CN106460672A - 改进的燃料喷射架构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮发动机燃料喷射架构，该架构包括：两个燃料喷射歧管(30A，30B)，每个歧管均适于将燃料流配给到至少一个关联的喷射器；主燃料配比设备(32)，该主燃料配比设备适于对待供给到至少两个喷射歧管(30A，30B)的总燃料流(Q)进行配比；以及分配配比设备(31)，该分配配比设备位于主燃料配比设备(32)与喷射歧管(30A，30B)之间，并且适于在两个歧管之间对至少部分的总燃料流进行分配。该架构的特征在于，其还包括旁通阀(35)，该旁通阀适于在第一歧管中发生燃料过压的情况下将流从第一歧管(30A，30B)排放到第二歧管(30B，30A)。本发明还涉及一种包括所述架构的涡轮发动机燃烧组件。

Description

改进的燃料喷射架构

技术领域

本发明涉及一种涡轮发动机燃料喷射架构，以及涉及一种包括这种架构的燃烧组件。

背景技术

参照图1，传统地，燃料喷射架构包括至少两个燃料喷射歧管10_A、10_B，每个歧管均可将燃料流配给到一个或数个燃料喷射器(未示出)。

与给定的喷射歧管相关联的喷射器根据该喷射器的特性尤其如其可透性(permeability)或其喷射技术进行分组。

每个喷射歧管均被供给燃料流Q_A、Q_B，该燃料流是由主燃料表(main fuelmeter)12放出(issue)的总燃料流Q的一部分，该主燃料表计量来自燃料源的该流，该燃料源源于其中建立了架构的航空器的燃料罐R，传统地，该架构被安装在发动机上，并且该流通过一个或数个泵(未示出)从罐中抽取。实际上，在每个歧管中最大可接受的流率Q_AMax、Q_BMax通常小于从主表12放出的最大总燃料流率Q_Max。

关于总的流在每个喷射歧管处配给的部分，是由分配表11来设定的，该分配表被置于主燃料表12与歧管10_A、10_B之间。

因此，分配表在两个或更多个歧管之间根据确定的分配规则配给总燃料流。

在图1的示例中，架构仅包括两个燃料喷射歧管，并且分配表在两个歧管之中以两个进行了计量的流率Q_A和Q_B对总的流进行配给，使得Q_A+Q_B＝Q。

在图2a中，示出了在歧管10_A与10_B之间的示例性的燃料分配规则，该分配规则取决于被输送到主表12的总流率设定值。

在该非限制性的示例中，优选地，阈值Q_s小于或等于歧管10_A中最大可接受的流率Q_AMax，对小于该阈值的总流率而言，全部的流率被配给到歧管A，用以优先选择该歧管(例如用以促进与歧管A相关联的喷射器类型的使用)。因此，具有下述关系式，为：0<Q<Q_s，Q_A＝Q，Q_B＝0。

当总流率等于流率阈值时，分配表在歧管A与歧管B之间对该流进行配给(图中的点O₁₁)。则具有下述关系式，为：Q_S<Q<Q_Max，Q_A<Q_AMax和0<Q_B<Q_BMax，以及对Q＝Q_Max而言Q_B＝Q_BMax。

在每个喷射歧管中，喷射歧管A和喷射歧管B的末端上的压力差极大程度地随着流率而增加，因为通常压力差与下述关系式有关：

上游压力-下游压力＝Ka'×歧管A的Qa²，

上游压力-下游压力＝Kb'×歧管B的Qb²，

其中对于具有给定的比重的流体，Ka'和Kb'为取决于歧管和喷射器的可透性的常数。

对计量系统进行设计以能够以最高可行的喷射压力来操控，该喷射压力通常对应于每个歧管的最大流率。

当前，在对分配表11进行的操控中可能出现异常，使得不再遵守所制定的流率分配规则。例如，在分配表将100％的总的流Q朝向歧管A放出的位置，可能发现分配表被堵塞，在这种情况下，歧管A中的流率Q_A可能大于最大流率Q_AMax。

在这种情况下，在歧管A中发生压力升高，该压力升高被传递到分配表11上，并且之后传递到主表。主表通常与用于保护免于过压的诸如过压阀13之类的设备相关联。在主表12中发生过压的情况下，阀13打开，之后将计量系统上游的流率送回。离开主表12的流则减少，这减小了由歧管产生的压力。主流率规则则不再被遵守。

