CN111140371A - 燃料氧转换单元 - Google Patents

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Abstract

一种燃料氧转换单元包括运载器或运载器的发动机的汽提气流动路径。燃料氧转换单元包括：汽提气增压泵，其定位成与汽提气流动路径气流连通，用于增加通过汽提气流动路径的汽提气流的压力；接触器，其限定与汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；燃料气体分离器，其限定与接触器的燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和连接组件，其将汽提气增压泵机械地联接至燃料气体分离器，连接组件具有变速机构，使得汽提气增压泵以与燃料气体分离器不同的转速旋转。

Description

燃料氧转换单元
技术领域
本主题大体涉及一种利用汽提气的发动机的燃料氧转换单元。
背景技术
典型的飞行器推进系统包括一个或多个燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机通常包括涡轮机，该涡轮机按顺序流动的顺序包括压缩机区段，燃烧区段，涡轮区段和排气区段。在操作中，空气被提供给压缩机区段的入口，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐渐压缩空气直到其到达燃烧区段。燃料与压缩空气混合并在燃烧区段内燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段被引导至涡轮区段。通过涡轮区段的燃烧气体流驱动涡轮区段，然后被引导通过排气区段，例如，进入大气。
燃气涡轮发动机和飞行器的某些操作和系统可能产生相对大量的热量。燃料已被确定为一种有效的散热器，以至少部分地由于其热容量和燃烧更高温燃料可能导致的燃烧操作效率的提高，在操作期间接收至少一些此类热量。
然而，在没有适当地调节燃料的情况下加热燃料可能导致燃料“结焦”，或形成可能堵塞燃料系统的某些部件(例如燃料喷嘴)的固体颗粒。减少燃料中的氧量可以有效地减少燃料焦化超过不可接受的量的可能性。为此目的已经提出了燃料氧转换系统。这些燃料氧转换系统中的某些可以将汽提气与液体燃料混合以从液体燃料吸收氧或以其他方式与液体燃料反应以降低液体燃料的氧含量。然而，可能难以实现有效且高效地提供通过系统的汽提气流，将汽提气与液体燃料混合，并且然后将汽提气与液体燃料分离。因此，具有用于使汽提气有效地循环并随后从液体燃料中去除汽提气的系统的燃料氧转换单元将是有用的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从该描述中显而易见，或者可以通过实施本发明而获知。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种燃料氧转换单元，其限定运载器或运载器的发动机的汽提气流动路径。燃料氧转换单元包括：汽提气增压泵，其定位成与汽提气流动路径气流连通，用于增加通过汽提气流动路径的汽提气流的压力；接触器，其限定与汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；燃料气体分离器，其限定与接触器的燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和连接组件，其将汽提气增压泵机械地联接到燃料气体分离器，连接组件具有变速机构，使得汽提气增压泵以与燃料气体分离器不同的转速旋转。
在某些示例性实施例中，变速机构是齿轮箱。
例如，在某些示例性实施例中，齿轮箱限定齿轮比，其中齿轮比大于1：1，使得汽提气增压泵比燃料气体分离器旋转得更快。
例如，在某些示例性实施例中，齿轮箱限定齿轮比，其中齿轮比小于1：1，使得燃料气体分离器比汽提气增压泵旋转得更快。
在某些示例性实施例中，变速机构是无级变速器。
在某些示例性实施例中，变速机构是变矩器。
在某些示例性实施例中，发动机还包括附件齿轮箱，并且其中，燃料气体分离器和汽提气增压泵均由附件齿轮箱驱动。
例如，在某些示例性实施例中，附件齿轮箱包括第一垫，并且其中，燃料气体分离器和汽提气增压泵均由附件齿轮箱的第一垫驱动。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元还包括与汽提气流动路径气流连通的催化剂，用于从通过汽提气流动路径的汽提气流中去除一定量的氧。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮。该燃气涡轮包括燃烧区段和用于向燃烧区段提供燃料流的燃料输送系统，该燃料输送系统包括限定汽提气流动路径的燃料氧转换单元。燃料氧转换单元包括：汽提气增压泵，其定位成与汽提气流动路径气流连通，用于增加通过汽提气流动路径的汽提气流的压力；和接触器，其限定与汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；燃料气体分离器，其限定与接触器的燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和连接组件，其将汽提气增压泵机械地联接到燃料气体分离器，连接组件具有变速机构，使得汽提气增压泵以与燃料气体分离器不同的转速旋转。
