CN109312665A - 用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃气涡轮发动机及操作方法。燃气涡轮发动机可包括由部件致动器可操作地驱动的可变几何部件。部件致动器可与主要管线流体连通，主要管线具有与部件致动器相关联的阀。所述方法可包括确定与使用部件致动器致动可变几何部件相关联的需求压力。所述方法还可包括基于需求压力调整阀的位置以在部件致动器处产生大于或等于需求压力的燃料压力。

Description

用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统和方法
技术领域
本发明主题一般涉及燃气涡轮发动机，更特别地，涉及用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统。
背景技术
在典型的燃气涡轮发动机的运行期间，燃料可在点燃之前被供应给燃烧部段以驱动一个或多个涡轮机的旋转。为了确保适当的燃烧和/或动力生成，燃料计量和增压系统大体上被设置成与燃气涡轮发动机操作关联。通常，多个液压-机械阀串联连接以调节被输送至燃烧部段的燃料的量以及可供用于伺服致动的压力。例如，燃料计量和增压系统可包括设置到发动机的燃烧部段的燃料的流量的燃料计量阀。位于燃料计量阀下游的液压-机械增压阀可控制可供用于伺服致动的压力。液压-机械增压阀可被关联至燃料泵的输出。
在这种常规系统内，燃料通常由与发动机的运行速度相关联的泵送单元进行循环。多余的燃料、或超过燃烧所需的燃料被再循环至一个或多个旁路回路中。而且，在一些燃料计量和增压系统的情况下，一个或多个旁路回路内的燃料能够被引向发动机的可变几何部件，诸如可变导向轮叶，或从发动机的可变几何部件中被引出。用于致动导向轮叶的力或压力因而可与系统内的燃料压力相关。相应的，这种力或压力可根据飞行器的变化的要求而进行改变。
然而，现有系统必须经常适应用于致动可变几何部件的需求与燃烧部段的燃料需求不相符的情况。燃烧部段处的燃料需求可限制燃料计量和增压系统内的燃料流速快于发动机速度，并且因而，可限制燃料流速比用于移动可变几何部件所需致动力更快速地减小。如果发生中断起飞事件，燃烧部段处的燃料需求可使燃料流速比用于致动可变几何部件所需的压力更快速地显著减小。
为了适应这种需求的变化，现有系统往往使其大小被设定为并被构造为用以适应发动机的可变几何部件与其燃烧部段的压力要求之间的矛盾。旁通阀和回路构件，诸如致动器、泵和热交换器，因而往往被构造成尺寸过大。增加的大小在可供用于致动可变导向轮叶的燃料系统压力减小的情况下允许实现所需的致动力，即使是在燃料流速突然受限时。然而，现有的过大的构型能够导致显著的重量被添加到发动机。而且，系统的构成元件的增加的大小可导致取自发动机的动力量增加。提取动力以使燃料循环可减少可供用于推进的动力量，降低整体发动机效率。此外，燃料的循环增加可导致由系统内的燃料携带的热量增加。
因此，需要一种燃料系统，其能够将足够的燃料增压提供至发动机的各个部分，而不需要尺寸显著过大的元件。进一步需要一种燃料系统，其能够降低对燃料系统的动力需求并增加整体发动机效率并且/或者减小发动机重量。
发明内容
本发明的方面和优点将在下文的说明中进行部分地阐述，或者可以从说明中变得显而易见，或者可以通过本发明的实践而得以了解。
在本公开内容的一个方面中，提供了一种调节燃气涡轮发动机中的燃料的方法。燃气涡轮发动机可包括由部件致动器可操作地驱动的可变几何部件。部件致动器可与主要管线流体连通，主要管线具有与部件致动器相关联的阀。所述方法可包括确定与使用部件致动器致动可变几何部件相关联的需求压力。所述方法还可包括基于需求压力确定阀的所需阀位置。所述方法可进一步包括基于需求压力调整阀的位置以在部件致动器处产生大于或等于需求压力的燃料压力。
在本公开内容的另一方面中，提供了一种用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统。燃气涡轮发动机可包括燃烧部段和可变几何部件。燃料输送系统可包括部件致动器、主要管线、阀以及控制装置。部件致动器可构造为用以致动可变几何部件。主要管线可与部件致动器流体连通。阀可与主要管线流体连通。控制装置可与阀可操作地通信。控制装置可构造为用以确定与使用部件致动器致动可变几何部件相关联的需求压力；以及基于需求压力调整阀的位置以在部件致动器处产生大于或等于需求压力的燃料压力。