在图2b中，示出了在喷射歧管之间对流进行的有效分配，该有效分配取决于被输送到主表12的总流率设定值。

当受控的总的流超过流的阈值Q_S时(对于这种情况，分配表11通常应当将流的一部分朝向喷射歧管B分配)，全部的流被导向歧管A，这导致在该歧管中发生过压，该过压上升到达(rises up to)主表12并且导致过压阀13发生打开O₁₃，用以减小该歧管中的流率。

因此，确定的是，分配表11发生故障意味着被放出到喷射器的总的流小于被输送到主表的总流率设定值。这种减少的流引起了涡轮发动机的动力损失。

因此，存在对下述系统的需求：该系统给出了即使在分配表发生故障的情况下，仍然保持涡轮发动机的动力的可能性。

发明内容

本发明的目的为提出一种涡轮发动机燃料喷射架构，该架构给出了即使在分配表发生故障的情况下，仍然保持涡轮发动机的动力的可能性。

在这方面，本发明的目的是一种涡轮发动机燃料喷射架构，该架构包括：

-两个燃料喷射歧管，每个歧管均适用于将燃料流配给到至少一个关联的喷射器，

-主燃料表，该主燃料表适用于计量待放出到至少两个喷射歧管的总燃料流，

-分配表，该分配表被置于主表与喷射歧管之间，并且该分配表适用于在两个歧管之间对总燃料流的至少一部分进行配给，

该架构的特征在于，其进一步包括旁通阀，该旁通阀适用于在第一歧管中发生燃料过压的情况下将流从第一歧管排放到第二歧管。

有利地但可选地，根据本发明的架构可进一步包括以下特征中的至少一个：

-架构进一步包括第二旁通阀，该第二旁通阀适用于在第二歧管中发生燃料过压的情况下将流从第二歧管排放到第一歧管。

-分配表适用于在两个歧管之间根据分配规则对总燃料流的部分进行分配，在该分配规则中，对小于预定阈值流率的流率而言，全部的所述流被放出到第一喷射歧管。

-当第一歧管中的压力大于或等于流在具有阈值流率的歧管中期间所达到的压力时，第一旁通阀将燃料流从第一歧管排放到第二歧管。

-旁通阀为液压机械式过压阀。

-旁通阀为机电型的。

-架构进一步包括处理单元，该处理单元适用于根据至少一个参数来控制阀，所述至少一个参数来自于下述的组之中：该组包括两个歧管之间的压力差、涡轮发动机的旋转速度、大气压力、涡轮发动机的一个或数个压气机级的输出端处的空气压力、涡轮发动机的低压泵的输出端处的燃料压力、涡轮发动机的高压泵的输入端处的燃料压力、主燃料表的实际位置和分配表的实际位置。

-架构进一步包括在第一歧管与第二歧管中的每一个中的压力传感器或压差传感器，该压力传感器或压差传感器适用于测量第一歧管与第二歧管之间的压力差，并且处理单元适用于根据所述压力差来控制阀。

-架构进一步包括与主燃料表相关联的过压阀，该过压阀适用于在主燃料表与分配表之间发生过压的情况下将流朝向主燃料表相对于燃料流的上游侧进行排放。

本发明的目的还为一种涡轮发动机的燃料燃烧组件，该燃料燃烧组件包括：

-燃料罐，

-根据前述介绍的燃料架构，在该架构中，主燃料表对罐中的总的流进行采集，

-燃料燃烧室，以及

-多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器分别由喷射歧管中的一个进行供给并且适用于将燃料喷射到燃烧室中。

本发明最后涉及一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括根据前述介绍的燃烧组件。

将流从一个歧管排放到另一个歧管的旁通阀的存在给出了下述的可能性：保证在第一歧管中发生与分配表出故障有关的过压的情况下，流仍可以在两个歧管之间进行分配，这给出了实现被喷射到燃烧室中的总的流等于由主表计量的总的流的可能性。

