CN103782012B - 喷射泵驱动再循环系统、燃料系统和操作燃料系统的方法 - Google Patents

Abstract

公开了燃料歧管中的冷却流再循环，例如与燃气涡轮发动机相关联的燃料歧管中的冷却流再循环。根据本发明的至少一些方面的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的示例性系统可以包括：分流阀，该分流阀中布置有滑阀，该分流阀具有附接至其上的引导歧管和主歧管；喷射泵，该喷射泵流体联接到引导歧管，该喷射泵被布置成在引导唯一操作模式下通过冷却流回路来驱动经由主歧管的冷却流再循环；以及/或者燃料喷嘴，该燃料喷嘴与引导歧管和主歧管流体连通。

Description

喷射泵驱动再循环系统、燃料系统和操作燃料系统的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月9日提交的美国临时申请No.61/532,924的权益，该专利通过引用结合到本说明书中。

技术领域

本发明涉及用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统、燃料系统，和操作燃料系统的方法。

背景技术

本说明书中所公开的主题总体涉及燃料系统，并且更具体地涉及燃料歧管(例如与燃气涡轮发动机相关联的燃料歧管)中的冷却流再循环。

低排放燃烧可以利用燃料喷嘴内的引导(pilot)燃料流回路以及主燃料流回路。燃料喷嘴的引导回路和主回路均可以分别由分离的引导燃料歧管和主燃料歧管来进给。存在需要通过喷嘴的主流关闭的发动机操作条件。在这种情况下，参考对非流动燃料歧管的冷却。问题在于：当一些燃料回路是流动燃料并且其它回路不是流动燃料时，存在非流动回路中结焦(coke)的风险。例如，主流关闭操作可能存在主燃料回路中结焦的风险。对该担心的一种解决方案是在引导唯一操作期间通过主回路提供冷却流。现有的方法增加了显著的重量和消耗所需的发动机包络(engineenvelope)或者造成不期望的燃料动态和有限的打开主流的能力。例如，一些方法已利用回到泵进口的再循环。该方法的缺点是其需要喷嘴上的另一种装置、要求通过发动机支架导引(routing)、以及增加重量。此外，利用回到泵进口的再循环使得在实施过程中难以找到必需的罩下空间(undercowl space)。现有领域中的该方法和其它方法已显示出对于燃料流动态响应的更多担心，原因是这种动态响应能够造成发动机操作性问题以及涉及无法令人满意地使主燃料回路在低总体测量流下流动的额外挑战。

发明内容

为了说明性教导而非构成限制而由包括示例性实施例的本发明来提供上述问题(多个问题)的至少一种解决方案。根据本发明的一些示例性实施例可以利用喷射泵驱动再循环回路来以重量有效并且在提供主流和燃料系统动态响应的能力方面有利的方式提供对燃料歧管的冷却。此外，一些示例性实施例可以在所有需要的流速下提供稳健的燃料输送同时保持重量有效并且相对于备选方法提供更高的冷却性能。

根据本发明的至少一些方面的一种用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的示例性系统可以包括：分流阀，该分流阀中布置有滑阀(spoolvalve)，该分流阀具有附接至其上的引导歧管和主歧管；喷射泵，该喷射泵流体联接到引导歧管，该喷射泵被布置成在引导唯一操作模式下通过冷却流回路来驱动经由主歧管的冷却流的再循环；以及/或者燃料喷嘴，该燃料喷嘴与引导歧管和主歧管流体连通。

根据本发明的至少一些方面的一种示例性燃料系统可以包括：引导歧管，该引导歧管流体联接在分流阀与燃料喷嘴之间；主歧管，该主歧管流体联接在分流阀与燃料喷嘴之间；喷射泵，该喷射泵被操作性地布置成与引导歧管流体连通，使得通过引导歧管从分流阀通向燃料喷嘴的引导流动流流过喷射泵并且在该喷射泵中产生低静态压力区域；冷却流回路，该冷却流回路操作性地联接主歧管和喷射泵的低静态压力区域；以及/或者冷却流连接器，该冷却流连接器在喷射泵下游操作性地联接主歧管与引导歧管。在引导唯一模式下，可以建立通过冷却流连接器、通过朝向分流阀的主歧管、并且通过冷却流回路而从引导歧管通向喷射泵的低静态压力区域的冷却流。在主加(main plus)引导模式下，可以在主歧管中建立从分流阀通向燃料喷嘴的主流动流。