在本公开内容的又一方面中，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可包括传动轴、涡轮机、燃烧部段、可变几何部件以及燃料系统。传动轴可沿中心轴线延伸。涡轮机可附接至传动轴以提供传动轴的转动。燃烧部段可定位于涡轮机的前部以向涡轮机提供燃烧气体。可变几何部件可定位于燃气涡轮发动机的流动路径中。燃料系统可包括部件致动器、主要管线、燃料增压阀以及控制装置。部件致动器可构造为用以致动可变几何部件。主要管线可与部件致动器流体连通。燃料增压阀可与主要管线流体连通。控制装置可与燃料增压阀可操作地通信并构造为用以基于需求压力调整燃料增压阀的位置以在部件致动器处产生大于或等于部件致动器的需求压力的燃料压力。
参照下文的说明和随附的权利要求，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含于本说明书中并构成了本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例并且其与说明一起用于说明本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员而言的本发明的全面且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，说明书对附图进行了参照，其中：
图1提供了根据本公开内容的一个或多个实施例的示例燃气涡轮发动机的横截面图；
图2提供了根据本公开内容的一个或多个实施例的示例燃料输送系统的示意图；以及
图3提供了示出了根据本公开内容的一个或多个实施例的调节燃料的示例方法的流程图。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记意在代表本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
现将详细地参照本发明的实施例，在附图中示出了本发明的一个或多个示例。每个示例均通过对本发明的说明而被提供，但这些示例不是对本发明的限制。事实上，对本领域的技术人员而言显然的是能够在本发明中做出多种变型和改型而不偏离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分而示出或说明的特征能够与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因而，意在本发明覆盖落入随附权利要求及其等同物的范围内的这些变型和改型。
本文中使用的术语“第一”、“第二”、和“第三”可被互换地使用以将一个部件和另一部件区分开来，并且这些术语并非意在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”指代关于流体在流体路径中流动的相对方向。例如，“上游”指代流体自其流动的方向，而“下游”指代流体向其流动的方向。
在一些实施例中，本公开内容提供了一种燃气涡轮发动机，其包括至少一个可移动部件，至少一个可移动部件是液压驱动的或通过从燃料流中被重新定向到发动机的燃烧部段的燃料而移动。可根据作用在可移动部件上的力控制和/或改变重新定向的燃料的供给和压力。
现转向附图，图1是示例高涵道(high-bypass)涡扇型发动机10的横截面图。涡扇发动机10可被用在根据本主题的各方面的飞行器内，涡扇10示出为具有纵向或轴向的中心线轴线12，为了进行参照，中心线轴线12平行于轴向方向A延伸。涡扇10包括核心燃气涡轮发动机14和定位于核心燃气涡轮发动机14上游的风扇部段16。所示实施例的核心发动机14包括基本上呈管状的外部壳体18，外部壳体18限定了环形入口20。外部壳体18进一步包围并支承低压(LP)压缩机22以便使进入核心发动机14的空气的压力增加至第一压力水平。多级高压(HP)压缩机24随后从LP压缩机22接收加压的空气并进一步使接收到的空气的压力增加。离开HP压缩机24的加压空气之后可流至燃烧器26，在燃烧器26内，燃料被注入至加压空气流中。得到的混合物在燃烧器26内燃烧。高能燃烧产物从燃烧器26沿发动机10的热气路径被引向HP涡轮机28并经由HP传动轴30驱动HP压缩机24，之后被引向LP涡轮机32以便经由LP传动轴34驱动LP压缩机22和风扇部段16，LP传动轴34大体上与HP传动轴30同轴。在驱动涡轮机28和涡轮机32中每一者后，燃烧产物可从核心发动机14经由排气喷嘴36被排出以提供推进喷射推力。
在LP压缩机22的入口处定位有多个入口导向轮叶23。一般来说，入口导向轮叶23以绕中心线轴线12的环形阵列的方式设置。轮叶23可被构造为可变几何部件(variablegeometry component)，其可改变燃气涡轮发动机10的气流几何(airflow geometry)的至少一部分。在某些实施例中，每个入口导向轮叶23均可限定各自的俯仰轴线(pitch axis)，每个入口导向轮叶23可通过致动器(未画出)绕各自的俯仰轴线旋转。入口导向轮叶23绕它们各自的俯仰轴线的旋转可指引空气流穿过核心发动机14并且/或者减少穿过核心涡轮发动机14的气流量，这一点在下文进行论述。在可选的实施例中，可提供一个或多个附加的或替代的可变几何部件，诸如可变放气阀，以使LP压缩机22的入口气流与操作要求相匹配并且例如防止压缩机失速。