在本公开的另一示例性实施例中，提供了一种燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机包括附件齿轮箱和限定汽提气流动路径的燃料氧转换单元。燃料氧转换单元包括：汽提气增压泵，其定位成与汽提气流动路径气流连通，用于增加通过汽提气流动路径的汽提气流的压力；接触器，其限定与汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；以及燃料气体分离器，其限定与接触器的燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口，燃料气体分离器和汽提气增压泵各自机械地联接至附件齿轮箱并由附件齿轮箱驱动。
在某些示例性实施例中，附件齿轮箱包括第一垫和第二垫，其中燃料气体分离器由第一垫驱动，并且汽提气增压泵由第二垫驱动。
例如，在某些示例性实施例中，附件齿轮箱被构造为使得燃料气体分离器由第一垫以与汽提气增压泵由第二垫驱动的转速不同的转速驱动。
在某些示例性实施例中，附件齿轮箱包括第一垫，并且其中，燃料气体分离器和汽提气增压泵均由附件齿轮箱的第一垫驱动。
在某些示例性实施例中，燃料氧转换单元还包括将汽提气增压泵机械地联接至燃料气体分离器的连接组件，并且其中，该连接组件包括变速机构，以使得汽提气增压泵以与燃料气体分离器不同的转速旋转。
例如，在某些示例性实施例中，变速机构是齿轮箱。
例如，在某些其他示例性实施例中，齿轮箱限定齿轮比，其中齿轮比大于1：1，使得汽提气增压泵比燃料气体分离器旋转得更快。
例如，在某些其他示例性实施例中，齿轮箱限定齿轮比，其中齿轮比小于1：1，使得燃料气体分离器比汽提气增压泵旋转得更快。
例如，在某些示例性实施例中，变速机构是无级变速器。
例如，在某些示例性实施例中，变速机构是变矩器。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点。结合在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在说明书中阐述了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整而可行的公开，包括其最佳模式，其参考附图，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面视图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃料氧转换单元的示意图。
图3是图2的示例性燃料氧转换单元的一部分的特写示意性横截面视图。
图4是根据本公开的示例性实施例的燃料氧转换单元的连接组件的齿轮箱的示意性横截面视图。
图5是根据本公开的另一示例性实施例的燃料氧转换单元的连接组件的齿轮箱的示意性横截面视图。
图6是根据本公开的示例性实施例的燃料氧转换单元的连接组件的变速器的示意性横截面视图。
图7是根据本公开的示例性实施例的燃料氧转换单元的连接组件的流体连接器的示意性横截面视图。
图8是根据本公开的另一示例性实施例的燃料氧转换单元的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，其一个或多个示例在附图中示出。详细描述使用数字和字母标记来指代附图中的特征。在附图和描述中相同或相似的标记已经用于指代本发明的相同或相似的部分。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换地使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体从其流动的方向，而“下游”是指流体向其流动的方向。
除非另有说明，否则术语“联接”，“固定”，“附接到”等是指直接联接，固定或附接，以及通过一个或多个中间部件或特征的间接联接，固定或附接。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”，“一种”和“该”包括复数指代。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言用于修饰可以允许变化的任何定量表示，而不导致与之相关的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”，“近似”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指的是在10％的范围内。
在此以及整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有指示，否则这些范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。
现在参考附图，其中在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，图1提供了根据本公开的示例性实施例的发动机的示意性横截面视图。发动机可以被结合到运载器中。例如，发动机可以是结合到飞行器中的航空发动机。然而，替代地，发动机可以是用于任何其他合适的运载器的任何其他合适类型的发动机。
对于所示实施例，发动机被构造为高旁通涡轮风扇发动机100。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于供参考的纵向中心线101延伸)，径向方向R和周向方向(绕轴向方向A延伸；未在图1中示出)。通常，涡轮风扇100包括风扇区段102和设置在风扇区段102下游的涡轮机104。