根据本发明的至少一些方面的一种操作燃料系统的方法可以包括：通过引导歧管将引导流动流从分流阀导向至燃料喷嘴，该引导歧管包括流体联接到其上的喷射泵，这使得通过喷射泵的引导流动流在喷射泵内产生低静态压力区域；当选择引导唯一模式时，通过主歧管从接近燃料喷嘴处向分流阀提供冷却流，其中包括将冷却流从引导歧管导向至接近燃料喷嘴的主歧管并且通过冷却流回路将冷却流从分流阀导向至喷射泵的低静态压力区域；以及当选择所述主加引导模式时，通过主歧管从分流阀向燃料喷嘴提供主流动流。

附图说明

本说明书中具体指出和要求保护寻求专利权利要求范围的主题。然而，可以通过参照下文结合附图的描述来最佳理解该主题及其实施例，在附图中：

图1是示例性系统的示意图，其中示出了冷却流被激活(activated)的引导流操作；

图2是示例性系统的示意图，其中示出了与冷却流被停用的(deactivated)、与主流操作相结合的引导流操作；以及

图3是流程图，其中示出了全部根据本发明的至少一些方面的操作燃料系统的示例性方法。

具体实施方式

在下文的具体实施方式中，参照形成所述具体实施方式的一部分的附图。在附图中，除非上下文另有说明，否则相似的符号典型地表示相似的部件。具体实施方式、附图、和权利要求中所描述的说明性实施例不意味着构成限制。在不偏离此处所提出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行其它改变。应当易于理解，如本说明书中大体描述以及附图中所示的，本发明的方面能够以多种不同的构造布置、代替、组合、和设计，所有的所述多种不同构造都能够被明确构想并且构成本发明的一部分。

其中，本发明包括燃料系统，并且更具体地，包括燃料歧管(例如与燃气涡轮发动机相关联的燃料歧管)中的冷却流再循环。

参照附图，其中相同的附图标记在全部各个视图中表示相同元件，图1和图2总体示出了用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的示例性系统10。系统10可以包括分流阀20、喷射泵30、一根或多根歧管、一个或多个燃料喷嘴60、以及/或者冷却流回路70。实施例包括其中分流阀20具有附接至其上的两根歧管的那些实施例：引导歧管40(该引导歧管40可以流体联接在分流阀20与燃料喷嘴60之间)和主歧管50(该主歧管50可以流体联接在分流阀20与燃料喷嘴60之间)。进一步的实施例包括其中分流阀20中布置有根据需要将燃料导引至引导燃料回路42和主燃料回路52的滑阀(spool valve)21的那些实施例，引导燃料回路42和主燃料回路52分别与引导歧管40和主歧管50相对应。喷射泵30可以流体联接到引导歧管并且/或者可以与包含分流阀20的结构相关联。例如，喷射泵30可以布置于分流阀20的壳体21内并且/或者喷射泵30可以根据需要与引导歧管40流体连通。在一些示例性实施例中，喷射泵30可以被布置成与分流阀20的壳体21分离但是流体连接。进一步的备选方式提供主歧管50，其根据需要附接至分流阀20并且被放置成与分流阀20流体连通。一个或多个燃料喷嘴60根据需要附接至歧管40、50并且被放置成与歧管40、50流体连通。

参照图1，总体流100从分流阀20的大体上游(例如，从燃料泵)被接收并且随后进入分流阀20。至少一部分由分流阀20接收的总体流100被导引至引导歧管40和引导燃料回路42的下游，从而变为引导流动流44。分流阀20可以被构造成导引总体流100而提供了仅通过引导燃料回路42的燃料流(引导唯一模式)或者通过引导燃料回路42和主燃料回路52的燃料流(主加引导模式)。