在可选实施例中，压缩机22、24中的一个或多个包括一个或多个可变几何部件，诸如多个可变定子轮叶，这些可变几何部件可改变燃气涡轮发动机10的气流几何的至少一部分。在某些实施例中，每个可变定子轮叶均可限定各自的俯仰轴线(pitch axis)，每个可变定子轮叶可通过致动器(未画出)绕各自的俯仰轴线旋转。可变定子轮叶绕它们各自的俯仰轴线的旋转可指引穿过核心发动机14的空气流并且/或者减少穿过核心涡轮发动机14的气流量。
类似地，应当理解，每个涡轮机28、32均可大体上包括一个或多个涡轮机级，每个级均包括多个喷嘴轮叶，多个喷嘴轮叶以绕发动机10的中心线轴线12的环形阵列的方式设置以便将穿过涡轮机级的燃烧产物流引向形成涡轮机转子的一部分的转子叶片的对应的环形阵列。如一般所理解的那样，转子叶片可各自联接至相应涡轮机转子的转子轮盘，转子轮盘又联接至发动机的传动轴(例如，传动轴30或传动轴34)。
此外，如图1所示，发动机10的风扇部段16包括可旋转的轴流式风扇转子38，风扇转子38构造为由环形风扇壳体40包围。在特定的实施例中，LP传动轴34可直接连接至风扇转子38，诸如在直接传动构型中。在替代性的构型中，LP传动轴34可经由减速装置37，诸如以间接传动或齿轮传动构型的减速齿轮箱，连接至风扇转子38。这种减速装置可根据需要或要求而被包括于发动机10内的任意适合的轴/轴芯之间。
风扇壳体40可被构造成由多个基本上径向延伸的、周向间隔开的出口导向轮叶42相对于核心发动机14支承。因此，风扇壳体40包围风扇转子38及其对应的风扇转子叶片44。而且，风扇壳体40的下游部段46在核心发动机14的外部部分上延伸以便限定提供附加推进喷射推力的第二或旁路气流导管48。与上述的入口导向轮叶23类似，出口导向轮叶42和/或风扇转子叶片44可构造为能够绕其相应的俯仰轴线旋转的可变几何部件以提供用于流经发动机10的空气的一个或多个所需气流特征。
在发动机10的正常运行或常规运行期间，应当理解，初始气流(由箭头50指示)可经风扇壳体40的相关联的入口52进入发动机10。气流50之后通过风扇叶片44并分流成移动穿过导管48的第一压缩气流(由箭头54指示)和进入LP压缩机22的第二压缩气流(由箭头56指示)。第二压缩气流56的压力之后被增加并进入HP压缩机24(如箭头58指示)。在与燃料混合并在燃烧器26内燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26并流经HP涡轮机28。在那之后，燃烧产物60流经LP涡轮机32并离开排气喷嘴36以提供用于发动机10的推力。
应当理解，图1中描绘的示例涡扇发动机10仅通过示例的方式提供。在其它示例实施例中，发动机10可具有任何其它适合的构型。例如，在某些示例实施例中，发动机10可不包括LP压缩机22，并且因而LP涡轮机32可仅支承LP轴芯34的旋转以向风扇部段16提供旋转动力。此外，发动机10可包括本文没有说明或图1中没有描绘的各种致动器、导向轮叶、端口等。此外，在另一些其它示例实施例中，发动机10可相反构造为任意其它适合的燃气涡轮发动机。例如，在其它示例实施例中，本公开内容的各方面可与例如涡轴发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮核心发动机、涡轮喷射发动机等结合使用。
转向图2，其示出了根据本发明主题的各方面的燃料输送系统62一个实施例的示意图。系统62可被结合至例如图1的示例涡扇发动机10中。因此，相同或相似的附图标记可指代上文所述的相同或相似的零件。一般来说，燃料输送系统62可包括一个或多个燃料管线，一个或多个燃料管线用于将燃料供应至燃气涡轮发动机10(见图1)的各个部分或自燃气涡轮发动机10的各个部分供应燃料。例如，如图2所示，燃料输送系统62包括与燃料供应装置(未画出)流体连通的至少一个燃料输入管线64以及与燃气涡轮发动机10的燃烧部段例如燃烧器26(见图1)流体连通的至少一个输出管线66。
在一些实施例中，提供了泵68以从燃料输入管线64抽取燃料并将这种燃料供应给与燃料输入管线64流体连通的主要管线70。泵68可被构造为适合的旋转泵以推动燃料穿过主要管线70。例如，泵68可被设置为适合的齿轮泵或轮叶泵构型。可选地，泵68可包括离心级，离心级被构造为用以向齿轮级提供足够的入口压力并且/或者提供用于旁通阀的足够的排放压力。而且，泵68能够可操作地连接至发动机10的一个或多个传动轴，例如，HP传动轴30或LP传动轴34(见图1)，以控制泵68的旋转。可选地，能够在发动机传动轴和泵62之间提供机械联动装置或齿轮系(未画出)。发动机10的转速增加时，泵68的运行速度或转速也增加。类似地，发动机10的转速减小时，泵68的转速也减小。相应的，穿过泵68的燃料的流量能够至少部分地由泵68和/或发动机的转速或运行速度确定。例如，进入泵68的燃料的流量可由被输送至发动机的燃料流限定。离开泵68的燃料的流量可由泵68的转速确定。
