CN103958856A - 使用双压力高速离心泵装置的燃料系统 - Google Patents

Abstract

一种用以提供燃料的改进的系统使用提供双压力的离心泵装置。双压力泵组件包括：离心泵，其用于给相关的下游用户供应加压流体；以及辅助泵级，其选择性地升高所输送的流体的压力。在一个优选装置中，辅助泵级包括起动和涡轮泵级，在该起动和涡轮泵级处，来自相关机身的入口燃料被供给到涡轮泵的离心泵部分，该涡轮泵的离心泵部分的出口通往离心泵的入口。在另一个装置中，辅助泵级包括与高速离心泵的出口相连通的再循环通道和涡轮，来自起动和涡轮泵级的输出对高速离心泵的入口进行供给，并且一流动阀布置在再循环通道中。在又一个装置中，辅助泵级包括用于起动的电动马达。

Description

使用双压力高速离心泵装置的燃料系统

技术领域

本发明涉及一种用于喷气发动机应用的燃料系统，并更具体地涉及一种提供系统的不同压力需求的喷气发动机燃料泵装置。

背景技术

喷气发动机应用需要高的起飞压力输出。当将高速离心泵技术应用到这些喷气发动机应用时，为了平衡操作条件需求(例如，怠速，巡航，爬升)，泵通常变得非常巨大。这样非常巨大的泵又导致一系列围绕系统热冲击的系统问题。

喷气发动机典型地使用由发动机燃料系统产生的液压动力来驱动发动机的许多可变几何致动器。许多当前的喷气发动机燃料系统结合有诸如伺服燃料加热器或类似装置的部件，以保持供应到致动器(伺服供给)的燃料高于燃料系统冰点温度，例如理想地高于40°F，以避免与形成冰有关的潜在问题。伺服燃料加热器典型地设置在燃料过滤器的下游、以及向低压致动器和高压致动器供应加压流体的致动控制模块的上游。

从而，存在更好地处理这些竞争的系统要求的系统和方法的需求。

发明内容

提供了一种用于向喷气发动机应用提供燃料的改进系统，其使用提供双压力的离心泵装置。

所述系统包括双压力泵组件，其具有用于给相关的下游用户供应加压流体的离心泵。辅助泵级操作地与所述离心泵相连，以选择性地升高往相关的下游终端用户输送的流体的压力。

在一个优选布置中，辅助泵级包括起动和涡轮泵级，在该起动和涡轮泵级处，来自相关机身的入口燃料被供给到涡轮泵的离心泵部分，该涡轮泵的离心泵部分的出口通往离心泵的入口。

在一个布置中，辅助泵级包括与高速离心泵的出口相连通的再循环通道和涡轮，来自起动和涡轮泵级的输出对高速离心泵的入口进行供给，并且一流动阀布置在再循环通道中。

在另一个布置中，所述辅助泵级包括与高速离心泵的出口相连通的再循环通道和涡轮(并且一流动阀布置在再循环通道中)，来自高速离心泵的出口(i)对离心起动泵的入口进行供给和(ii)(取决于流动阀)可选地对涡轮泵的涡轮部分进行供给，起动泵的出口升高被导向下游相关终端用户的燃料的压力，并且从涡轮输出(的燃料)被导向高速离心泵的入口。