进一步参照图1，当需要引导唯一操作时，分流阀20内的滑阀21通过全能数字式发动机控制器(FADEC)5来定位，使得基本所有进入阀20的总体流100都被计量并且导引至引导歧管40。分流阀20内的滑阀21通过阻止燃料进入主流控制端口24而使引导流动流44与主歧管50隔离，该主流控制端口24将主歧管50流体联接到分流阀20并且可以布置于分流阀20内。引导流动流44通过喷射泵30的文丘里管35，由此相对于引导流动流44的总体压力产生低静态压力区域56。喷射泵30的低压区域56连接至冷却流回路70。更详细地，冷却流室27布置于分流阀20内。冷却流回路70将文丘里管35连接至冷却流室27。冷却流出口端口28形成于阀20上，并且冷却流室27就是在该端口28处连接至文丘里管35。冷却流回路70的额外部段——旁路71——通过控制端口26将主歧管50连接至分流阀20，从而绕过主歧管流端口24。所获得的由喷射泵30产生的压力差驱动来自燃料喷嘴60的引导部分62的冷却流66通过冷却流连接器61，该冷却流连接器61在主喷嘴计量阀67的上游将燃料喷嘴60的引导部分62操作性地联接到燃料喷嘴60的主部分64。冷却流连接器61可以包括冷却流孔口63和/或冷却流止回阀68。主喷嘴计量阀67是参考在燃料喷嘴60的引导部分62处看到的压力的压力，例如通过计量阀参考线65。

冷却流66沿流将通常跟随燃料喷嘴60的主部分64的相反方向(例如，朝向分流阀20)离开燃料喷嘴主流进口60并且通过主歧管50、通过分流阀20上的控制端口26流回，并且流回喷射泵30的低压区域35中，在该低压区域35处，冷却流66与引导流动流44混合。换句话说，引导唯一模式下通过主歧管50的冷却流66和主加引导模式(例如，图2)下的主流动流54可以沿基本相反方向。

参照图2，当需要引导加主流操作时，分流阀20内的滑阀21通过FADEC5定位，使得燃料根据需要继续被导引通过引导歧管40中的引导燃料回路42。此外，需要的总体流100的部分也被阀20内的滑阀21计量并且由此通过主流控制端口24被导引至主歧管50中，由此变为主流动流54。这是通过FADEC5控制滑阀21并且使滑阀21充分移位以使对引导端口22的约束增大且同时使对主流控制端口24的约束减小来实现的。当分流阀20内的滑阀21定位成允许主流54时，滑阀21还阻止燃料进入冷却流端口26，如果不被阻止的话，冷却流端口26否则将喷射泵30的低静态压力区域56连接至主燃料歧管50。因此，在主加引导模式下，滑阀21可以定位成基本阻止冷却流回路70。参考燃料喷嘴60的主部分64处的压力与燃料喷嘴60的引导部分62处的压力造成引导加主流操作期间主压力高于引导压力，由此造成连接引导歧管40与主燃料喷嘴64的冷却流止回阀68关闭。

实施例包括其中具有文丘里管35的喷射泵30被插入到引导流动流44中以便相对于引导流动流44产生低静态压力区域56由此在主流54关闭时提供被驱动通过主歧管50的主燃料回路52的冷却流66的那些实施例。该系统包括被布置成在引导喷嘴与主喷嘴之间流体连通以控制流量的孔口63以及/或者单向止回阀68，该单向止回阀68在图1中所示的引导唯一操作期间允许冷却流66通过燃料喷嘴主流进口69从燃料喷嘴60的引导部分62以及主部分64再循环至主歧管50和主燃料回路52从喷嘴60的引导部分62通过喷嘴60。当期望关闭再循环冷却流66时，备选方式在分流阀20中提供额外的分离端口26，以便允许冷却流66根据需要通过或不通过燃料喷嘴主流进口69。例如FADEC5的控制系统用于提供期望的分流，其中冷却流回路70在通过文丘里管35将分流阀20连接至喷射泵30的低静态压力区域56的过程中被置于可选择范围的流体连通。随着主流动流54进入燃料喷嘴60，其在燃料喷嘴60的主部分64中的压力增大，使得止回阀68关闭。这使主流54与喷嘴60中的引导流44隔离，由此允许向被导引通过喷嘴60的总体燃料增加主流54。