因此，即使在两个歧管之间的分配出现故障，仍维持了涡轮发动机的动力。

附图说明

通过阅读下文中参照附图以非限定性示例给出的详细说明，本发明的其他特征、目的和优点将变得显而易见，在附图中：

已描述过的图1示意性地示出了根据现有技术状态的燃料喷射架构；

已描述过的图2a示出了两个喷射歧管之间的燃料分配规则的示例；

也是已描述过的图2b示出了在分配表发生故障的情况下歧管之间的分配示例；

图3a示意性地示出了根据本发明的实施例的燃料喷射架构；

图3b和图3c示意性地示出了根据具有不同类型的阀的替代性实施例的燃料喷射架构；

图3d示意性地示出了根据另一个实施例的燃料喷射架构；

图4示出了对于根据本发明的实施例的架构，在分配表发生故障的情况下两个喷射歧管之间的燃料分配示例；

图5a和图5b示意性地示出了包括根据本发明的实施例的燃料喷射架构的涡轮发动机和燃烧组件。

具体实施方式

参照图5a，示出了涡轮发动机1的示例，该示例包括在图5b中详细示出的燃烧组件2。

燃烧组件2包括燃料燃烧室20以及多个喷射器21_A、21_B(图5b)，所述多个喷射器开通到该燃料燃烧室中，用于喷射驱动涡轮发动机所需的燃料流。

燃烧组件进一步包括燃料罐R和燃料喷射架构3，该燃料喷射架构用于对涡轮发动机的正常运行所需的流进行分配来对喷射器供给燃料。

在后文中参照图3a至图3c对燃料喷射架构3进行了更详细的描述。

该燃料喷射架构包括主表32，该主表适用于接收来自罐R的燃料(燃料通过一个或数个未示出的泵从罐采集并且输送到表)以及接收待配给到喷射器的总的流Q。

架构3进一步包括至少两个燃料喷射歧管30_A、30_B，在图3a和图3b中具体地示出了所述至少两个燃料喷射歧管中的两个，并且在图3c中还作为示例示出了第三个燃料喷射歧管30_C。

每个燃料喷射歧管30_A、30_B、30_C均放出燃料流Q_A、Q_B、Q_C到一个或数个喷射器(在图3a至图3b中未示出)，喷射器根据其特性(例如其可透性或其喷射技术)与确定的歧管相关联，以使得与同一歧管相关联的全部喷射器确保进行顺应于燃烧室的需求的喷射。

因此，作为非限制性的示例，涡轮发动机可包括：启动喷射器的组件，该组件与火花塞相关联并且给出了在室中开始燃烧的可能性；以及主喷射器的组件，该组件具有更大的可透性并且用于一旦开始燃烧则维持室中的该燃烧。

根据该示例，第一燃料喷射歧管30_A可将燃料流配给到全部的启动喷射器，第二喷射歧管30_B可将燃料流配给到全部的主喷射器。

然而，该示例决不是限制性的，并且可设置喷射器组件与喷射歧管的其它关联。

喷射架构进一步包括分配表31，该分配表位于主表32与喷射歧管30_A、30_B之间，即，在主表相对于燃料流的下游并且在喷射歧管相对于所述流的上游。由主表计量的总的流Q被分配表分配为两个流Q_A和Q_B，这两个流分别被放出到歧管30_A和30_B。

在分配表发生故障的情况下，以及为了避免涡轮发动机的动力损失，架构3进一步包括至少一个将两个歧管30_A和30_B连接在一起的旁通阀35。

根据图3a示出的第一实施例，架构包括单个旁通阀35，该旁通阀适用于在第一歧管中发生过压的情况下将流从第一歧管排放到第二歧管，因此给出了限制第一歧管中的压力以限制过压的可能性。

有利地，根据分配表31通常采用的分配规则来选择阀的运行方向，这是因为该规则确定了优先选择哪个歧管用于喷射燃料，以及因此在分配表发生故障的情况下哪个歧管具有最大的发现过压的可能性。

因此，可以再次采用之前参照图2a给出的示例。在该非限制性的示例中，分配表31优先选择歧管30_A，在这个意义上，全部的流Q被朝向该歧管进行输送，直至流达到确定的阈值Q_s。可以预想其它的分配规则，其中，例如在流在歧管中的一个中达到给定的阈值之前，分配表在两个歧管之间对流进行划分。

如果分配表发生了例如防止该分配表更改其位置的故障，则可快速地发现歧管30_A发生过压，这是因为对应的喷射器21_A的总体可透性使得在不超过最大可接受压力的情况下不能够喷射该喷射器所接收的全部的流。

