CN103375269A - 计量阀 - Google Patents

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Abstract

一种计量阀组件包括计量阀套和计量阀芯。计量阀套包括入口窗组和出口窗组，出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗。第一出口窗的内宽度与第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间。第二出口窗的内宽度与第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间。计量阀芯包括第一、第二和第三圆柱部分。计量阀芯构造成沿着计量阀套的纵轴线双向地移动并且控制相对于第一、第二和第三圆柱部分在入口窗组和出口窗组之间的流体流量。

Description

计量阀
技术领域
本发明涉及一种燃料流量控制器，并且更具体地涉及一种计量阀。
背景技术
系统(例如燃气轮机)内的燃料流量控制包括控制和保持燃料控制器的燃料控制器壳体内的压力。为了控制和保持燃料控制器壳体内的压力，常常通过控制阀的组合来增加和减少燃料流量以及使其转向。在计量燃料之前容积泵对燃料加压，然后输送到发动机。容积泵的尺寸通常被设置成保证在所有可能的操作条件下都有过剩的流量容积。泵的输出被输送到燃料计量阀，燃料计量阀与旁通的压力调节阀(PRV)一起计量流到发动机的燃料燃烧流的流率。燃料系统的适当控制基于燃料系统内所有阀的一致操作。没有一致的阀操作，燃料系统可能变得不可预测。
发明内容
示范实施例包括一种具有计量阀套和计量阀芯(valve spool)的计量阀组件。计量阀套包括入口窗组和出口窗组。出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗。第一出口窗的内宽度与第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间。第二出口窗的内宽度与第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间。计量阀芯包括第一圆柱部分、第二圆柱部分以及形成在第一和第二圆柱部分之间的第三圆柱部分。计量阀芯构造成沿着计量阀套的纵轴线双向地移动并且控制相对于第一、第二和第三圆柱部分在入口窗组和出口窗组之间的流体流量。
另一个示范实施例包括一种燃料控制器，其具有构造成控制燃料的计量压力的压力调节阀段以及构造成在计量压力下计量燃料燃烧流的计量阀段。计量阀段包括具有计量阀套和计量阀芯的计量阀组件。计量阀套包括入口窗组和出口窗组。出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗。第一出口窗的内宽度与第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间。第二出口窗的内宽度与第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间。计量阀芯包括第一圆柱部分、第二圆柱部分以及形成在第一和第二圆柱部分之间的第三圆柱部分。计量阀芯构造成沿着计量阀套的纵轴线双向地移动并且控制相对于第一、第二和第三圆柱部分在入口窗组和出口窗组之间的燃料燃烧流。
再一个示范实施例包括一种将计量阀组件安装在燃料控制器中的方法。该方法包括将计量阀套插入燃料控制器壳体的计量阀段。计量阀套包括入口窗组和出口窗组。出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗。第一出口窗的内宽度与第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间。第二出口窗的内宽度与第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间。计量阀芯被布置在计量阀套内。计量阀芯包括第一圆柱部分、第二圆柱部分以及形成在第一和第二圆柱部分之间的第三圆柱部分。第一圆柱部分和第二圆柱部分具有基本相同的第一直径。第三圆柱部分具有第二直径。第一直径与第二直径的比率在2.52和2.63之间。计量阀芯被布置成在计量阀套的内径和第一直径之间形成0.0003和0.0006英寸(0.000762-0.001524cm)的径向间隙。
附图说明
在说明书后面的权利要求具体地指明并清楚地声明了本发明的主题。本发明的前述和其他特征及优点通过下面结合附图的详细说明变得明白，其中：
图1示意地示出了用于调节燃料流量的燃料控制器壳体部分的透视图；
图2示意地示出了图1的燃料控制器壳体部分的容纳壳段和计量阀段的剖视图；
图3示出了图2的计量阀芯和计量阀套的透视图；
图4示意地示出了图2的计量阀芯的剖视图；
图5示意地示出了图2的计量阀套的剖视图；
图6示意地示出了图2的计量阀套的第一出口窗的顶视图；