所示的示例性涡轮机104通常包括限定环形入口108的基本上管状的外壳体106。外壳体106以串行流动关系包围：压缩机区段，该压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112；燃烧区段114；涡轮区段，涡轮区段包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118；和喷射排气喷嘴区段120。压缩机区段，燃烧区段114和涡轮区段一起至少部分地限定了从环形入口108延伸到喷射排气喷嘴区段120的核心空气流动路径121。涡轮风扇发动机还包括一个或多个驱动轴。更具体地，涡轮风扇发动机包括将HP涡轮116驱动地连接到HP压缩机112的高压(HP)轴或线轴122，以及将LP涡轮118驱动地连接到LP压缩机110的低压(LP)轴或线轴124。
对于所示实施例，风扇区段102包括风扇126，该风扇126具有以间隔开的方式联接到盘130的多个风扇叶片128。风扇叶片128和盘130可通过LP轴124一起绕纵向轴线201旋转。盘130被可旋转的前毂132覆盖，前毂132在空气动力学上成形成促进气流通过多个风扇叶片128。此外，提供环形风扇壳体或外机舱134，其周向地围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。机舱134通过多个周向间隔开的出口导向轮叶136相对于涡轮机104支撑。机舱134的下游区段138在涡轮机104的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道140。
仍参考图1，涡轮风扇发动机100另外包括附件齿轮箱142，燃料氧转换单元144和燃料输送系统146。对于所示的实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的罩/外壳体106内。另外，应当理解，尽管未在图1中示意性地示出，但是附件齿轮箱142可以机械地联接至涡轮机104的一个或多个轴或线轴，并且可以与其一起旋转。例如，在至少某些示例性实施例中，附件齿轮箱142可以机械地联接到HP轴122，并且可以与HP轴122一起旋转。此外，对于所示实施例，燃料氧转换单元144联接至附件齿轮箱142或以其它方式能够与其一起旋转。以这种方式，应当理解，示例性燃料氧转换单元144由附件齿轮箱142驱动。值得注意的是，如本文所用，术语“燃料氧转换”大体是指能够减少燃料的游离氧含量的装置。
此外，燃料输送系统146通常包括燃料源148(例如燃料箱)和一个或多个燃料管线150。一个或多个燃料管线150通过燃料输送系统146向涡轮风扇发动机100的涡轮机104的燃烧区段114提供燃料流。
然而，应当理解，图1所示的示例性涡轮风扇发动机100仅作为示例提供。在其他示例性实施例中，任何其他合适的发动机可以与本公开的各方面一起利用。例如，在其他实施例中，发动机可以是任何其他合适的燃气涡轮发动机，例如涡轮轴发动机，涡轮螺旋桨发动机，涡轮喷气发动机等。以这种方式，将进一步认识到，在其他实施例中，燃气涡轮发动机可具有任何其他合适的构造，例如轴，压缩机，涡轮，风扇等的任何其他合适数量或布置。此外，尽管在图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机被示意性地示出为直接驱动，固定螺距的涡轮风扇发动机100，但是在其他实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以是齿轮传动的燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(例如LP轴124)之间的齿轮箱)，可以是可变螺距燃气涡轮发动机(即，包括具有可绕其各自的螺距轴旋转的多个风扇叶片128的风扇126)，等等。此外，尽管在此未示出，但是在其他实施例中，燃气涡轮发动机可以是任何其他合适类型的燃气涡轮发动机，例如结合到发电系统中的工业燃气涡轮发动机，航海燃气涡轮发动机等。此外，仍然在替代实施例中，本公开的各方面可以结合到任何其他类型的发动机(例如，往复式发动机)中，或与之一起使用。
此外，将理解的是，尽管对于所示实施例，涡轮风扇发动机100包括附件齿轮箱142和燃料氧转换单元144，该附件齿轮箱142和燃料氧转换单元144位于涡轮机104内，即位于涡轮机104的壳体106内，但是在其它实施例中，附件齿轮箱142和/或燃料氧转换单元144可以定位在任何其他合适的位置。例如，如图1中的虚线所示，在其他实施例中，附件齿轮箱142和/或燃料氧转换单元144可以定位在涡轮风扇发动机100的机舱134内。替代地，在还有的其他实施例中，附件齿轮箱142可以与涡轮风扇发动机100一起定位，并且燃料氧转换单元144可以远离涡轮风扇发动机100定位，例如靠近燃料输送系统146的燃料源148(例如，燃料箱)或在其内部。另外，在其他实施例中，燃料氧转换单元144可以附加地或可替代地由其他合适的动力源驱动，诸如电动机，液压马达或到HP或LP轴的独立机械联接件等。例如，当附件齿轮箱142由电动机驱动时，电动机可以被构造成从由发动机(诸如发动机的LP或HP系统)驱动的电机/发电机接收电力。
现在参考图2，提供了根据本公开的示例性方面的燃气涡轮发动机的燃料氧转换单元200的示意图。在至少某些示例性实施例中，图2中描绘的示例性燃料氧转换单元200可以被结合到例如以上参考图1描述的示例性发动机100中(例如，可以是图1中描绘且如上所述的燃料氧转换单元144)。
从本文的讨论中将会理解，图2的燃料氧转换单元200通常包括接触器202和燃料气体分离器204。另外，示例性燃料氧转换单元200限定了从燃料气体分离器204延伸至接触器202的循环气体流动路径206。在某些示例性实施例中，循环气体流动路径206可以由一个或多个导管，管，管道等的任意组合以及循环气体流动路径206内的结构或部件形成。