在这种情况下，有利地，旁通阀35被布置以在歧管30_A发生过压的情况下将其朝向歧管30_B进行排放。

当歧管30_A中的流在该歧管中引起压力，使得歧管30_A与歧管30_B之间的压力差超过确定的阈值时，阀35打开。对应的流率被标注为Q_threshold。优选地，对该阈值进行选择以小于最大总流率Q_Max，并且大于或等于歧管中的最大流率Q_AMax。

在图4中示出了使用旁通阀35对流在歧管30_A与30_B之间进行分配。因此，确定的是，即使分配表31发生故障，总的流仍在两个歧管之间进行分配，并且仍然可达到待喷射到燃烧室中的最大总流率Q_Max，由此给出了维持涡轮发动机的动力的可能性。

在图4中更具体地，当总控制流率达到对应于阀35打开O₃₅的阈值流率Q_threshold时，该阀打开用以将流的一部分朝向歧管B进行分配。

作为额外的安全措施，喷射架构还可包括过压阀33，该过压阀与主表32相关联，并且给出了尤其在主表32与分配表31之间发生燃料过压的情况下将过量的流朝向所述表的上游侧送回的可能性。在这种情况下，有利地，选择用于打开阀35的阈值以使得该阀在阀33之前打开：如在图4中可见的，在歧管A中达到一定流率水平之前发生阀35的打开，该流率水平对应于可引起过压阀33打开O₃₃的压力。

参照图3b，示出了替代性的实施例，该实施例包括两个被布置和交错在两个喷射歧管30_A、30_B之间的旁通阀35、35'，即，一个阀适用于在歧管30_A中发生过压的情况下将燃料流从歧管30_A排放到歧管30_B，另一个阀35'适用于在歧管30_B中发生过压的情况下将流从歧管30_B排放到歧管30_A。在该段落中，通过“在歧管中发生过压”来意指相关的歧管与其它歧管之间的压力差超过了确定的阈值。

该构型给出了下述可能性：即使在较小可能的情况下(例如表优先供给歧管30_A，而该表在其仅供给歧管30_B的位置处保持阻塞)，仍克服分配表31的所有类型的故障。

在这种情况下，第二旁通阀35'使得能够将流朝向歧管30_A进行排放，并且因此维持了燃烧室中足够的总流率，用以保持涡轮发动机的动力水平。

如图3b所示，有利地，旁通阀35'为液压机械阀，即，其运行完全是机械性的以及因此仅由施加在可动元件上的压力差引起该运行的阀，当压力差达到确定的阈值时该阀打开。该类型的阀具有高可靠性。

根据图3c中示出的替代性实施例，在具有两个旁通阀35、35'的情况下(但是当仅具有这两个旁通阀中的一个时也适用)，所使用的全部的阀或一部分阀可以为机电型的。可行的喷射架构则包括：压力传感器36，该压力传感器被置于每个歧管30_A、30_B中，适用于测量每个歧管中的燃料压力；以及处理单元36，该处理单元连接到传感器和阀，被配置用于根据传感器提供的压力值来控制每个阀打开。

替代地，架构可包括压差传感器而不是压力传感器，该压差传感器适用于直接测量歧管之间的压力差，处理单元根据该压力差来控制阀打开。

替代地，处理单元37可根据其它可选地与压力差兼有的(accumulated)参数来控制阀打开，有利地，这些参数从以下的组之中选择：涡轮发动机的一个或数个旋转速度、涡轮发动机外部的大气压力、涡轮发动机的一个或数个压气机级的输出端处的空气压力、涡轮发动机的低压泵的输出端处的燃料压力、涡轮发动机的高压泵的输入端处的燃料压力、主燃料表的实际位置和分配表的实际位置。根据另一个替代方式，处理单元可使用其它的与对发动机进行控制相关的信号并且可被整合到用于控制发动机的系统。

作为非限制性的示例，图3a的阀和图3b的阀为液压机械阀，而图3c的阀为机电阀。

在喷射架构包括多于两个的燃料喷射歧管的情况下，该架构则可包括一个其它的或数个其它的分配表31'，该分配表用于在每个级处将上游的流分配为两个子流，这两个子流被分配到两个喷射歧管，或者分配到两个分配表，另外或者分配到分配表和喷射歧管。