如图所示，主要管线70自泵68延伸并将燃料引向燃料输送系统62的各个部分。具体地，主要管线70从泵68延伸至燃料计量阀72。主要管线70的另一部分自燃料计量阀72延伸并指引燃料流穿过燃料增压阀74并将其引向输出管线66。此外，在一些实施例中，伺服管线76在主要管线70上设置于泵68的下游。伺服管线76构造成与主要管线70流体连通并能够选择性地抽取流经主要管线70的燃料的一部分。在某些操作中，伺服管线76能够将燃料引向一个或多个部件致动器78(在下文更详细地说明)，部件致动器78通过由主要管线70供给的燃料压力激励。
在一些实施例中，在燃料计量阀72上游沿主要管线70附加地提供有旁路管线80。在图2的实施例中，旁路管线80包括在主要管线70上设置于位于伺服管线76下游的一点处的旁路入口82。未被抽取至伺服管线76内的燃料的一部分因而在其被抽取至旁路管线80内时由旁路入口82接收。在一个实施例中，旁路管线80内的燃料将在燃料计量阀72上游处进行供给并例如经由泵68被重新定向至主要管线70的上游部分。设置在主要管线70上的旁路出口84进一步设置于伺服管线76的上游。旁路管线80内的燃料能够在流经旁路出口84之后返回至主要管线70。在一些实施例中，旁通阀86设置在旁路管线80内并将燃料从旁路入口82限制至旁路出口84。可选地，旁通阀86可构造成在过量的燃料到达燃料计量阀72之前旁路过量的燃料并调节燃料计量阀72内外的压差。
在图2的所示实施例中，提供了一个或多个控制装置88以控制燃料系统62的一个或多个元件的运行。例如，控制装置88可(例如经由与阀74操作关联的电子伺服马达112)通信地联接至燃料增压阀74以使这种阀74的运行能够由控制装置88自动控制。在某些实施例中，这可包括控制装置88与燃料增压阀74和/或电子伺服马达112之间的有线连接或无线连接。
在一些实施例中，控制装置88包括独立处理器87和内存单元89。可选地，控制装置88可包括全权数字发动机控制(FADEC)或其它适合的发动机控制单元。处理器87可包括被设计并被编程为执行或导致本文所述功能的性能的数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件部件、或所述各项的任意组合。处理器87还可包括微处理器或前述装置的组合(例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合有DSP核心的一个或多个微处理器、或任意其它这种构型)。
此外，内存单元89大体上可包括存储器元件，包括，但不限于，计算机可读介质(例如随机存取存储器(RAM))、计算机可读的非易失性介质(例如闪存、EEPROM、NVRAM或FRAM)、光盘—只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字化通用磁盘(DVD)和/或其它适合的存储器元件。内存单元89能够存储可由处理器87存取的信息，包括能够由处理器87执行的指令。例如，所述指令可以是当由处理器87执行时使处理器87执行操作的软件或任意指令集。对于某些实施例而言，所述指令包括构造为操作系统62以例如执行下文参照图3说明的示例方法(200)的软件包。
如图2所示，部件致动器78经伺服管线76附接至主要管线70。在运行期间，部件致动器78可大体上确定一个或多个可变几何部件90的位置。例如，部件致动器78可使可变几何部件90绕各自的俯仰轴线枢转或旋转。附加地或替代地，部件致动器78可使可变几何部件90沿线性路径平移。提供用于每个可变几何部件90的致动器以确定并改变每个可变几何部件90的定位或几何形状。在可选实施例中，可变几何部件90具体化为可变导向轮叶，诸如入口导向轮叶23、出口导向轮叶42、风扇转子叶片44或者压缩机22、24或涡轮机28、32(见图1)的轮叶(例如定子轮叶)。每个致动器78均可被构造为旋转致动器，旋转致动器构造为用以将旋转力施加至可变导向轮叶或其它适合的可变几何部件90。可替代地，每个致动器均可构造为线性致动器，线性致动器构造为将平移力施加至可变导向轮叶或其它适合的可变几何部件90。