如下面将更详细解释的，燃料氧转换单元200通常在操作期间提供通过汽提气流动路径206的汽提气220的流动。将理解的是，术语“汽提气”在本文中用作方便术语来指大体能够执行本文所述的功能的气体。流过汽提气流动路径/循环气体流动路径206的汽提气220可以是实际的汽提气，其作用是从接触器内的燃料中汽提氧，或者可以是冒泡气体，其鼓泡通过液体燃料以降低这样的燃料的氧含量。例如，如将在下面更详细地讨论的，汽提气220可以是惰性气体，例如氮气或二氧化碳(CO2)，惰性气体混合物或具有相对较低的氧含量的一些其他气体或气体混合物。
此外，对于图2所示的示例性燃料氧转换单元200，燃料氧转换单元200还包括气体增压泵208，催化剂210和预热器212。对于所示的实施例，气体增压泵208，催化剂210和预热器212分别在循环气体流动路径206内以串行流动的方式布置。然而，将理解，在其他实施例中，氧转换单元200可以不限定循环气体流动路径206，而是汽提气流可以来自开环源。另外，在其他实施例中，可以以任何合适的流动顺序来提供列出的部件。
如将在下面更详细地解释的，示例性燃料气体分离器204通常限定气体出口218，液体燃料出口220和入口222。还应当理解，所示的示例性燃料氧转换单元200可与燃料输送系统146一起操作，燃料输送系统146例如是包括燃料氧转换单元200的燃气涡轮发动机的燃料输送系统146(例如，参见图1)。示例性燃料输送系统146通常包括多条燃料管线，尤其是入口燃料管线226和出口燃料管线228。入口燃料管线226流体连接到接触器202，以用于向接触器202提供液体燃料230的流动(例如，从燃料源148，例如燃料箱)。另外，燃料气体分离器204的液体燃料出口220流体连接到燃料输送系统146的出口燃料管线228。以这种方式，出口燃料管线228可接收液体燃料230的脱氧流，这也将在下面更详细地描述。
在典型操作期间，汽提气232在从燃料气体分离器204到接触器202的方向上从燃料气体分离器204的气体出口218流过循环气体流动路径206。更具体地，在典型的操作期间，对于所示实施例，汽提气232从燃料气体分离器204的气体出口218流过预热器212，到达并通过催化剂210，预热器212被构造为向流过其中的气体添加热能。汽提气232然后流过气体增压泵208，其中汽提气232的压力增加以提供汽提气232通过循环气体流动路径206的流动。然后将相对高压的汽提气232(即，相对于增压泵208上游的压力和进入接触器202的燃料)提供给接触器202，其中，汽提气232与来自入口流体管线226的液体燃料流230混合以产生燃料气体混合物228。在接触器202内产生的燃料气体混合物228被提供给燃料气体分离器204的入口222。
通常，将理解的是，在燃料氧转换单元200的操作期间，通过入口燃料管线226提供给接触器202的液体燃料230可以具有相对较高的氧含量。提供给接触器202的汽提气232可以具有相对低的氧含量或其他特定的化学结构。如上所述，在接触器202内，液体燃料230与汽提气232混合，产生了燃料气体混合物228。作为这种混合的结果，可能发生物理交换，由此燃料230内的至少一部分氧被转移到汽提气232，使得混合物228的燃料成分具有相对较低的氧含量(与通过入口燃料管线226提供的燃料230相比)并且混合物228的汽提气成分具有相对较高的氧含量(与通过循环气体流动路径206提供给接触器202的汽提气232相比)。
现在还简要地参考图3，提供了图2的示例性燃料气体分离器204和气体增压泵208的特写示意性横截面视图，应当理解，在燃料气体分离器204内大体将氧含量较高的汽提气232与氧含量较低的燃料230分离。具体地，对于所示的实施例，燃料气体分离器204限定中心轴线234和绕该中心轴线234延伸的周向方向C。另外，燃料气体分离器204被构造为机械驱动的燃料气体分离器，或更具体地，被构造为旋转/离心燃料气体分离器。因此，燃料气体分离器204包括输入轴236和分离组件238，输入轴236机械地联接到分离组件238，并且两个部件一起可绕中心轴线234旋转。此外，输入轴236机械地联接到例如合适的动力源并由其驱动，如下面更详细地解释的。
另外，所描绘的示例性分离组件238通常包括沿着中心轴线234布置的核心240，以及位于核心240的径向外侧的多个桨状物242。在操作期间，分离组件238绕中心轴线234的旋转，更具体地，多个桨状物242绕中心轴线234的旋转(即，在周向方向C上)，通常可迫使较重的液体燃料230向外并迫使较轻的汽提气232向内通过核心240。以这种方式，如图所示，液体燃料230可通过燃料气体分离器204的液体燃料出口220离开，汽提气232可通过燃料气体分离器204的汽提气出口218离开。值得注意的是，核心240可以包括用于阻止通过其中的液体流的结构，例如流体阻止网或几何形状，或其他流体阻止特征。
因此，应当理解，提供给液体燃料出口220的液体燃料230，其已经与汽提气220相互作用，可以具有相对较低的氧含量，从而可以在降低了燃料结焦(即化学反应形成固体颗粒，这些固体颗粒可能会堵塞或损坏燃料流动路径内的部件)的风险的情况下向其中添加相对大量的热量。例如，在至少某些示例性方面，提供给液体燃料出口220的燃料230的氧含量可以小于大约百万分之五(5)(5“ppm”)，例如小于大约三(3)ppm，例如小于大约两(2)ppm，例如小于大约一(1)ppm，例如小于大约0.5ppm。
同样如图3所示，对于所示实施例，气体增压泵208通过连接组件248机械联接至燃料气体分离器204，并可与其一起旋转。以这种方式，将理解，气体增压泵208由驱动燃料气体分离器204的相同动力源驱动，并且进一步地，气体增压泵208可与燃料气体分离器204一起旋转。
