CN106536897B - 用于在涡轮机中预热燃油的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于预热供应燃油喷射器的流体的装置(30、31、39、42)，该装置包括燃油回路，该燃油回路包括由电子功率模块(18)控制的电动泵(12，44)。旁通管(27)使燃油能够或无法朝该设备循环。根据本发明，该装置包括用于在泵(22、44)的进口和出口之间增加压差的设备，所述设备设置在旁通管(27)中。

Description

用于在涡轮机中预热燃油的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种预热流体的装置和使用该装置的方法。

本发明更具体地适用于飞机发动机，也就是说涉及两个飞机发动机(涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机)，并且涉及直升飞机涡轮发动机以及无推进动力发电机。

更具体地，辅助动力单元(APU)指定一种辅助单元(通常涡轮发电机)，其用于在飞机上产生能源(电、气动压力)以在地面上供给多种机载系统，当停止用于推进飞机的发动机以节省燃油或启动该推进发动机时。可在飞行中使用或不使用该APU。对于飞机，APU通常被定位在飞机后部，在尾锥中，并且包括燃烧室中的燃油喷射器。

背景技术

当很冷时，也就是说经过长期固定不动后或对于地面上或高海拔处很冷的室外温度，启动辅助动力单元必须能够进行。

为了正确地实现燃烧室中燃油燃烧的点火，有必要以合适比例计量被喷射的燃油。这是因为对应于燃油百分数的燃油流速与空气流速的比值必须合适。过低的燃油百分数并不能够使燃烧室点火，而过度百分比会导致过度大地增加燃烧室的温度，其可影响辅助动力单元的正确功能。

还应该指出的是，在寒冷条件下燃油的高粘度降低了通过喷射器雾化的燃油雾化质量，并且降低了点火性能。

为了便于燃烧室的点火，预先构造规范根据环境温度和/或燃油温度调节喷射到燃烧室内的燃油流速的法则从而是已知的。也根据用于分配燃油的组分确定这些法则。然而，这些法则在工厂确定并且不考虑运行中发动机的实际参数，诸如APU发动机的主转子的转速，飞机的外部温度或高度，并且因此所喷射的燃油流速从来都不是最佳的。

此外，提高计量的控制证明很棘手(tricky)并且实施起来很昂贵。最后，当前的技术解决方案都不可以在启动时预热燃油，这可能减少燃油的粘度，并且从而会限制对燃油计量的影响。

图1示出了APU中燃油回路10的一部分，该回路10包括一个由连接到齿轮泵16电动马达14形成的燃油计量泵12。电动泵14由与燃油回路20的一部分接触布置的电子功率模块18控制，以形成热交换器。

回路10还包括一个在第一位置和第二位置之间能够移动的阀22。在其第一位置中，阀22防止燃油流到燃油喷射器24并允许燃油在旁通管26中再循环，该旁通管26的下游端出现在齿轮泵16的上游和燃油过滤器28的下游。在其第二位置中，阀22允许燃油流到喷射器24并阻碍燃油在旁通管26中的流动。

当阀22在其第一位置时，通过例如在空转时起作用的泵12，使用旁通管26可以形成一种燃油的永久封闭的循环回路。在该位置中，出现在燃油回路10的循环中的燃油通过由电子功率模块18所产生的热量在热交换器中加热。

然而，如先前所指出的，燃油的加热证明不足并且该结果是燃油计量的先前公开的困难，以及因此燃油室内燃油的燃烧点火。不建议添加一种特别地被提供用于预热燃油的燃油加热组分，因为这导致质量的增加，致使飞机的燃油消耗增加。

发明内容

特别地，本发明的目的是对这些问题提供一种简单、经济和有效的解决方案，其可以至少部分地避免上述缺点。

为此，它涉及一种预热用于供给设备部件的流体的装置，包括流体回路，所述流体回路包括由电子功率模块控制的电动泵，能够在所述电子功率模块和所述回路中流体之间热交换的热交换器，连接所述热交换器和所述电动泵的下游侧到所述热交换器和所述电动泵的上游侧的旁通管，能够采用第一位置和第二位置的阀，在所述第一位置中所述阀防止流体循环到设备部件并允许流体在所述旁通管中循环，在所述第二位置中所述阀允许流体在所述设备中循环并防止流体在所述旁通管中循环，所述装置进一步包括用于在所述泵的进口和出口之间增加压差的设备，这些设备布置在所述旁通管中。