在若干实施例中，部件致动器78可包括限定相对的液压室92、94的液压缸。在这样的实施例中，室92、94可由例如可滑动活塞95的至少一部分流体分离。活塞95的运动因而可增加或减小室92、94内的容积。一般来说，活塞95可以可操作地附接至可变几何部件90使得活塞95的线性致动导致可变几何部件90例如绕其俯仰轴线的运动。在所示的实施例中，燃料的进入液压室92、94和离开液压室92、94的流动可确定活塞95的位置，并且因而确定可变几何部件90的位置。每个室92、94的容积均根据可变几何部件90的位置增大或减小。在系统62的运行期间，在燃料从一个室94或92撤回时，燃料可被供应给相对的室92或94。燃料的进入室92、94和离开室92、94的运动因而可用于改变致动器78的可操作位置。尽管在图2中示出为线性液压致动器，附加或替代实施例可包括至少部分地由诸如旋转致动器的可变液压部件驱动的其它适合的致动系统。
此外，系统62还可包括设置成在伺服管线76与部件致动器78之间流体连通的中间致动器阀96(例如液压伺服阀)。而且，阀96可控制流体到相对的室92、94中每一者的流动。致动器阀96可例如通过电信号或无线信号经信号路径93与控制装置88可操作地通信，以允许对流体到每个室92、94的流动进行自动控制。在运行期间，控制装置88可激活致动器阀96以指引或限制燃料自/到两个室92、94的流动，由此控制致动器78的致动。
在可选实施例中，返回管线98设置成与部件致动器78流体连通以指引来自部件致动器78的燃料。例如，返回管线98可从致动器阀96延伸至旁路管线80。致动器阀96可选择性地将燃料引向旁路管线80。在一些这样的实施例中，主要管线70与返回管线98之间的压力差可提供激活力或压力用以实现对部件致动器78的控制，并且由此实现对可变几何部件90的控制。
仍然参照图2的示例实施例，提供了一个或多个压力传感器102以监控(例如计算或检测)被供应给部件致动器78和/或致动器阀96的燃料的压力。在一些实施例中，第一压力传感器元件106在主要管线70中设置成例如通过电信号或无线信号经信号路径103与控制装置88可操作地通信。如图所示，第一压力传感器元件106在主要管线70上设置于泵68与燃料计量阀72之间。在示例性实施例中，第一压力传感器元件106在主要管线70上设置于伺服管线76与旁路入口82之间。在第一压力传感器元件106处例如作为压力信号被检测到的压力因而可被传递给控制装置88，在控制装置88处，压力被监控或被记录。在附加的或替代的实施例中，在旁路管线80中提供第二压力传感器元件104。如图所示，第二压力传感器104设置于旁路入口82与旁路出口84之间。在示例性实施例中，第二压力传感器104在旁路管线80上设置于旁通阀86与返回管线98之间。类似于第一压力传感器元件106，在第二压力传感器元件104处被检测到的压力可被传递给控制装置88，控制装置88监控或记录所接收到的压力。
在可选实施例中，第一压力传感器元件106和第二压力传感器元件104被包括作为单一的压差传感器102的一部分。在使用期间，压差传感器102能够检测主要管线70与旁路管线80之间的燃料压力的差异。在一些这样的实施例中，压差传感器102与控制装置88可操作地通信以由此例如选择性地或持续地传递压力差(PD)的信号或值。
如上所述，燃料计量阀72被设置成在伺服管线76下游处与主要管线以及旁路入口82流体连通。一般来说，燃料计量阀72构造成调节到发动机的燃烧部段的燃料流量。至少部分地基于例如来自控制装置88的一个或多个节流信号，燃料计量阀72能够例如通过使被限定穿过燃料计量阀72的可变孔口膨胀或收缩而使穿过主要管线70的燃料流量(flowrate)增大或减小。穿过旁通阀86的燃料的流速(flow)能够响应于燃料计量阀72上游的主要管线70的压力而增大或减小。例如，旁通阀86能够被液压致动以根据燃料计量阀72内外的压力降而使燃料流速增大/减小。可选地，旁通阀86的液压致动可根据流体控制管线85进行控制，流体控制管线85例如在位于燃料计量阀72下游的位置处将旁通阀86可操作地连接至主要管线70。因此，旁通阀86的定位可由燃料计量阀72下游流动的燃料的压力确定。由于从主要管线70抽取至旁路管线80的燃料的量将根据旁通阀86的位置变化，主要管线70内的压力也可根据旁通阀86的位置变化。而且，旁通管线80内的压力可与燃料计量阀72内外的压力降可操作地相关联。
在图2的实施例中，在燃料计量阀72的下游设置有燃料增压阀74。燃料增压阀74包括阀主体108和可变节流活塞110。可变节流活塞110可响应于燃料计量阀72的排放端(未示出)处的压力与参照压力(例如在主体108内的内部弹簧腔处所提供的压力)之间的压差而移动。可选地提供电子伺服马达112，例如电液伺服阀，以例如通过控制作用在节流活塞110上的参照压力而控制节流活塞110的位置。在一些实施例中，电子伺服马达112能够(例如通过调整参照压力)调整节流活塞110的位置以使燃料可流经的横截面面积增大或减小。响应于节流活塞110的定位，燃料增压阀74上游处、例如主要管线70内的压力能够因而增大或减小。