更具体地，对于所示的实施例，气体增压泵208限定气体入口250和气体出口252，并且包括联接至轴256的多个桨状物254。轴256连接到连接组件248并由其驱动，使得当燃料气体分离器204旋转时，轴256和气体增压泵208的多个桨状物254也旋转以增加通过气体入口250接收的汽提气232的压力和/或流率(flowrate)，并进一步将更高压力和/或流率的汽提气232提供给汽提气出口252。然而，将理解，图3中描绘的示例性气体增压泵208仅作为示例提供，因为在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的机械气体增压泵。
现在回到图2中的燃料氧转换单元200的示意图，将进一步认识到，示例性燃料氧转换单元200再循环并再利用汽提气232(即，汽提气232基本上闭环流动)。然而，离开燃料气体分离器204的汽提气232，其已经与液体燃料226相互作用，可以具有相对较高的氧含量。因此，为了重新使用汽提气232，需要减少来自燃料气体分离器204的气体出口218的汽提气232的氧含量。对于所描绘的实施例，并且如上所述，汽提气232流过预热器212至催化剂210，在催化剂210处，汽提气232的氧含量降低，随后流至气体增压泵208(应当理解，在其他示例性方面，这样的部件可以以任何其他合适的顺序布置)。更具体地，在催化剂210内，使相对富氧的汽提气232反应以降低其氧含量。将理解的是，催化剂210可以以任何合适的方式构造以执行这样的功能(即，从再循环汽提气232中去除氧)。例如，在某些实施例中，催化剂210可以被构造成使氧和富氧汽提气220中存在的燃料蒸气反应，以降低汽提气220中游离氧的总体水平。然而，在其他实施例中，催化剂210可以附加地或可替代地包括催化成分的几何形状，相对富氧的汽提气232流过该催化成分，以降低其氧含量。在这些实施例中的一个或多个中，催化剂210可以被构造成将汽提气232的氧含量减少到小于大约百分之三质量(3质量％)的氧(O2)，例如小于大约百分之一质量(1质量％)的氧(O2)。
然后，所得的相对较低的氧含量的汽提气232通过循环气体流动路径206的其余部分(remainder)提供，并返回至接触器202，从而可以重复循环。以这种方式，将认识到，汽提气232可以是能够经历上述转变的任何合适的气体。例如，汽提气232可以是来自例如包括燃料氧转换单元200的燃气涡轮发动机的核心空气流动路径的脱氧空气(例如，从HP压缩机112排出的压缩空气；见图1)。然而，在其他实施例中，汽提气232可以替代地是任何其他合适的气体，例如惰性气体，例如氮气或二氧化碳(CO2)，惰性气体混合物，或具有相对较低氧含量的一些其他气体或气体混合物。
简要地，还将理解的是，所示的示例性燃料氧转换单元200包括与循环气体流动路径206流体连接的补充气体源244。补充气体源244可以是任何合适的气体源。例如，在某些实施例中，补充气体源244可以是包括燃料氧转换单元200的燃气涡轮发动机的压缩机区段，诸如这种压缩机区段的高压压缩机112(见图1)。附加地或替代地，补充气体源244可以是位于燃气涡轮发动机内的汽体箱，或者替代地位于远离燃气涡轮发动机的位置，例如在飞行器内。对于所描绘的实施例，补充气体源244通过可变流量阀246与循环气体流动路径206进行气流连通，该可变流量阀246可被致动以根据需要向循环气体流动路径206供应额外的气体。尽管未示出，但是燃料氧转换单元200可以包括一个或多个传感器，用于确定通过循环气体流动路径206的气流量/流率，以确定所需的补充气体的量(如果有的话)。然而，值得注意地，如上所述，在其他实施例中，燃料氧转换单元200可包括开环汽提气232路径，使得汽提气232不被涡轮风扇发动机100重新使用，而是例如提供给大气。在这样的实施例中，补充气体源244可以是汽提气232的源。
参照图2和图3，如上所述，通常，燃料气体分离器204和气体增压泵208通过燃料氧转换单元200的连接组件248联接，从而允许气体增压泵208和燃料气体分离器204分别由相同的动力源驱动。对于所示实施例，驱动燃料气体分离器204和气体增压泵208(越过燃料气体分离器204和连接组件248)的动力源是发动机的附件齿轮箱260，燃料氧转换单元200可与该附件齿轮箱260一起操作。驱动燃料气体分离器204和气体增压泵208的附件齿轮箱260可以以与以上参照图1描述的示例性附件齿轮箱142相似的方式构造。将会理解，附件齿轮箱260通常可以通过输入轴262接收旋转动力，该输入轴262由发动机的一个或多个轴或线轴机械地驱动，一个或多个轴或线轴例如低压轴(例如，LP轴124)或高压轴(例如，HP轴122)，或在其他实施例中，由电动机机械地驱动(例如，电动机接收来自由发动机，飞行器系统等驱动的发电机的电力)。此外，如图2示意性所示，示例性附件齿轮箱260包括由输入轴262驱动的多个机械连结的齿轮264，以及相应的多个垫266。多个垫266中的每一个被构造为在多个齿轮264之一与附件系统268之间接口，附件系统268从附件齿轮箱260提取动力或向附件齿轮箱260增加动力。特别地，对于所示的实施例，示例性附件齿轮箱260机械地联接至三个附件系统268，其中之一是燃料氧转换单元200。具体地，例如，示例性附件齿轮箱260包括机械地连结到第一齿轮264A的第一垫266A，机械地连结到第二齿轮264B的第二垫266B以及机械地连结到第三齿轮264C的第三垫266C。对于所示的实施例，燃料气体分离器204通过燃料气体分离器204的输入轴236联接到第一垫266A。其他附件系统268联接到第二垫266B和第三垫266C。然而，值得注意的是，在其他实施例中，附件齿轮箱260可具有齿轮264，垫266等的任何其他合适数量和/或构造。