在一个布置中，辅助泵级优选地包括用于起动的电动马达。

辅助泵级优选地包括再循环通道，所述再循环通道接收来自离心泵出口的流动的一部分且将该部分流动引导到离心泵的入口。

在另一个布置中，辅助泵级进一步包括位于再循环通道中的阀，以用于控制通过其中的流动。

在一个优选布置中，辅助泵级进一步包括喷射泵，其被设置在所述阀和离心泵入口之间，以用于接收来自离心泵出口的流动部分并提高被引导至离心泵入口的入口流体的压力。

本发明的一个好处是能从离心泵装置提供不同的压力输出。

本发明的另一个优点涉及潜在地通过取消对伺服燃料加热器或附加的热交换器的需求而减少了系统成本、重量、和需要的壳体。

再另一个好处在于离心泵装置可以被容易地结合到现有的系统设计中。

通过阅读和理解下面的详细描述，本发明的其它特点和好处会变得明显。

附图说明

图1示意性地示出一燃料系统，其包括双压力水平的泵装置的第一优选具体实施方式；

图2示意性地示出一燃料系统，其包括双压力水平的泵装置的第二优选具体实施方式；

图3示意性地示出一燃料系统，其包括一双压力水平泵；

图4示意性地示出一优选的双压力高速离心泵装置，其处于高压输出模式；

图5示意性地示出一优选的双压力高速离心泵装置，其处于低压输出模式。

具体实施方式

首先参考图1，示出了燃料系统100的至少一部分，其包括泵组件或泵装置102。该泵装置102从机身接收入口燃料104并以较高压力将燃料输送到至少一个下游终端用户或多个终端用户106、108。更具体地，第一终端用户106通常称为燃料控制设备，从而使得燃料通过泵装置被输送通过燃料／油热交换器110、并随后到达燃料过滤器112，在该处然后被输送到燃料控制设备。典型地，燃料在被引导至燃料控制设备106时通过燃料过滤器112，其中燃料在114所示处被燃烧。来自泵装置102的加压燃料的一部分同样地供应通过燃料／油热交换器110和燃料过滤器112、传输到第二终端用户，该第二终端用户同样被称为致动控制模块108。这为以120指示的低压致动或以122指示的高压致动提供期望的加压流体。伺服燃料加热器或热交换器124设置在致动控制模块108的上游以将燃料充分地加热到燃料系统冰点温度以上，例如40°F的等级。但是，为了下面将更详细地进行描述的原因，伺服燃料加热器108可以被移除而相应地节省费用、重量和壳体尺寸需求(因此用虚线引导线表示)。

泵装置102结合有一双压力水平的高速离心泵，其具有高速离心泵级130、起动和涡轮泵级140、用以选择性地将来自高速离心泵130的加压流体的一部分再循环至涡轮泵的涡轮部分的控制或流动阀150、以及用以辅助起动涡轮泵级的电动马达160。通常，阀150选择使用或不使用涡轮泵140，所述涡轮泵140示意性地位于高速离心泵级的入口132处(图1)或位于高速离心泵级的排出／出口134’处(图2)。当控制阀150打开时，该阀允许来自高速离心级出口134的运动流体施加到涡轮泵运动端口142，并因此引起涡轮泵级提高通往高速离心泵的入口132的压力。更具体地，当控制阀150被打开时，涡轮泵140的离心泵部分出口146通过施加来自电动马达160和／或来自涡轮泵级的涡轮部分的运动能量而被加压至第一压力水平。涡轮泵级140的涡轮部分的出口148也连接或连通到高速离心泵级的入口132。因而，高速离心级提高压力并导致在出口134处的更高的泵排出压力，该更高的泵排出压力被供应到下游终端用户106、108。

当阀150被关闭时，阀阻碍来自高速离心级出口134的运动流体施加到涡轮泵马达端口142，并且因此导致涡轮泵级140用作通往高速离心泵级的入口流的穿流通道或者来自高速离心泵级的排出／出口流的穿流通道，而不增加通往／来自高速离心泵级的入口／排出(出口)压力。进而，高速离心级130提高流体(例如燃料)的压力，并导致与当施加运动流体时相比要减少的泵排出压力。

当在高压模式下操作时(即当阀150打开时)，高速离心泵级130导致相当大的燃料加热。在燃料系统的下述操作条件期间——其中燃料温度接近燃料系统冰点，泵装置102的高压模式可以被选择性地使用以维持燃料系统温度高于冰点温度而不需要使用伺服燃料加热器124来额外地伺服供应热量。在这种情况下，伺服燃料加热器124和相关的管道可以被从系统移除，同时减小成本、重量并显著地减小壳体空间。

此外，电动马达160被用于起动发动机和在低的发动机轴180速度操作期间给涡轮泵级提供动力。当起动喷气发动机时，轴速不足以导致常规高速离心泵级130的任何显著的压力增加。在低发动机轴速区间中，通过使用电动马达160来给涡轮泵140提供动力，可以通过涡轮泵级建立足够的压力，因此，使发动机起动并进入到怠速动力设定(状态)，其中发动机轴速本身就足以获得需要的压力和从高速离心泵级130的流体输出。图1和2的系统结构示出了一简单的布置，其没有象其它方案中那样要求使用隔离阀来引导起动阶段的流动。进一步地，用于起动阶段的泵类型是离心类型，并因此在起动上与用于常规发动机操作的相同燃料控制系统很好地协作。因为高速离心泵130即使在低压下也能够在低发动机轴速时形成一些液压动力，所以此液压动力源可以与电动马达一起使用以实现发动机起动，因此，使得由涡轮泵起动特征所需要的电气动力最小化。

如图2中可清楚看出的(其中上标(‘)与相似的附图标记一起使用以表示相似的部件)，入口燃料104’被供应到离心泵入口132’并从高速离心泵出口134’引导到涡轮泵级140’。该流动的一部分进入到涡轮泵级的离心泵部分，其中，压力在被引导至下游终端用户106’、108’之前被进一步提高。取决于流动阀150’的位置，来自高速离心泵130’的出口的流体的一部分被供应到涡轮泵级140’的涡轮部分以选择性地辅助电动马达——该电动马达与涡轮泵级操作地相连。来自涡轮泵级的出口流动然后被再循环到高速离心泵级的入口。

在图中也示出，泵装置、特别是例如阀150和电动马达连接到电子控制单元(ECU)170。这不表示燃料系统的其它部件不连接到ECU，而是仅仅表示流动阀的操作可以是可由ECU170控制的简单的开-关操作、或可以是可变或可调流动。同样地，为了图解和描述简单还移除了其它部件，但是可以明白的是双压力高速离心泵装置以可靠、方便和经济的方式满足了系统的不同压力需求。