根据本发明，结合是增加压差的设备可以提高由所述电动泵消耗的功率，并且当所述阀处于其第一位置中时，因此提高了在回路中循环的燃油温度上升。

当所述阀移动到其第二位置时，所述燃油因此被充足地预热以供给喷射器，并允许没有困难地对燃烧室点火。仅当所述阀在其第一位置中时，这些提高压力的设备有利地是活性的，从而当所述泵处于其第二位置中时，不影响供给设备的燃油流速。

因此，与现有技术不同的是，启动APU的燃烧室因此可用热燃油进行，其粘度能够以对于供给喷射器和对于良好雾化最佳的方式计量。

理想地，确定循环的燃油体积，以对应于实现启动APU所需的燃油体积。

在燃油点火阶段后，先前预热的体积被耗尽并且燃烧室内供给有从油箱流出的冷燃油，由于调节系统控制了APU的发动机，该冷燃油不再引起任何特定困难，也就是说，它根据发动机的运行参数不断地调节燃烧室中被雾化的燃油量，因此后者达到名义运行速度。

根据本发明的另一特征，所述阀布置在所述热交换器和泵的下游。

优选地，所述热交换器布置在所述流体泵的下游和所述阀的上游。

在本发明的一个实际实施例中，所述阀是一种具有能够平移的卷轴类型的三通阀，或在所述第一和第二位置之间的电磁阀。

根据本发明的另一特征，所述增加压差的设备结合在所述阀中。

在本发明的一个实施例中，所述增加压差的设备结合在所述阀中。

在发明的一个实施例中，所述增加压差的设备包括一个具有减小横截面的区域。

在本发明的另一实施例中，所述增加压差的设备包括一个以在预定阈值压力下打开的瓣阀。

过滤器可被布置在所述旁通管的下游端以及所述电动泵的上游。

当所述流体是燃油并且所述设备是一个在燃烧室供给燃油到喷射器的歧管时，根据本发明的装置特别地有利。

本发明还涉及一种包括如上所述的预热装置的飞机发动机。

本发明还涉及一种启动飞机发动机的方法，所述发动机包括流体回路，所述流体回路包括由电子功率模块控制的电动泵，能够在所述电子功率模块和所述回路中流体之间热交换的热交换器，连接所述热交换器和所述电动泵的下游侧到所述热交换器和所述电动泵的上游侧的旁通管，以及能够采用第一位置和第二位置的阀，在所述第一位置中所述阀防止流体循环到设备部件并允许流体在所述旁通管中循环，在所述第二位置中所述阀允许流体在所述设备中流动并防止流体在所述旁通管中流动，所述方法包括当所述阀处于其第一位置时，预热所述旁通管中燃料的相位。

特别是，所述启动方法包括对于流体达到预定温度所需的时间保持所述阀在其第一位置，然后将所述阀定位在第二位置以允许流体流到所述设备。

附图说明

从参考附图阅读经由非限制性示例给出的以下描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其它细节、优点和特征将会出现，其中：

—图1是根据现有技术并且已经描述的燃油回路的示意图；

—图2是图1中虚线分隔的区域的更大比例的示意图；

—图3是根据本发明第一实施例的燃油回路的示意图，阀处于第一位置；

—图4是根据本发明第一实施例的燃油回路的示意图，阀处于第二位置；

—图5是根据本发明第二实施例的燃油回路的示意图；

—图6是根据本发明第三实施例的燃油回路的示意图；

—图7是根据本发明第四实施例的燃油回路的示意图。

具体实施方式

首先参考图3，示出了一种根据本发明的燃油预热装置，相同的附图标记指定与参考图1和图2所描述的相似或相同的元件。

根据本发明的装置30包括用于增加压差的设备32。在图3到5中的实施例中，这些设备由一个具有与旁通管27的其余部分相比减小的横截面的区域32形成。

在操作中，当阀22处于其第一位置时(图3)，泵12被控制并且由功率模块20供给有电能。由电动马达14和电子功率模块18消耗的能量通过形成热交换器的回路的部分20传递给燃油。

具有减小横截面32的区域可形成在泵12的上游侧和下游侧之间提供压差增量的压降，其增加了由泵所消耗的压力并且导致燃油温度的增加。

因此，根据本发明，当阀22处于其第一位置时，与不具有减小横截面的区域的系统相比，结合具有减小横截面32的区域使得可更快速地提高回路中循环的燃油的温度。

当操作者希望实现燃烧室的点火时，阀22移动到其第二位置(图4)，并且所加热的燃油因此沿燃油喷射器的方向流动，这保证了较低的燃油粘度，并促进供给燃烧室的燃油的计量和雾化。