图7示意地示出了图2的计量阀套的第二出口窗的顶视图。
具体实施方式
图1示意地示出了用于调节系统(例如飞机燃气涡轮发动机)的燃料流量的燃料控制器102的燃料控制器壳体部分100的透视图。在一个实施例中，燃料控制器壳体部分100包括压力调节阀段105、计量阀段110、通常邻近计量阀段110的容纳壳段115以及伺服最小压力阀段120。其他的阀、控制器和反馈特征(未示出)也可以被包含在燃料控制器壳体部分100中或者在燃料控制器102的其他部分(未示出)中。流入燃料控制器壳体部分100的燃料在泵段125中被加压。加压流在计量阀段110中被计量，然后作为燃料燃烧流在计量压力下被输出。压力调节阀段105设定和控制计量阀段110的计量压力。燃料控制器102还能为致动器(未示出)提供流体压力，其中，伺服最小压力阀段120形成最小压力并将过剩流量排到压力调节阀段105。
图2示意地示出了图1的容纳壳段115和计量阀段110的剖视图，包括根据一个实施例的计量阀组件150。计量阀组件150包括被布置在计量阀套210中的计量阀芯200。计量阀芯200包括第一圆柱部分201和第二圆柱部分202。第三圆柱部分203形成在第一和第二圆柱部分201，202之间。当计量阀芯200和计量阀套210被同心地布置时，第一和第二圆柱部分201，202以及第三圆柱部分203之间的不同直径形成了空间213。
在一个实施例中，计量阀套210包括入口窗组211和出口窗组212。出口窗组212包括第一出口窗212a和第二出口窗212b。当计量阀芯200被定位在计量阀套210内使得所述空间213的至少一部分与入口和出口窗组211，212对准时，流体(例如燃料)能在入口窗组211处以入口窗压力P1流过空间213，并以计量压力P2流出出口窗组212。如箭头251，252所示的，计量阀芯200能沿着纵轴线250双向地移动，以控制入口窗组211和出口窗组212之间的燃料燃烧流。计量阀芯200在计量阀套210内沿箭头251的方向的移动可以被计量阀芯200的限制唇缘205和计量阀套210的限制唇缘225限制。计量阀芯200在计量阀套210内沿着纵轴线250沿箭头252的方向的移动可以被容纳壳300限制。计量阀套210相对于计量阀段110保持固定。
容纳壳段115包括容纳壳300，容纳壳300构造成将线性可变差动变送器(LVDT)215相对于燃料控制器壳体部分100保持在固定位置。LVDT215为计量阀芯200的位置控制提供位置反馈。平移构件218从LVDT215延伸并联接到计量阀芯200的端部222，使得计量阀芯200的轴向位置和移动能够被LVDT215探测到。
图3示出了单独的计量阀芯200和单独的计量阀套210的透视图。图3还示出了同心布置的计量阀芯200和计量阀套210的透视图。如图3所示，入口窗组211中的六个入口窗的每一个都为大致矩形。出口窗212a，212b相对彼此偏离大约180度并且具有不同的形状。在一个实施例中，出口窗212a，212b的形状都被限定为对数轮廓。出口窗212a，212b的对数轮廓可以基于图2的计量阀段110中的期望流量和压力以及计量阀芯200和计量阀套210的各种轴向长度和直径来设计。出口窗212a，212b的对数轮廓提供了在入口窗组211和出口窗212a，212b之间的紧密受控的入口和出口流动路径。在一个实施例中，入口窗组211的尺寸被设置成降低计量阀组件150内的压降。
图4示出了根据一个实施例的计量阀芯200的更多细节的剖视图。计量阀芯200具有从限制唇缘205到滑槽端部230的大约3.325英寸(8.45cm)的长度L1、从限制唇缘205到第一圆柱部分201的中断边缘232的大约0.94英寸(2.39cm)的长度L2、以及从限制唇缘205到第二圆柱部分202的中断边缘234的大约2.011英寸(5.11cm)的长度L3。长度L1与长度L2的比率在3.51和3.56之间。长度L1与长度L3的比率在1.65和1.66之间。
第一圆柱部分201包括第一凹槽段240。第二圆柱部分202包括第二凹槽段242。在一个实施例中，第一凹槽段240距离限制唇缘205的长度L4大约是0.51英寸(1.30cm)，并且包括跨越大约0.35英寸(0.89cm)的轴向长度L5的八个凹槽。在一个实施例中，第二凹槽段242距离限制唇缘205的长度L6大约是2.50英寸(6.35cm)，并且包括跨越大约0.15英寸(0.38cm)的轴向长度L7的四个凹槽。
第一半径R1在第一圆柱部分201和第三圆柱部分203之间过渡。第二半径R2在第二圆柱部分202和第三圆柱部分203之间过渡。在一个实施例中，第一半径R1和第二半径R2基本相等，并且具有大约0.125英寸(0.318cm)的值。第一圆柱部分201和第二圆柱部分202具有基本相等的至少0.707英寸(1.80cm)的外径D1。第三圆柱部分203具有大约0.275英寸(0.70cm)的外径D2。限制唇缘205具有大约0.995英寸(2.53cm)的外径D3。外径D1与D2的比率在2.52和2.63之间。外径D3与D1的比率在1.40和1.41之间。