仍然参考图2和图3，由燃料气体分离器204从附件齿轮箱260(即，通过附件齿轮箱260的第一垫266A)接收的旋转动力通过连接组件248传递到气体增压泵208。对于所示的示例性实施例，连接组件248包括变速机构270，以使气体增压泵208以与燃料气体分离器204不同的转速旋转。更具体地，连接组件248包括：第一构件272，其联接至燃料气体分离器204，并且能够以与燃料气体分离器204相同的旋转速度旋转；第二构件274，其联接至气体增压泵208，并且能够以气体增压泵208和变速机构270的相同的旋转速度旋转。因此，这可以允许将燃料气体分离器204设计为以最大有效转速运行，并且还可以允许将气体增压泵208设计为以最大有效转速运行(该转速可以与燃料气体分离器204的最大有效转速不同)。
仍参考图2，现在还参考图4，将理解，在至少某些示例性实施例中，变速机构270可以是齿轮箱。图2提供了根据本公开的示例性实施例的齿轮箱的示意图，该齿轮箱可以被并入图2的连接组件248中。更具体地，示例性齿轮箱被描绘为行星齿轮箱276。
如图4所示，行星齿轮箱276通常包括联接至连接组件248的第一构件272的太阳齿轮278，联接至行星齿轮架282的多个行星齿轮280(在所示的实施例中，行星齿轮架282联接到静止部件)，和联接到连接组件248的第二构件274的齿圈284。如所指出的，第一构件272联接至燃料气体分离器204并可与燃料气体分离器204一起旋转(以与燃料气体分离器204相同的转速)，并且第二构件274联接至气体增压泵208并且可与气体增压泵208一起旋转(以与气体增压泵208相同的转速)。以这种方式，可以相对于燃料气体分离器204的转速来改变气体增压泵208的转速。更具体地，将理解的是，对于所示实施例，齿轮箱276限定齿轮比(即，连接组件248的输出/第二构件274的转速与连接组件248的输入/第一构件272的转速之比)。对于所示的实施例，齿轮比大于1：1，使得汽提气增压泵208比燃料气体分离器204旋转得更快。在某些示例性实施例中，例如，齿轮比可以是至少大约1.1：1，至少大约1.25：1，至少大约1.5：1或高达大约20：1。
然而，将理解，在其他示例性实施例中，行星齿轮箱276可具有任何其他合适的构造。例如，在其他实施例中，行星齿轮箱276可以限定任何其他合适的齿轮比。例如，现在简要地参考图5，提供了根据本公开的另一示例性实施例的行星齿轮箱276，齿轮箱276可以限定小于大约1：1的齿轮比。通过这种构造，燃料气体分离器204可以比气体增压泵208更快地旋转。例如，图5的示例性齿轮箱276的齿轮比可以小于大约1：1.1，小于大约1：1.25，小于大约1：1.5，小于大约1：2，例如至少大约1：20。
然而，将进一步意识到，在还有的其他实施例中，可以利用其他合适的变速机构270。例如，在其他示例性实施例中，变速机构270可以是可变齿轮比齿轮箱，变速器或流体联接器。
例如，简要地参考图6，提供了无级变速器286的示意图，该无级变速器286可以作为所描绘的变速机构270并入图2和图3的示例性燃料氧转换单元200的连接组件248中。如图所示，示例性无级变速器286通常包括通过带292联接的第一齿轮288和第二齿轮290。第一齿轮288可以联接至连接组件248的第一构件272，并且第二齿轮290可以联接至连接组件248的第二构件274。第一齿轮288和第二齿轮290中的每个通常包括相对的圆锥形构件294，其能够彼此更靠近地移动(例如，参见第二齿轮290)，并且可以彼此进一步远离地移动(例如，参见第一齿轮288)。通过使第二齿轮290和第一齿轮288的相对的圆锥形构件294彼此更靠近或彼此进一步远离地移动，无级变速器286可以提供多种齿轮比，以将气体增压泵208可旋转地连接至燃料气体分离器204。
然而，将理解的是，在其他示例性实施例中，可以提供任何其他合适的无级变速器286(或可变齿轮比齿轮箱)。例如，在其他实施例中，无级变速器可以是直径可变的带轮型变速器，基于辊的变速器，磁性变速器，无级变速箱，锥形变速器等。
进一步地，例如，现在参考图7，提供了根据本公开的示例性实施例的流体联接器的示意图，该流体联接器可以作为所描绘的变速机构270被并入图2和3中的示例性燃料氧转换单元200的连接组件248中。更具体地说，对于所示的实施例，流体联接器是变矩器296。变矩器296的输入298联接到连接组件248的第一构件272，并且变矩器296的输出300联接到连接组件248的第二构件274。变矩器296进一步包括联接至输入298的叶轮302，联接至输出300的涡轮304以及定子306。叶轮302，涡轮304和定子306被封闭在外壳308内，该外壳进一步在其中包括变速器流体。输入298的旋转驱动叶轮302，叶轮302使变速器流体流过定子306并穿过涡轮304，驱动涡轮304，进而驱动输出300。叶轮302和涡轮304可被设计(例如，叶片尺寸，角度，密度等)以在整个连接组件上实现期望的速度变化/速度比，类似于上面参考图4和5描述的齿轮箱。
