承压力、增压流压力和泵的冲程之一选择性地改变流到轴承的流体。

一个主要优点在于能够显著降低泵的尺寸需求。

另一个相关的优点涉及与泵的尺寸减小相关的重量减轻。

另一优点是能够选择性地调整流到支撑凸轮环的流体轴承的流体流量。

另一优点是，当系统需要基本上所有的流量(例如在全冲程位置)时，流到凸轮环轴承的流量可以显著减小或终止。

通过阅读和理解下面的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是应用由流体轴承支撑的旋转凸轮环的可变排量叶片泵的横截面图。

图2是大体上沿着图1的线2-2剖开的横截面图。

图3是示出结合在压力板中的用于调节到达凸轮轴承的流量的凸轮轴承流量阀的放大的横截面图。

图4是应用电磁阀控制凸轮轴承供给的示意图。

具体实施方式

图1和2概括示出了旋转环可变排量叶片泵100，该叶片泵100具有壳体102，在壳体102内形成与入口和出口连通的泵腔104，从而流体，例如喷射燃料，被提供给入口且在腔内增压，以便通过泵出口将流体分配到航空器系统中的下游用途(未示出)。转子106安装成在驱动轴例如花键轴108上旋转。在转子的外周边上的沿圆周间隔开的位置设有一系列槽以接收相应的叶片110，随着转子在泵腔中旋转，所述叶片在每个槽内沿大体上径向方向相对于转子的其余部分移动。在转子的外部和相邻叶片之间限定各个沿圆周间隔开的凹口，以便从入口泵送流体通过所述腔到达出口。虽然在所示的泵中示出了9个叶片，但是本发明不限于叶片的特定数量或所示的配置。

围绕叶片和转子的是凸轮环120，所述凸轮环120在凸轮套130中自由旋转。凸轮套包括第一和第二凸角或致动表面132、134，它们与第一和第二致动器组件136、138协作以便选择地改变泵的冲程。凸轮套130相对于间隔环140滚动，更特别地沿着其大体上平面的或平坦的表面142滚动。致动器组件136、138的延伸或收缩为凸轮套提供选择性移动，这继而以本领域公知的方式改变泵的冲程或排量。凸轮环被支撑在泵腔中，更特别地是由充满泵流体(这里为喷射燃料)的轴颈轴承170支撑在凸轮套130内。轴颈轴承170限定了流体静压、流体动压、或流体静压/流体动压混合轴承。

由于在叶片的外部末端和旋转凸轮环之间产生的摩擦力，凸轮环以与转子的叶片相同、稍大、或稍低的速度在凸轮套130中转动。换句话说，由于没有互锁凸轮环以便与转子一起旋转的结构性元件，凸轮环相对于转子自由旋转。由于凸轮环120被流体膜轴承170支撑，凸轮环120具有幅值低得多的粘性阻力，所述粘滞阻力否则会导致机械损失和泵效率的降低。轴颈轴承170所带来的提高的效率是现有的泵所希望的一个特征。

为了向轴颈轴承170供应凸轮轴承流体，供给孔160贯穿凸轮套130延伸且与轴颈轴承170连通(见图2)。端口板190、192(图2)设置在转子的相对两侧，且包括从中穿过的通道194，该通道194在一端与凸轮轴承供给孔160连通且在相对端与压力板200、202中的通道196连通。这种泵的结构和操作的更具体细节可以在共同拥有的美国专利NO.7,108,493中找到，该专利的细节结合在此作为参考。

图3示出了所提出的配置，该配置将响应预先选定的条件选择性地切断或调节凸轮轴承流量。更特别地，例如为滑阀210的阀具有压力表面或感应区(senseland)212、214，其分别通过通道216与增压进口压力连通和通过通道218与增压排出压力连通。偏压元件，例如弹簧220，在防止通道230(其与泵排出压力连通)与凸轮轴承供给孔160之间通过端口板中的中间通道194连通的方向上推动阀芯。在该优选配置中，阀组件位于图2的圆圈区域中，也就是说，阀装置位于压力板202中。

在低增压级压力上升时，泵的速度低，凸轮轴承流量不是必需的。因此，通道218处于足够低的压力以致于作用在表面214上的合力不足以克服弹簧220的偏压以及作用在阀表面212(其通过通道216被提供增压入口压力)上的力。通过这样的方式，滑阀的端部240切断供应泵压力的泵排出压力通道230与供给凸轮轴承流体的通道194、160之间的连通。

在高增压级压力上升时，泵的速度高，凸轮轴承流量对于旋转环叶片泵的功能是必要的。因此，滑阀210向右移动到打开位置，允许通道230和通道194连通，所述通道194对与流体轴承相关联的凸轮轴承供给孔160进行供给。

一种可替代的配置是监视轴颈轴承的流体动压压力。这在图3中通过虚线250表示。前面描述的配置监视增压级上的压力变化，这必然需要较大的阀，因为增压泵上的压力没有关联的大的变化。另一方面，流体动压压力呈现大的压力上升，因此由于与压力上升相关联的大的力边界值(forcemargin)，可以使用较小的阀。继而，由于通过合适的监视路径250使用较高流体动压压力以及导致对凸轮轴承供给通道160的轴承流体供应的关联控制，阀的尺寸可以减小。