在根据本发明的至少一些方面的一些示例性实施例中，FADEC5控制逻辑可以确定燃料喷嘴中需要的引导流和主流。FADEC5可以使需要的流平移至指定的(commanded)滑阀21位置。FADEC5可以通过基于指定位置和/或滑阀21位置向伺服阀6发送力矩马达电流来提供滑阀21位置的闭环控制，该指定位置和/或滑阀21位置可以由操作性地连接至滑阀21的线性可变差动变压器(LVDT)7提供。伺服阀6可以通过管道11和管道13中的一个或多个来提供伺服流，从而可以使滑阀21移动至指定位置。

图3是流程图，其中示出了根据本发明的至少一些方面操作燃料系统的示例性方法200。该方法200可以包括操作202，该操作202可以包括通过引导歧管将引导流动流从分流阀导向至燃料喷嘴，该引导歧管包括喷射泵，该喷射泵操作性地布置于引导歧管中，使得通过喷射泵的引导流动流在喷射泵内产生低静态压力区域。操作202随后可以是操作204，当选择引导唯一模式时，该操作204可以包括提供通过主歧管从接近燃料喷嘴通向分流阀的冷却流，其中包括将冷却流从引导歧管导向至接近燃料喷嘴的主歧管以及通过冷却流回路将冷却流从分流阀导向至喷射泵的低静态压力区域。操作204随后可以是操作206，当选择主加引导模式时，该操作206可以包括提供通过主歧管从分流阀通向燃料喷嘴的主流动流。

在一些示例性方法中，在引导唯一模式下，冷却流可以流过分流阀的冷却流室。在引导唯一模式下通过主歧管的冷却流和在主加引导模式下通过主歧管的主流动流可以沿基本相反方向。提供通过主歧管的冷却流可以包括使冷却流通过旁路从主歧管到达分流阀，该旁路绕过连接分流阀与主歧管的主歧管流端口。方法200还可以包括使用FADEC来选择引导唯一模式或主加引导模式。使用FADEC来选择引导唯一模式或主加引导模式可以包括定位与分流阀相关联的滑阀。

尽管已描述了用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统的具体实施例，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下能够对其进行各种改型。本书面描述使用例子对本发明进行了公开(其中包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实施本发明(其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的例子。如果这种其它的例子具有与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这种其它的例子包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这种其它的例子落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，所述系统包括：

分流阀，所述分流阀中布置有滑阀，所述分流阀具有附接至其上的引导歧管和主歧管，所述分流阀引导总体流；

喷射泵，所述喷射泵流体联接到所述引导歧管，所述喷射泵被布置成在引导唯一模式下通过冷却流回路来驱动经由所述主歧管的冷却流的再循环；以及

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴与所述引导歧管和所述主歧管流体连通。

2.根据权利要求1所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，

总体流从所述分流阀的大体上游被接收并且进入所述分流阀；并且

其中至少一部分由所述分流阀接收的总体流被导引至所述引导歧管的下游，由此变为引导流动流。

3.根据权利要求2所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，所述分流阀被构造成将总体流在所述引导唯一模式下仅导引至所述引导歧管以及在主加引导模式下导引至所述引导歧管和所述主歧管二者。

4.根据权利要求2所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，

在所述引导唯一模式下，所述滑阀被FADEC定位成使得基本所有进入所述分流阀的总体流被计量和导引至所述引导歧管；

其中，在所述引导唯一模式下，所述滑阀基本阻止总体流进入布置于所述分流阀内的主歧管流端口；

其中引导流动流通过所述喷射泵的文丘里管，由此相对于引导 流动流的总体压力产生低静态压力区域；并且

其中所述喷射泵的低压区域连接至所述冷却流回路。

5.根据权利要求1所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，

所述燃料喷嘴包括主喷嘴计量阀，所述主喷嘴计量阀流体联接到所述主歧管；并且

其中所述主喷嘴计量阀是参考接近所述燃料喷嘴的引导歧管的压力。

6.根据权利要求5所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，在引导唯一模式下，所述主歧管中的冷却流从所述燃料喷嘴流向所述分流阀。