图3d示出了具有多于两个歧管的构型的示例，在该附图中分配表31在喷射歧管30_A与第二分配表31'之间对总的流Q进行配给，该第二分配表自身在喷射歧管30_B与30_C之间对所接收的流量部分(flow fraction)进行配给。

在这种情况下，取决于如本文中之前所说明的每个表的分配规则，架构3可包括在一个或数个分配表的下游的一个或数个旁通阀35。在图3d中，示出了单个旁通阀35在第一分配表31的下游。

因此，所提出的架构给出了抑制燃料喷射歧管中可能的过压同时保持涡轮发动机的动力的可能性。

Claims (10)

1.一种涡轮发动机燃料喷射架构(3)，所述架构包括：

-两个燃料喷射歧管(30_A，30_B)，每个歧管均适用于将燃料流配给到至少一个关联的喷射器(21_A，21_B)，

-主燃料表(32)，所述主燃料表适用于计量待放出到至少两个喷射歧管(30_A，30_B)的总燃料流(Q)，

-分配表(31)，所述分配表被置于主表(32)与所述喷射歧管(30_A，30_B)之间，并且所述分配表适用于在两个歧管之间对所述总燃料流的至少一部分进行配给，

所述架构的特征在于，所述架构进一步包括：旁通阀(35)，所述旁通阀适用于在第一歧管中发生燃料过压的情况下将流从第一歧管(30_A，30_B)排放到第二歧管(30_B，30_A)；以及第二旁通阀(35')，所述第二旁通阀适用于在第二歧管中发生燃料过压的情况下将流从第二歧管(30_B，30_A)排放到第一歧管(30_A，30_B)。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射架构(3)，其中，所述分配表(31)适用于在两个歧管之间根据分配规则对所述总燃料流的所述部分进行分配，在所述分配规则中，对小于预定阈值流率(Qs)的流率而言，全部的所述流被放出到所述第一喷射歧管。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射架构(3)，其中，当所述第一歧管中的压力大于或等于流在具有所述阈值流率的歧管中期间所达到的压力时，第一旁通阀(35)将燃料流从所述第一歧管排放到所述第二歧管。

4.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射架构(3)，其中，旁通阀为液压机械式过压阀。

5.根据权利要求1至3中的一项所述的燃料喷射架构(3)，其中，旁通阀为机电类型的。

6.根据权利要求5所述的燃料喷射架构(3)，所述架构进一步包括处理单元(37)，所述处理单元适用于根据至少一个参数来控制所述阀，所述至少一个参数来自于下述的组之中：所述组包括两个歧管之间的压力差、所述涡轮发动机的旋转速度、大气压力、所述涡轮发动机的一个或数个压气机级的输出端处的空气压力、所述涡轮发动机的低压泵的输出端处的燃料压力、所述涡轮发动机的高压泵的输入端处的燃料压力、所述主燃料表的实际位置和所述分配表的实际位置。

7.根据权利要求6所述的燃料喷射架构(3)，所述架构进一步包括在所述第一歧管与所述第二歧管中的每一个中的压力传感器(36)或压差传感器，所述压力传感器或压差传感器适用于测量所述第一歧管与所述第二歧管之间的压力差，并且所述处理单元(37)适用于根据所述压力差来控制所述阀。

8.根据前述权利要求中的一项所述的燃料喷射架构(3)，所述架构进一步包括与所述主燃料表(32)相关联的过压阀(33)，所述过压阀适用于在所述主燃料表(32)与所述分配表(31)之间发生过压的情况下将流朝向所述主燃料表(32)相对于燃料流的上游侧进行排放。

9.一种涡轮发动机的燃料燃烧组件(2)，所述燃料燃烧组件包括：

-燃料罐(R)，

-根据前述权利要求中的一项所述的燃料架构(3)，在所述架构中，所述主燃料表对所述罐中的总的流进行采集，

-燃料燃烧室(20)，以及

-多个燃料喷射器(21_A，21_B)，所述多个燃料喷射器分别由所述喷射歧管中的一个进行供给并且适用于将燃料喷射到所述燃烧室(20)中。

10.一种涡轮发动机(1)，所述涡轮发动机包括根据前一项权利要求所述的燃烧组件(2)。