此外，将理解的是，通过示例的方式提供了以上参考图2至图7描述的示例性燃料氧转换单元200(以及示例性连接组件248的各种示例性变速机构270)。在其他实施例中，示例性燃料氧转换单元200可以具有任何其他合适的构造。例如，现在参考图8，提供了根据本公开的另一示例性实施例的燃料氧转换单元200。图8的示例性燃料氧转换单元200可以以与图2的示例性燃料氧转换单元200基本上相同的方式构造。例如，图8的示例性燃料氧转换单元200包括气体增压泵208和燃料气体分离器204。对于所示实施例，类似于图2的示例性实施例，燃料气体分离器204和气体增压泵208均由燃气涡轮发动机的附件齿轮箱260驱动。然而，对于图8的实施例，气体增压泵208和燃料气体分离器204各自由附件齿轮箱260独立地驱动。具体地，示例性附件齿轮箱260包括分别与第一齿轮264A和第二齿轮264B对接的第一垫266A和第二垫266B。燃料气体分离器204由第一垫266A驱动，汽提气232增压泵208由第二垫266B驱动。以这种方式，气体增压泵208和燃料气体分离器204均由相同的动力源驱动，并且进一步机械地联接(即，通过附件齿轮箱260的各种齿轮264和轴)。然而，利用图8的实施例，气体增压泵208可以通过气体增压泵208与附件齿轮箱260的独立连接(例如，通过可能的第一齿轮264A和第二齿轮264B的不同的构造，例如第一齿轮264A和第二齿轮264B的不同的尺寸)以与燃料气体分离器204不同的转速旋转。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
本发明的进一步方面通过以下条项的主题提供：
1.一种燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元限定运载器或所述运载器的发动机的汽提气流动路径，包括：汽提气增压泵，所述汽提气增压泵定位成与所述汽提气流动路径气流连通，用于增加通过所述汽提气流动路径的汽提气流的压力；接触器，所述接触器限定与所述汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定与所述接触器的所述燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和连接组件，所述连接组件将所述汽提气增压泵机械地联接到所述燃料气体分离器，所述连接组件具有变速机构，使得所述汽提气增压泵以与所述燃料气体分离器不同的转速旋转。
2.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述变速机构是齿轮箱。
3.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述齿轮箱限定齿轮比，其中所述齿轮比大于1：1，使得所述汽提气增压泵比所述燃料气体分离器旋转得更快。
4.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述齿轮箱限定齿轮比，其中所述齿轮比小于1：1，使得所述燃料气体分离器比所述汽提气增压泵旋转得更快。
5.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述变速机构是无级变速器。
6.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述变速机构是变矩器。
7.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述发动机包括附件齿轮箱，并且其中所述燃料气体分离器和所述汽提气增压泵均由所述附件齿轮箱驱动。
8.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，其中所述附件齿轮箱包括第一垫，并且其中所述燃料气体分离器和所述汽提气增压泵均由所述附件齿轮箱的所述第一垫驱动。
9.根据任何在前条项的燃料氧转换单元，进一步包括：催化剂，所述催化剂与所述汽提气流动路径气流连通，用于从通过所述汽提气流动路径的所述汽提气流中去除一定量的氧。
10.一种燃气涡轮发动机，包括：燃烧区段；和燃料输送系统，所述燃料输送系统用于向所述燃烧区段提供燃料流，所述燃料输送系统包括燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元限定汽提气流动路径，所述燃料氧转换单元包括：汽提气增压泵，所述汽提气增压泵定位成与所述汽提气流动路径气流连通，用于增加通过所述汽提气流动路径的汽提气流的压力；接触器，所述接触器限定与所述汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定与所述接触器的所述燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和连接组件，所述连接组件将所述汽提气增压泵机械地联接到所述燃料气体分离器，所述连接组件具有变速机构，使得所述汽提气增压泵以与所述燃料气体分离器不同的转速旋转。
11.一种燃气涡轮发动机，包括：附件齿轮箱；和燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元限定汽提气流动路径并且包括：汽提气增压泵，所述汽提气增压泵定位成与所述汽提气流动路径气流连通，用于增加通过所述汽提气流动路径的汽提气流的压力；接触器，所述接触器限定与所述汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；和燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定与所述接触器的所述燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口，所述燃料气体分离器和所述汽提气增压泵各自机械地联接至所述附件齿轮箱并由所述附件齿轮箱驱动。
12.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述附件齿轮箱包括第一垫和第二垫，其中所述燃料气体分离器由所述第一垫驱动，并且其中所述汽提气增压泵由所述第二垫驱动。