在燃烧室点火后，提前预热的燃油量被耗尽，燃烧室被供给来自飞机油箱的冷燃油。供给燃烧室不再造成任何困难，由于燃烧室被点火，调节系统控制了发动机，也就是说，它根据发动机的参数不断地调节燃烧室中的燃油量，使得引擎达到其额定运转速度(闭环控制系统)。

为了提高供给燃烧室的热燃油量，过滤器28被定位，因此旁通管27的下游端出现在过滤器28的上游。

在图5所描述装置的第二实施例中，具有减小的横截面32的区域结合在阀34中。实际上，阀34可以是包括供给旁通管27的第一通道36和供给喷射器24的第二通道38的类型。具有减小的横截面32的该区域因此可结合在第一通道36中。

在图6所描述的装置39的第三实施例中，用于增加压差的设备包括一个具有安装在旁通管27上的弹簧的瓣阀40，从而当压力高于一阈值压力时使燃油可流动，以及当压力低于该阈值压力时防止燃油流动。

在图7所示的装置42的第四实施例中，电动泵44不提供燃油的计量，燃油的计量由一个被定位在旁通管27的上游端和燃油喷射器24之间的独立计量部件46提供，如伺服阀。

在这个实施例中，阀48布置在旁通管27中，在具有减小的横截面32的区域和旁通管27的上游端之间。

实际上，计量组件46可以是一种能够完全地封闭以防止燃油流到喷射器24的可变开阀。

在该构造中，保证了燃油在旁通管27中的再循环以对其加热。

当第一阀48防止燃油在旁通管27中循环时，部件46然后允许燃油流动到喷射器24。

本发明因此对于辅助动力单元的情况特别有利，当然，其同样适用于任何类型的涡轮喷气发动机或需要在燃油很冷的环境中启动的涡轮发动机。

Claims (12)

1.一种用于预热燃油的装置(30、31、39、42)，所述燃油用来供应一设备(24)的零件，该装置包括：

—燃油回路，所述燃油回路包括由一电子功率模块(18)控制的电动泵、能够在所述电子功率模块(18)与所述回路中的燃油之间热交换的热交换器、将所述热交换器和所述电动泵的下游侧连接到所述热交换器和所述电动泵的上游侧的旁通管(27)、能够采用第一位置和第二位置的阀，在所述第一位置，所述阀阻止燃油循环到所述设备(24)的零件，并使燃油可在所述旁通管(27)中循环，在所述第二位置，所述阀使得燃油可在所述设备(24)中循环，并阻止燃油在所述旁通管(27)中循环，

—该装置还包括用于在所述电动泵的进口和出口之间增加压差的设备，这些增加压差的设备布置在所述旁通管(27)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀布置在所述热交换器和所述电动泵的下游。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述热交换器布置在所述电动泵的下游和所述阀的上游。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述阀是滑阀式的三通阀或能够在所述第一和第二位置之间移动的电磁阀。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，用于增加压差的设备结合在所述阀中。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述用于增加压差的设备包括一个具有减小的横截面(32)的区域。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，用于增加压差的设备包括一个瓣阀(40)，以在一预定的阈值压力下打开。

8.根据权利要求1或2所述的装置，其中，过滤器(28)设置在所述旁通管的下游端的下游和所述电动泵的上游。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述设备(24)是一种在燃烧室中为喷射器供应燃油的歧管。

10.一种飞机发动机，包括根据权利要求1到9中任何一项所述的装置。

11.一种启动用于飞机的发动机的方法，所述发动机包括燃油回路，所述燃油回路包括由电子功率模块(18)控制的电动泵、能够在所述电子功率模块(18)与所述回路中的燃油之间热交换的热交换器、将所述热交换器和所述电动泵的下游侧连接到所述热交换器和所述电动泵的上游侧的旁通管(27)，以及能够采用第一位置和第二位置的阀，在所述第一位置，所述阀阻止燃油流到设备(24)的一零件，并使燃油可在所述旁通管(27)中流动，在所述第二位置，所述阀使得燃油可在所述设备(24)中流动，并阻止燃油在所述旁通管(27)中流动，该方法包括当所述阀处于所述第一位置时，预热所述旁通管中的燃油的阶段。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述预热所述旁通管中的燃油的阶段包括以燃油达到一预定温度所必需的时间来将所述阀保持在其第一位置，然后将所述阀定位在其第二位置，以使燃油可流到所述设备(24)。