如图所示，燃料增压阀74的电子伺服马达112构造为例如通过电信号或无线信号经信号路径113与控制装置88可操作地通信。在使用期间，诸如电信号或无线信号的命令信号被传递给电子伺服马达112。响应于接收到的信号，电子伺服马达112能够作用以定位燃料增压阀74的节流活塞110。节流活塞110的定位能够在主要管线70与旁路管线80之间产生指定压力。如上所述，主要管线70与旁路管线80之间的压力差可至少部分地确定可供用以调整或保持部件致动器78的压力。
在一些这样的实施例中，控制装置88可被构造为通过调整燃料增压阀74的位置来控制用于可变几何部件90的压力。在可供用于可变几何部件90的压力改变时，燃料增压阀74可例如经由电子伺服马达112被重新定位以使用于可变几何部件90的压力增大/减小。一般来说，控制装置可继续调整燃料增压阀74的位置直至可供用于可变几何部件90的压力满足或超过设置需求压力。
在示例性实施例中，在部件致动器78处施加的载荷力或载荷压力(FM)可由控制装置88监控(例如检测或计算)。在可选实施例中，控制装置88构造为用以确定载荷力或载荷压力(FM)。例如，控制装置88可被构造为用以从定位于发动机10(见图1)内的一个或多个传感器(未画出)接收状态信号。接收到的状态信号可对应于发动机速度、压缩机压力和/或致动器78的位置。而且，状态信号可与载荷力或载荷压力(FM)相关(例如经由在控制装置88内提供的一个或多个对应的模型、查找表或算法)可在控制装置88内提供以使接收到的状态信号与载荷力或载荷压力(FM)的值相关。在其它实施例中，在可变几何部件90上可设置有一个或多个部件压力传感器97，其与控制装置88可操作地通信以检测在部件致动器78处施加的载荷力或载荷压力(FM)。由部件压力传感器97提供的载荷力或载荷压力(FM)可例如通过电信号或无线信号经信号路径99由与其可操作地通信的控制装置88接收。
在一些实施例中，载荷力(FM)或压力可被记录为部件致动器78的需求压力值(PM)。而且，控制装置88能够监控(例如检测或计算)主要管线70与旁路管线80之间的压力差(PD)。例如，在某些实施例中，主要管线70和旁路管线80内的压力可经由压力传感器102进行测量。压力差(PD)可根据测量值被确定为主要管线70内的压力减去旁路管线80内的压力。在附加的或替代性的实施例中，压力差(PD)可通过例如在节流活塞110处测量燃料增压阀108的位置而确定。在这样的实施例中，燃料增压阀108的定位可与压力差(PD)相关(例如经由在控制装置88内提供的一个或多个对应的模型、查找表或算法)。来自燃料增压阀108的位置信号可被传送至控制装置88或由控制装置88读取。相应的，控制装置88可使用位置信号来确定压力差(PD)。
一旦确定，压力差(PD)可被用于确定可供用于驱动部件致动器78的压力。共同地，需求压力(PM)和已确定的或可用的致动器压力(PD)可作为确定值(RE)，例如(PM)与(PD)之间的绝对值或诸如(PM/PD)的比率，被评定。
至少部分地基于确定值(RE)，一个或多个信号例如输出电流信号可由控制装置88提供以例如通过改变作用在节流活塞110上的参照压力而改变电子伺服马达112和节流活塞110的位置。例如，在一些实施例中，可以提供所需设置值(RS)。控制装置88可被构造为用以提供连续的监控-重定位反馈环。相应的，控制装置88能够主动地调整电子伺服马达112的位置以实现或保持等于或基本上等于所需设置值(RS)的确定值(RE)。可选地，所需设置值(RS)可以是单个预先确定的值，或可替代地是主动可变的值。如果所需设置值(RS)是主动可变的值，那么所需设置值(RS)可能取决于发动机的一个或多个条件，例如海拔高度、巡航速度或飞行计划。而且，所需设置值(RS)可根据一个或多个用户输入进行选择或在例如控制装置88处自动地进行选择。
应当理解，在本文中使用时，如果确定值(RE)与所需设置值(RS)相差小于5％，诸如小于4％或小于2％或小于1％和它们之间任意其它子范围，那么确定值(RE)基本上等于所需设置值(RS)。
图3描绘了根据本公开内容的示例实施例的用于调节燃气涡轮发动机内燃料、例如燃料压力的示例方法(200)的流程图。方法(200)可使用例如图2的示例系统62而实施。因此，方法(200)能够例如由一个或多个控制装置88执行以调节燃气涡轮发动机中的燃料。为了进行图示和论述，图3描绘了以特定顺序执行的步骤。然而，应当理解，本文公开的任意方法的某些步骤可以各种方式进行修改、改编、重新排列、省略或扩展而不偏离本公开内容的范围。