7.根据权利要求2所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，

在主加引导模式下，所述滑阀通过FADEC定位，使得燃料继续被导引通过所述引导歧管中的引导燃料回路；

其中，在主加引导模式下，总体流的一部分由所述滑阀计量并且被导引至所述主歧管中，由此变为主流动流；并且

其中，在所述主加引导模式下，所述滑阀定位成基本阻塞所述冷却流回路。

8.根据权利要求3所述的用于歧管冷却流的喷射泵驱动再循环的系统，其特征在于，

所述主歧管通过主流控制端口流体联接到所述分流阀；

其中所述冷却流回路包括绕过所述主流控制端口的旁路，所述旁路将所述主歧管连接至所述分流阀；

其中，在所述引导唯一模式下，所述滑阀基本阻塞所述主歧管流端口并且冷却流流过所述旁路。

9.一种燃料系统，所述燃料系统包括：

引导歧管，所述引导歧管流体联接在分流阀与燃料喷嘴之间， 所述分流阀引导总体流；

主歧管，所述主歧管流体联接在所述分流阀与所述燃料喷嘴之间；

喷射泵，所述喷射泵被操作性地布置成与所述引导歧管流体连通，使得通过所述引导歧管从所述分流阀通向所述燃料喷嘴的引导流动流流过所述喷射泵并且在所述喷射泵中产生低静态压力区域；

冷却流回路，所述冷却流回路操作性地联接所述主歧管和所述喷射泵的低静态压力区域；以及

冷却流连接器，所述冷却流连接器在所述喷射泵的下游操作性地联接所述主歧管与所述引导歧管；

其中，在引导唯一模式下，建立通过所述冷却流连接器、通过朝向所述分流阀的主歧管、并且通过所述冷却流回路从所述引导歧管通向所述喷射泵的低静态压力区域的冷却流；并且

其中，在主加引导模式下，在所述主歧管中建立从所述分流阀通向所述燃料喷嘴的主流动流。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述引导唯一模式下，冷却流流过所述分流阀的冷却流室。

11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，在所述引导唯一模式下通过所述主歧管的冷却流和在所述主加引导模式下通过所述主歧管的主流动流沿基本相反方向。

12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括主喷嘴计量阀，所述主喷嘴计量阀在所述冷却流连接器的下游流体联接到所述主歧管，所述主喷嘴计量阀是参考接近所述燃料喷嘴的引导歧管的压力。

13.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述主歧管通过主流控制端口流体联接到所述分流阀；

其中所述冷却流回路包括绕过所述主流控制端口的旁路，所述旁路将所述主歧管联接到所述分流阀；

其中，所述分流阀中布置有滑阀，在所述引导唯一模式下，所述滑阀基本阻塞所述主流控制端口并且冷却流流过所述旁路。

14.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述喷射泵布置于所述分流阀的壳体内。

15.一种操作燃料系统的方法，所述方法包括：

通过引导歧管将引导流动流从分流阀导向至燃料喷嘴，所述引导歧管包括流体联接到其上的喷射泵，使得通过所述喷射泵的引导流动流在所述喷射泵内产生低静态压力区域，所述分流阀引导总体流；

当选择引导唯一模式时，通过主歧管从接近所述燃料喷嘴处向所述分流阀提供冷却流，其中包括将冷却流从所述引导歧管导向至接近所述燃料喷嘴的主歧管并且通过冷却流回路将冷却流从所述分流阀导向至所述喷射泵的低静态压力区域；以及

当选择主加引导模式时，通过所述主歧管从所述分流阀向所述燃料喷嘴提供主流动流。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述引导唯一模式下，冷却流流过所述分流阀的冷却流室。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述引导唯一模式下通过所述主歧管的冷却流和在所述主加引导模式下通过所述主歧管的主流动流沿基本相反方向。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，提供通过所述主歧管的冷却流包括使冷却流通过旁路从所述主歧管流向所述分流阀，所述旁路绕过连接所述分流阀与所述主歧管的主歧管流端口。

19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使用FADEC来选择所述引导唯一模式或所述主加引导模式。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，使用FADEC来选择所述引导唯一模式或所述主加引导模式包括定位与所述分流阀相关联的滑阀。