图5示出了根据一个实施例的计量阀套210的更多细节的剖视图。计量阀套210具有最大为0.71英寸(1.80cm)的内径D4。对每一组匹配的计量阀芯200和计量阀套210来说，在计量阀套210的内径D4和图4的计量阀芯200的外径D1之间保持0.0003-0.0006英寸(0.000762-0.001524cm)的径向间隙。计量阀套210的外径D5大约是0.9885英寸(2.51cm)。计量阀套210的限制唇缘225具有大约1.21英寸(3.07cm)的直径D6。
在一个实施例中，计量阀套210具有从限制唇缘225到计量阀套端部260的大约3.234英寸(8.21cm)的长度L8。入口窗组211设置在距离限制唇缘225大约0.898英寸(2.28cm)的长度L9处。入口窗组211的六个入口窗的每一个都具有大约0.203英寸(0.516cm)的长度L10以及大约0.300英寸(0.762cm)的宽度W1。第一出口窗212a的外边缘262位于距离限制唇缘225大约1.59英寸(4.04cm)的长度L11处。第一出口窗212a具有大约0.548英寸(1.39cm)的外长度L12以及大约0.36英寸(0.914cm)的内长度L16，其中，大约0.094英寸(0.239cm)的轮廓半径R3提供从第一出口窗212a的外边缘262到内边缘266的过渡。内边缘266比外边缘262在径向上更靠近纵轴线250。第二出口窗212b的外边缘264位于距离限制唇缘225大约1.71英寸(4.34cm)的长度L13处。第二出口窗212b具有大约0.428英寸(1.09cm)的外长度L14以及大约0.24英寸(0.610cm)的内长度L17，其中，大约0.094英寸(0.239cm)的轮廓半径R4提供从第二出口窗212b的外边缘264到内边缘268的过渡。内边缘268比外边缘264在径向上更靠近纵轴线250。计量阀套210还包括位于距离限制唇缘225大约2.666英寸(6.77cm)的长度L15处的一对孔270。所述孔270的每一个相对于彼此偏离大约180度并且具有大约0.033英寸(0.084cm)的直径D7。
长度L8与长度L9的比率在3.57和3.63之间。长度L8与长度L11的比率在2.03和2.04之间。长度L8与长度L13的比率在1.88和1.90之间。宽度W1与长度L10的比率在1.43和1.53之间。内长度L16与长度L10的比率在1.73和1.82之间。内长度L17与长度L10的比率在1.15和1.22之间。外长度L12与外长度L14的比率在1.15和1.42之间。
图6示意地示出了根据一个实施例的计量阀套210的第一出口窗212a的顶视图，并且图7示意地示出了根据一个实施例的计量阀套210的第二出口窗212b的顶视图。第一出口窗212a包括颈部272，颈部272具有在轴线A之上的切口274，其中，除了切口274之外，第一出口窗212a关于轴线A基本对称。第一出口窗212a还包括主体部分276。半径R5限定了颈部272的曲率。半径R6和R7限定了主体部分276的曲率。半径R5大约是0.01英寸(0.0254cm)。半径R6大约是0.03英寸(0.0762cm)。半径R7大约是0.05英寸(0.127cm)。
第二出口窗212b包括关于轴线A’基本对称的主体部分278和颈部280。半径R8限定颈部280的曲率，并且大约是0.01英寸(0.0254cm)。在一个实施例中，第一出口窗212a的主体部分276与第二出口窗212b的主体部分278基本相同，如从表1能更详细地看出。表1中提供了限定第一出口窗212a的点的第一对数轮廓，X值沿着轴线A，Y1值在轴线A之上，Y3值在轴线A之下。表1还包括限定第二出口窗212b的点的第二对数轮廓，X值沿着轴线A’并且Y2绕着轴线A’。表2以厘米而不是英寸来表示表1的数据。应当明白表1和2中的值以及本文所述的其他值可具有制造公差。从表1和2以及图6和7能看出第一出口窗212a具有大约0.54英寸(1.37cm)的内宽度W2，其基本等于第二出口窗212b的内宽度W3。内宽度W2与内长度L16的比率在1.48和1.52之间。内宽度W3与内长度L17的比率在2.21和2.29之间。内宽度W2与内宽度W1的比率在1.76和1.84之间。
表1以英寸为单位的出口窗坐标
X Y1 Y2 Y3
0 0 0
0 0.0135 0.0135
0.068 0.0135 0.0135
0.12 0.0405 0 0.0135
0.12 0.0135 0.0135 0.0135
0.135 0.019 0.019 0.019
0.15 0.023 0.023 0.023
0.17 0.039 0.039 0.039
0.19 0.061 0.061 0.061
0.21 0.086 0.086 0.086
0.23 0.129 0.129 0.129
0.25 0.188 0.188 0.188
0.266 0.234 0.234 0.234