转向图3，方法(200)大体上参照包括由部件致动器可操作地驱动的可变几何部件的燃气涡轮发动机进行说明。如上所述，部件致动器可与燃料系统主要管线和燃料系统旁路管线流体连通。在(210)处，方法(200)包括确定与使用部件致动器致动可变几何部件相关联的需求压力(PM)。如上所述，在若干实施例中，需求压力(PM)可通过监控(例如计算或检测)被施加于可变几何部件的力(FM)而确定。例如，力(FM)可在部件压力传感器处进行检测，部件压力传感器设置成与可变几何部件可操作地关联。由传感器产生的力测量信号可被传递至控制装置。附加地或替代地，力(FM)可通过从定位在发动机内的传感器(例如以读取发动机速度、压缩机压力和/或致动器定位)接收的一个或多个信号与可变几何部件之间的相关性进行检测。接收到的信号可与致动器处的力(FM)的值匹配(例如经由在控制装置内提供的一个或多个对应的模型、查找表或算法)。一旦检测到，控制装置可利用力(FM)来确定用于可变几何部件的相关联的需求压力(PM)。
在(220)处，方法(200)包括基于需求压力(PM)确定用于阀的所需阀位置。具体地，在若干实施例中，阀可对应于上文参照图2所述的燃料增压阀。所需阀位置可包括节流器在阀主体内的设置位置，或用于节流活塞的行程的相对方向。如上所述，燃料增压阀的阀位置可至少部分地基于可供用于激励部件致动器的燃料压力进行设置或控制。例如，可用的燃料压力可使用一个或多个压力传感器，诸如上文所述的第一压力传感器和第二压力传感器，由控制装置进行监控。具体地，在一个实施例中，压力传感器可被用于监控主要管线与旁路管线之间的压力差(PD)。附加地或替代地，压力差(PD)可通过，例如在节流活塞处，测量燃料增压阀的位置而确定。在这样的实施例中，燃料增压阀的定位可与压力差(PD)的值相关(例如经由在控制装置内提供的一个或多个对应的模型、查找表或算法)。位置信号可被传送至控制装置或由控制装置读取。一旦从燃料增压阀接收到，位置信号可因而被用于产生确定的压力差(PD)。
在一些实施例中，控制装置可被构造为用以计算确定值(RE)，确定值(RE)又可被用于调整燃料增压阀的阀位置。如上所述，确定值(RE)可被表达为需求压力(PM)与确定的压力差(PD)的值，诸如(PM)与(PD)之间的绝对值或比率例如(PM/PD)。之后可通过将确定值(RE)与所需设置值(RS)相比较来确定所需阀位置。具体地，在若干实施例中，燃料增压阀的阀位置可被调整成使得确定值(RE)等于或基本上等于所需设置值(RS)。如上所述，所需值(RS)可以可选地包括预先确定的常数值或根据燃气涡轮发动机的运行状态选择性地被挑选出的值。
此外，在(230)处，方法(200)包括基于所需阀位置调整阀的位置以在部件致动器处产生大于或等于需求压力(PM)的燃料压力。例如，如上所述，控制装置可通过将适合的位置信号或控制信号传递至电机或构造为用以调整阀的位置的其它装置来控制燃料增压阀的位置。此外，控制装置可构造为用以提供反馈环以持续地监控并传递位置信号直至确定值(RE)等于或基本上等于所需设置值(RS)。
在方法(200)期间，穿过燃料计量阀的燃料的流速或流量可被主动地改变。例如，方法(200)可根据推力需求输入调节位于燃料增压阀上游的燃料计量阀的节流。节流能够可选地包括减少穿过燃料计量阀的燃料的流量，或增加穿过燃料计量阀的燃料的流量。
本书面说明使用示例来公开本发明，包括其最佳模式，也使用示例来使本领域任何技术人员都能够实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统并执行任何所包含的方法。本发明的可授予专利权的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示例。如果这些其它示例包括与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或如果它们包括与权利要求的字面语言具有非实质性差异的等同结构元件，这些其它示例意在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种调节燃气涡轮发动机中的燃料的方法，所述燃气涡轮发动机包括可变几何部件，所述可变几何部件由部件致动器可操作地驱动，所述部件致动器与主要管线流体连通，所述主要管线具有与所述部件致动器相关联的阀，所述方法包括：
确定与使用所述部件致动器致动所述可变几何部件相关联的需求压力；以及
基于所述需求压力调整所述阀的位置以在所述部件致动器处产生大于或等于所述需求压力的燃料压力。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
基于所述需求压力确定所述阀的所需阀位置，其中，调整所述阀的一部分是基于所述所需阀位置而进行的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述所需阀位置包括确定用以激励所述部件致动器的可用的燃料压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述可用的燃料压力包括在位于所述阀上游的位置处监控所述主要管线中的燃料压力。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述可用的燃料压力包括监控所述主要管线与旁路管线之间的压力差作为确定的压力差。