图1中的虚线260代表另一种泵的条件或参数，其可以被监视以确定何时可能调节或切断流到轴颈轴承的轴承流量。特别地，线260表示监视泵的冲程。这里，可以根据其中一个致动组件的位置所检测的泵的冲程260来致动阀。所述阀可以简化为在有关轴承流量的全部流量和切断位置之间，或者可以是调节流到轴颈轴承的轴承流量的更为复杂的阀装置。当泵需要可能的全部流量时，泵被定位在全冲程。在这样的情况下，凸轮环轴承流体流量可以终止。此外，这种泵参数容易被检测或感知，例如在改变泵的排量冲程的致动器组件处。这种信息可以用在控制流到轴承供给通道的流量的阀中。

图4是应用电磁阀300来打开或关闭凸轮轴承流量的示意图。例如，优选的电磁阀的一个实施例选择是否将高压供给轴承。这通过简单的三通电磁阀实现。可替代地，电磁阀300选择将低压或高压供给凸轮环轴承。更特别地，通过通道302供给低压，所述通道302与来自上游增压泵306的增压排出压力304连通，所述上游增压泵306对在入口通道308处提供给增压泵的入口压力加压。电磁阀300可将来自管线302的增压排出压力与凸轮轴承供给通道310连通，所述凸轮轴承供给通道310与示意性表示在上述类型的旋转环叶片泵314上的外部端口312相关联。可替代地，来自通道316的高压在管线318中接收泵排出压力，该管线318可替代地通过三通电磁阀300与凸轮轴承供给通道310连通。因此，电磁阀有利地选择是否提供低压或高压给所述轴承。

当然，本领域技术人员将认识到，可以结合其它外部阀装置。在没有不适当限制本发明的情况下，其它阀装置可包括电动液压伺服阀，或者与图3中示出的类似的、但位于泵送元件外部的滑阀装置。所述电动液压伺服阀和滑阀装置同样允许对凸轮轴承流量的主动控制以达到任何所需的量。

总而言之，所提出的装置在各种运行条件下，例如低速下，选择性地切断或调整凸轮轴承流量。安放(ride)在轴承中的凸轮环由凸轮环和泵的叶片之间的摩擦力驱动。在低速时，其通常小于最大速度的百分之二十(20％)，叶片和凸轮环之间产生的摩擦力不足以高到启动凸轮环的旋转，因此凸轮环轴承流量是不需要的。在低速条件下轴承流量的减小或取消增加了泵送元件的容积效率，从而对于给定的流量，所需的泵排量较小，且因此允许泵送系统的尺寸设定点处于更希望的动力输出条件下。这继而减小了包装尺寸和重量。在较高速度时，所提出的装置将开启凸轮轴承流量。在较高速度时，需要凸轮轴承流量以便适当地运行轴承和从而运行旋转环叶片泵。

本发明已参考优选实施例予以说明。通过阅读和理解此说明书，可以想到其它修改和变型。本发明旨在包括所有这样的修改和变型，只要它们在所附权利要求或其等同方案的范围内。

Claims (15)

1.一种泵组件，包括：

壳体，所述壳体具有与入口和出口连通的腔；

旋转环可变排量叶片泵，所述叶片泵容纳在所述腔中，用于将能量赋予所述腔中的流体；

流体轴承，所述流体轴承支撑所述腔中的泵；和

控制器，所述控制器响应(ⅰ)流体动压轴承压力、(ⅱ)增压流压力和(ⅲ)泵的冲程之一来选择性地改变流到轴承的流体，所述控制器包括具有压力表面的流量阀，所述压力表面与来自增压泵的排出压力和来自增压泵的入口压力连通。

2.根据权利要求1的组件，其特征在于，当液体动压压力低时，所述控制器限制流到轴承的流体。

3.根据权利要求2的组件，其特征在于，在系统运行、启动和动力输出的热夹点期间，所述控制器限制流到轴承的流体。

4.根据权利要求1的组件，其特征在于，所述流量阀位于壳体的压力板内。

5.根据权利要求1的组件，其特征在于，所述流量阀朝关闭位置被偏压。

6.根据权利要求1的组件，其特征在于，所述控制器包括与增压排出压力和泵排出压力连通的电磁阀。

7.根据权利要求6的组件，其特征在于，所述电磁阀调节凸轮轴承流体向泵的供给。

8.根据权利要求1的组件，其特征在于，泵的冲程被监视并且泵的冲程致动一阀，所述阀响应泵的冲程来调节流到凸轮轴承的流体流量。

9.一种运行泵的方法，包括：

提供具有与泵的入口和泵的出口连通的腔的壳体；

使在所述腔中的可变排量旋转环叶片泵旋转，以用于将能量赋予所述腔中的流体；

通过流体轴承将所述泵支撑在所述腔中；和

响应(ⅰ)流体动压轴承压力、(ⅱ)增压流压力和(ⅲ)泵的冲程之一选择性地改变流到轴承的流体；

所述方法包括使用电磁阀，所述电磁阀响应增压流动压力以用于控制向流体轴承的流体供给。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述方法还包括在系统运行、启动和动力输出的热夹点期间，限制流到轴承的流体。

11.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述方法还包括在流体动压压力低时，限制流到轴承的流体。

12.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述方法还包括提供具有压力表面的流量阀，所述压力表面与来自增压泵的排出压力和来自增压泵的入口压力连通。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述方法还包括将流量阀设置在泵内。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述方法还包括将流量阀设置在壳体的压力板内。

15.根据权利要求9的方法，其特征在于，所述方法还包括监视泵的冲程，以及响应泵的冲程致动用于调节流到凸轮轴承的流体流量的阀。