0.277 0.27 0.27 0.27
0.32 0.27 0.27 0.27
0.36 0.27 0.27 0.27
表2以厘米为单位的出口窗坐标
X(cm) Y1(cm) Y2(cm) Y3(cm)
0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0343 0.0343
0.1727 0.0343 0.0343
0.3048 0.1029 0.0000 0.0343
0.3048 0.0343 0.0343 0.0343
0.3429 0.0483 0.0483 0.0483
0.3810 0.0584 0.0584 0.0584
0.4318 0.0991 0.0991 0.0991
0.4826 0.1549 0.1549 0.1549
0.5334 0.2184 0.2184 0.2184
0.5842 0.3277 0.3277 0.3277
0.6350 0.4775 0.4775 0.4775
0.6756 0.5944 0.5944 0.5944
0.7036 0.6858 0.6858 0.6858
0.8128 0.6858 0.6858 0.6858
0.9144 0.6858 0.6858 0.6858
在本文中参考图1-7描述了一种将计量阀组件150安装在燃料控制器102中的方法。计量阀套210被插入燃料控制器壳体部分100的计量阀段110。如前面所述，计量阀套210包括入口窗组211和出口窗组212。出口窗组包括具有如表1和2中详细限定的第一对数轮廓的第一出口窗212。第二出口窗212b具有如表1和2中详细限定的第二对数轮廓。计量阀芯200被布置在计量阀套210内。计量阀芯200包括第一、第二和第三圆柱部分201、202和203。第一圆柱部分201和第二圆柱部分202具有基本相等的第一直径D1，并且第三圆柱部分203具有第二直径D2。计量阀芯200被布置成在计量阀套210的内径D4和第一直径D1之间形成0.0003和0.0006英寸(0.000762-0.001524cm)的径向间隙。LVDT215联接到计量阀芯200并被容纳壳300保持在容纳壳段115内。
虽然仅结合有限数量的实施例来详细描述了本发明，但应当易于理解的是本发明不限于此类公开的实施例。相反，本发明能被修改以包括未曾描述过但符合本发明的精神和范围的任何数量的变化、替换、取代或等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的多个实施例，但应当理解的是本发明的一些方面可仅包括所描述实施例的一部分。因此，本发明不应被看作为受到前面描述的限制，而是仅受所附权利要求范围的限制。

Claims (20)

1.一种计量阀组件，包括：
计量阀套，所述计量阀套包括入口窗组和出口窗组，所述出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗，其中，所述第一出口窗的内宽度与所述第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间，并且所述第二出口窗的内宽度与所述第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间；以及
计量阀芯，所述计量阀芯包括第一圆柱部分、第二圆柱部分以及形成在所述第一和第二圆柱部分之间的第三圆柱部分，其中，所述计量阀芯构造成沿着所述计量阀套的纵轴线双向地移动并且控制相对于所述第一、第二和第三圆柱部分在所述入口窗组和所述出口窗组之间的流体流量。
2.如权利要求1的计量阀组件，其中，所述第一圆柱部分和所述第二圆柱部分具有基本相等的第一直径，所述第三圆柱部分具有第二直径，并且所述第一直径与所述第二直径的比率在2.52和2.63之间。
3.如权利要求2的计量阀组件，其中，所述计量阀套的内径比所述第一直径大0.0003和0.0006英寸(0.000762-0.001524cm)之间。
4.如权利要求1的计量阀组件，其中，所述入口窗组包括六个大致矩形的入口窗，每个入口窗的宽度与长度的比率在1.43和1.53之间。
5.如权利要求1的计量阀组件，还包括形成在所述计量阀芯上的限制唇缘和形成在所述计量阀套上的限制唇缘，所述限制唇缘构造成限制所述计量阀芯相对于所述计量阀套沿所述纵轴线的移动。
6.如权利要求5的计量阀组件，其中，第一长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和计量阀套端部之间，第二长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和所述入口窗组之间，并且所述第一长度与所述第二长度的比率在3.57和3.63之间。
7.如权利要求6的计量阀组件，其中，第三长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和所述第一出口窗的外边缘之间，并且所述第一长度与所述第三长度的比率在2.03和2.04之间。