13.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述附件齿轮箱被构造成使得所述燃料气体分离器由所述第一垫以与所述汽提气增压泵由所述第二垫驱动的转速不同的转速驱动。
14.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述附件齿轮箱包括第一垫，并且其中所述燃料气体分离器和所述汽提气增压泵均由所述附件齿轮箱的所述第一垫驱动。
15.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述燃料氧转换单元进一步包括连接组件，所述连接组件将所述汽提气增压泵机械地联接至所述燃料气体分离器，并且其中所述连接组件包括变速机构，使得所述汽提气增压泵以与所述燃料气体分离器不同的转速旋转。
16.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述变速机构是齿轮箱。
17.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述齿轮箱限定齿轮比，其中所述齿轮比大于1：1，使得所述汽提气增压泵比所述燃料气体分离器旋转得更快。
18.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述齿轮箱限定齿轮比，其中所述齿轮比小于1：1，使得所述燃料气体分离器比所述汽提气增压泵旋转得更快。
19.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述变速机构是无级变速器。
20.根据任何在前条项的燃气涡轮发动机，其中所述变速机构是变矩器。

Claims (10)

1.一种燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元限定运载器或所述运载器的发动机的汽提气流动路径，其特征在于，包括：
汽提气增压泵，所述汽提气增压泵定位成与所述汽提气流动路径气流连通，用于增加通过所述汽提气流动路径的汽提气流的压力；
接触器，所述接触器限定与所述汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；
燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定与所述接触器的所述燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和
连接组件，所述连接组件将所述汽提气增压泵机械地联接到所述燃料气体分离器，所述连接组件具有变速机构，使得所述汽提气增压泵以与所述燃料气体分离器不同的转速旋转。
2.根据权利要求1所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述变速机构是齿轮箱。
3.根据权利要求2所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述齿轮箱限定齿轮比，其中所述齿轮比大于1：1，使得所述汽提气增压泵比所述燃料气体分离器旋转得更快。
4.根据权利要求2所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述齿轮箱限定齿轮比，其中所述齿轮比小于1：1，使得所述燃料气体分离器比所述汽提气增压泵旋转得更快。
5.根据权利要求1所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述变速机构是无级变速器。
6.根据权利要求1所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述变速机构是变矩器。
7.根据权利要求1所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述发动机包括附件齿轮箱，并且其中所述燃料气体分离器和所述汽提气增压泵均由所述附件齿轮箱驱动。
8.根据权利要求7所述的燃料氧转换单元，其特征在于，其中所述附件齿轮箱包括第一垫，并且其中所述燃料气体分离器和所述汽提气增压泵均由所述附件齿轮箱的所述第一垫驱动。
9.根据权利要求1所述的燃料氧转换单元，其特征在于，进一步包括：
催化剂，所述催化剂与所述汽提气流动路径气流连通，用于从通过所述汽提气流动路径的所述汽提气流中去除一定量的氧。
10.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括：
燃烧区段；和
燃料输送系统，所述燃料输送系统用于向所述燃烧区段提供燃料流，所述燃料输送系统包括燃料氧转换单元，所述燃料氧转换单元限定汽提气流动路径，所述燃料氧转换单元包括：
汽提气增压泵，所述汽提气增压泵定位成与所述汽提气流动路径气流连通，用于增加通过所述汽提气流动路径的汽提气流的压力；
接触器，所述接触器限定与所述汽提气流动路径气流连通的汽提气入口，液体燃料入口以及燃料/气体混合物出口；
燃料气体分离器，所述燃料气体分离器限定与所述接触器的所述燃料/气体混合物出口流体连通的燃料/气体混合物入口，汽提气出口和液体燃料出口；和
连接组件，所述连接组件将所述汽提气增压泵机械地联接到所述燃料气体分离器，所述连接组件具有变速机构，使得所述汽提气增压泵以与所述燃料气体分离器不同的转速旋转。
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