6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
至少部分地基于所述需求压力和确定的压力差计算确定值，其中，确定所述所需阀位置包括将所述阀的阀位置确定为使得所述确定值等于或基本上等于所需设置值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述所需设置值是预先确定的常数值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述所需设置值是根据所述燃气涡轮发动机的运行状态而选择性地挑选的。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阀包括燃料增压阀，并且其中，所述方法进一步包括：
根据推力需求输入通过一个或多个控制装置使位于所述燃料增压阀上游的燃料计量阀节流。
10.一种用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统，所述燃气涡轮发动机包括燃烧部段和可变几何部件，所述燃料输送系统包括：
部件致动器，所述部件致动器构造为用以致动所述可变几何部件；
主要管线，所述主要管线与所述部件致动器流体连通；
阀，所述阀与所述主要管线流体连通；以及
控制装置，所述控制装置与所述阀可操作地通信，所述控制装置构造为用以：
确定与使用所述部件致动器致动所述可变几何部件相关联的需求压力；以及
根据所述需求压力调整所述阀的位置以在所述部件致动器处产生大于或等于所述需求压力的燃料压力。
11.根据权利要求10所述的燃料输送系统，其特征在于，所述控制装置构造为用以基于所述需求压力确定所述阀的所需阀位置，其中，调整所述阀的一部分是基于所述所需阀位置而进行的。
12.根据权利要求11所述的燃料输送系统，其特征在于，所述控制装置构造为用以至少部分地基于用于激励所述部件致动器的可用的燃料压力确定所述所需阀位置。
13.根据权利要求12所述的燃料输送系统，其特征在于，所述控制装置构造为用以在位于所述阀上游的位置处监控所述主要管线中的燃料压力以确定所述可用的燃料压力。
14.根据权利要求11所述的燃料输送系统，进一步包括：
旁路管线，所述旁路管线包括：
旁路入口，所述旁路入口设置于所述主要管线上以在伺服管线下游处从所述主要管线接收燃料，所述伺服管线与所述部件致动器流体连通；
旁路出口，所述旁路出口设置于所述主要管线上以使燃料在所述伺服管线上游处返回至所述主要管线；以及
旁通阀，所述旁通阀在所述旁路入口与所述旁路出口之间处于可变流体连通。
15.根据权利要求14所述的燃料输送系统，进一步包括：
压差传感器，所述压差传感器设置成与所述主要管线和所述旁路管线操作关联，其中，所述控制装置进一步构造为用以监控所述主要管线与所述旁路管线之间的压力差作为确定的压力差。
16.根据权利要求15所述的燃料输送系统，其特征在于，所述控制装置进一步构造为用以：
至少部分地基于所述需求压力和所述确定的压力差计算确定值；以及
将所述阀的位置调整为使得所述确定值等于或基本上等于所需设置值。
17.根据权利要求16所述的燃料输送系统，其特征在于，所述所需设置值是预先确定的常数值。
18.根据权利要求16所述的燃料输送系统，其特征在于，所述所需设置值是根据所述燃气涡轮发动机的运行状态而选择性地挑选的。
19.根据权利要求10所述的燃料输送系统，其特征在于，所述阀包括燃料增压阀，并且其中，所述燃料输送系统进一步包括：
燃料计量阀，所述燃料计量阀在所述主要管线上设置于所述燃料增压阀的上游。
20.一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机限定流动路径和中心轴线，所述燃气涡轮发动机包括：
传动轴，所述传动轴沿所述中心轴线延伸；
涡轮机，所述涡轮机附接至所述传动轴以提供所述传动轴的转动；
燃烧部段，所述燃烧部段定位于所述涡轮机的前部以向所述涡轮机提供燃烧气体；
可变几何部件，所述可变几何部件定位于所述燃气涡轮发动机的所述流动路径中；
燃料系统，所述燃料系统包括：
部件致动器，所述部件致动器构造为用以致动所述可变几何部件；
主要管线，所述主要管线与所述部件致动器流体连通；
燃料增压阀，所述燃料增压阀与所述主要管线流体连通；以及
控制装置，所述控制装置与所述燃料增压阀可操作地通信，所述控制装置构造为用以基于所述部件致动器的需求压力调整所述燃料增压阀的位置以在所述部件致动器处产生大于或等于所述需求压力的燃料压力。
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