参考图3-5，“200”系列的相似的附图标记指代相似的部件(例如，图1和2中的泵装置102被标示为泵装置202)，泵装置202结合有双压力水平的高速离心泵，该高速离心泵结合有高速离心泵级230、喷射泵级240、和选择喷射级功能的控制阀250。总体而言，控制阀250选择使用或不使用喷射泵240，所述喷射泵240示意性地描述为位于高速离心泵230的入口处。当控制阀250如图4所示打开时，该阀允许来自高速离心级排出出口232的运动流体施加到喷射泵运动端口242，并因此导致喷射泵240提高通往高速离心泵230的入口234的入口压力。进而，由轴236驱动的高速离心泵实现工作流体(即燃料)的压力增加，这导致在出口232处更高的泵排出压力。

当阀250关闭时(图5)，阀阻碍来自高速离心泵出口232的运动流体施加到喷射泵运动端口242，并因此导致喷射泵240用作从燃料入口204前往高速离心泵230的入口流动(该入口流动可以从一独立的电子起动泵260接收，该电子起动泵260独立地被电力地驱动)的穿流通道，而没有增加高速离心泵入口234处的入口压力。进而，高速离心泵230给流体施加或增加压力，并导致与施加运动流体时(即当阀时如图4所示打开时)相比要减小的泵排出压力。

当在阀250打开的高压模式下操作时，高速离心泵230导致相当大的燃料加热。在燃料系统的下述操作条件期间——其中燃料温度接近燃料系统冰点，泵的高压模式可以被选择性地使用以维持燃料系统温度高于冰点温度而不需要使用伺服燃料加热器224(图3)来额外地伺服供应热量。在这种情况下，伺服燃料加热器224和相关的管道可以被从系统移除，同时减小成本、重量并显著地减小壳体空间。

图3中还示出，泵装置、特别是例如喷射流动阀250操作地连接到电子控制单元(ECU)270。这不表示燃料系统的其它部件不连接到ECU，而是仅仅表示流动阀250的操作可以是可由ECU270控制的简单的开-关操作、或可以是可变或可调流动。同样地，为了图解和描述简单还移除了其它部件，但是可以明白的是双压力高速离心泵装置以可靠、方便和经济的方式满足了系统的不同压力需求。

本说明书使用包括最佳模式的示例来描述本发明，并且还使得本领域技术人员可以制造和使用本发明。本发明的专利权范围由权利要求限定，并可以包括其它对于本领域技术人员可能的示例。如果具有与权利要求的文字记载没有不同的结构元件，或如果包括与权利要求的文字记载略有差异的等同结构元件，则这些其它示例落在权利要求的范围内。还有，在此公开的每个具体实施方式的每个特征不认为是该具体实施方式所必不可少的，并且，在一个具体实施方式中披露的特征可以被增加到另一个具体实施方式中或由另一个具体实施方式替代。

Claims (10)

1.一种用于燃料系统的双压力泵组件，包括：

离心泵，其用于给相关的下游用户供应加压流体；以及

辅助泵级，其操作地与所述离心泵相连，以选择性地升高往相关的下游终端用户输送的流体的压力。

2.根据权利要求1所述的双压力泵组件，其中所述辅助泵级包括起动和涡轮泵级，在该起动和涡轮泵级处，来自相关机身的入口燃料被供给到第二离心泵，该第二离心泵的出口通往离心泵的入口。

3.根据权利要求2所述的双压力泵组件，其中所述起动和涡轮泵级包括与涡轮泵出口相连通的再循环通道，以给起动级的入口进行供给。

4.根据权利要求3所述的双压力泵组件，其中所述起动和涡轮泵级包括位于所述再循环通道中的阀，以选择性地控制从高速离心泵出口至涡轮泵级的涡轮部分的流动。

5.根据权利要求2所述的双压力泵组件，其中所述辅助泵级包括用于起动的电动马达。

6.一种使用用于燃料系统的双压力泵组件来选择性地升高往相关下游终端用户输送的流体的压力的方法，所述双压力泵组件包括离心泵和辅助泵级，所述方法包括：

从离心泵给相关的下游用户供应加压流体；以及

使用辅助泵级选择性地升高从离心泵输送的流体的压力。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述辅助泵级包括起动和涡轮泵级，所述方法进一步包括：将来自相关机身的入口燃料供给到第二离心泵，其中该第二离心泵的出口通往离心泵的入口。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述起动和涡轮泵级包括再循环通道，所述方法进一步包括：与涡轮泵的出口连通、从而给起动级的入口进行供给。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述起动和涡轮泵级包括位于所述再循环通道中的阀，所述方法进一步包括：选择性地控制从高速离心泵出口至涡轮泵级的涡轮部分的流动。

10.其中辅助泵级包括电动马达，所述方法包括：使用所述电动马达进行起动。