8.如权利要求7的计量阀组件，其中，第四长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和所述第二出口窗的外边缘之间，并且所述第一长度与所述第四长度的比率在1.88和1.90之间。
9.如权利要求1的计量阀组件，其中，所述第一出口窗的外长度与所述第二出口窗的外长度的比率在1.15和1.42之间。
10.如权利要求1的计量阀组件，其中，所述第一出口窗的第一对数轮廓由表1中列出的关于所述第一出口窗的轴线A的一组坐标X，Y1，Y3限定，并且所述第二出口窗的第二对数轮廓由表1中列出的关于所述第二出口窗的轴线A’的一组坐标X，Y2限定。
11.一种燃料控制器，包括：
压力调节阀段，所述压力调节阀段构造成控制燃料的计量压力；以及
计量阀段，所述计量阀段构造成计量在所述计量压力下的燃料燃烧流，所述计量阀段包括计量阀组件，所述计量阀组件包括：
计量阀套，所述计量阀套包括入口窗组和出口窗组，所述出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗，其中，所述第一出口窗的内宽度与所述第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间，并且所述第二出口窗的内宽度与所述第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间；和
计量阀芯，所述计量阀芯包括第一圆柱部分、第二圆柱部分以及形成在第一和第二圆柱部分之间的第三圆柱部分，其中，所述计量阀芯构造成沿着所述计量阀套的纵轴线双向地移动并且控制相对于所述第一、第二和第三圆柱部分在所述入口窗组和所述出口窗组之间的所述燃料燃烧流。
12.如权利要求11的燃料控制器，其中，所述第一圆柱部分和所述第二圆柱部分具有基本相等的第一直径，所述第三圆柱部分具有第二直径，并且所述第一直径与所述第二直径的比率在2.52和2.63之间。
13.如权利要求12的燃料控制器，其中，所述计量阀套的内径比所述第一直径大0.0003和0.0006英寸(0.000762-0.001524cm)之间。
14.如权利要求11的燃料控制器，其中，所述入口窗组包括六个大致矩形的入口窗，每个入口窗的宽度与长度的比率在1.43和1.53之间。
15.如权利要求11的燃料控制器，还包括形成在所述计量阀芯上的限制唇缘和形成在所述计量阀套上的限制唇缘，所述限制唇缘构造成限制所述计量阀芯相对于所述计量阀套沿所述纵轴线的移动。
16.如权利要求15的燃料控制器，其中，第一长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和计量阀套端部之间，第二长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和所述入口窗组之间，并且所述第一长度与所述第二长度的比率在3.57和3.63之间。
17.如权利要求16的燃料控制器，其中，第三长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和所述第一出口窗的外边缘之间，并且所述第一长度与所述第三长度的比率在2.03和2.04之间；并且
其中，第四长度被限定在所述计量阀套的限制唇缘和所述第二出口窗的外边缘之间，并且所述第一长度与所述第四长度的比率在1.88和1.90之间。
18.如权利要求11的燃料控制器，其中，所述第一出口窗的外长度与所述第二出口窗的外长度的比率在1.15和1.42之间
19.如权利要求11的燃料控制器，还包括容纳壳段，所述容纳壳段包括容纳壳和被联接到所述计量阀芯的线性可变差动变送器，其中，所述计量阀芯在所述计量阀套内沿着所述纵轴线在一个方向上的移动受到所述容纳壳的限制。
20.一种将计量阀组件安装在燃料控制器中的方法，所述方法包括：
将计量阀套插入燃料控制器壳体的计量阀段，所述计量阀套包括入口窗组和出口窗组，所述出口窗组包括具有第一对数轮廓的第一出口窗和具有第二对数轮廓的第二出口窗，其中，所述第一出口窗的内宽度与所述第一出口窗的内长度的比率在1.48和1.52之间，并且所述第二出口窗的内宽度与所述第二出口窗的内长度的比率在2.21和2.29之间；以及
将计量阀芯布置在所述计量阀套内，所述计量阀芯包括第一圆柱部分、第二圆柱部分以及形成在所述第一和第二圆柱部分之间的第三圆柱部分，其中，所述第一圆柱部分和所述第二圆柱部分具有基本相同的第一直径，所述第三圆柱部分具有第二直径，并且所述第一直径与所述第二直径的比率在2.52和2.63之间，并且所述计量阀芯被布置成在所述计量阀套的内径和所述第一直径之间形成0.0003和0.0006英寸(0.000762-0.001524cm)的径向间隙。
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