CN113586248A - 利用来自附件齿轮箱的补充气体的燃料减氧单元 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于发动机的燃料减氧单元。该燃料减氧单元包括：接触器，接触器包括接收入口燃料流的燃料入口和接收入口吹脱气体流的吹脱气体入口，接触器被构造成形成燃料/气体混合物；接收燃料/气体混合物的分离器，该燃料减氧单元限定了从分离器到接触器的循环气体流路；以及选择性地与循环气体流路流体连通的吹脱气体源，用于选择性地将吹脱气体从吹脱气体源引入循环气体流路，其中吹脱气体源是附件齿轮箱。

Description

利用来自附件齿轮箱的补充气体的燃料减氧单元
技术领域
本主题一般涉及一种用于发动机的燃料减氧单元及其操作方法。
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。燃气涡轮发动机一般包括涡 轮机，涡轮机以串行流动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，空气被提供到压缩机区段的入口，在压缩机区段，一个或多个轴向压缩机逐步压缩空 气，直到空气到达燃烧区段。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引导到涡轮区段。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，流向大气。
燃气涡轮发动机和飞行器的某些操作和系统可能会产生相对大的热量。燃料已被确定 为有效的散热器，以在操作期间接收至少一些此类热量，这至少部分是由于其热容量和可 能因燃烧较高温度的燃料而提高的燃烧操作效率。
然而，在没有适当调节燃料的情况下加热燃料可能会导致燃料“焦化”，或形成固体 颗粒，这可能会堵塞燃料系统的某些部件，例如燃料喷嘴。减少燃料中的氧含量可以有效 减少燃料焦化超过不可接受量的可能性。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分地阐述，或者可以从描述中明显地看出， 或者可以通过本发明的实践了解。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于发动机的燃料减氧单元。燃料减氧 单元包括燃料减氧单元,燃料减氧单元限定吹脱气体(stripping gas)流路，并包括入口燃 料管路和出口燃料管路，该燃料减氧单元包括：氧转移组件，用于使用通过吹脱气体流路 的吹脱气体流来减少通过入口燃料管路的入口燃料流中的氧量；以及选择性地与吹脱气体 流路流体连通的吹脱气体源，用于选择性地将吹脱气体从吹脱气体源引入到吹脱气体流路 中，其中吹脱气体源是附件齿轮箱。
在某些示例性实施例中，氧转移组件包括：接触器，包括接收入口燃料流的燃料入口 和从吹脱气体流路接收入口吹脱气体流的吹脱气体入口，接触器被构造成形成燃料/气体 混合物；以及接收燃料/气体混合物的分离器，燃料减氧单元限定从分离器到接触器的循 环气体流路。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括在附件齿轮箱的下游和接触器的上游的可 变流量阀，其中来自附件齿轮箱的吹脱气体经由可变流量阀与循环气体流路气流交流连通
在某些示例性实施例中，吹脱气体包括附件齿轮箱空气。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括在附件齿轮箱的下游和可变流量阀的上游 的泵，其中泵增加流向循环气体流路的吹脱气体的压力。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括在附件齿轮箱的下游和可变流量阀的上游 的喷射器，其中喷射器将吹脱气体泵送至循环气体流路。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括在吹脱气体源的下游的空气/油分离器。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括与循环气体流路气流连通的隔离阀，用于调节通过循环气体流路到接触器的气体流。
在某些示例性实施例中，吹脱气体流向分离器的下游和接触器的上游的循环气体流路。
在某些示例性实施例中，分离器包括与接触器流体连通的入口、燃料出口和吹脱气体 出口，该入口接收燃料/气体混合物，其中分离器被构造为将燃料/气体混合物分离成出口 吹脱气体流和出口燃料流，并将出口吹脱气体流提供给吹脱气体出口，将出口燃料流提供 给燃料出口。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括：位于分离器的下游的催化剂，催化剂接 收并处理出口吹脱气体流，其中，入口吹脱气体流离开催化剂；以及分离器的下游的气体 增压泵，其中，气体增压泵增加到接触器的入口吹脱气体流的压力。
在本公开的另一个示例性实施例中，提供了一种用于发动机的燃料减氧单元。该燃料 减氧单元包括接触器；分离器，该燃料减氧单元限定从所述分离器到所述接触器的循环气 体流路；以及吹脱气体源，所述吹脱气体源与所述循环气体流路选择性地流体连通，用于 从所述吹脱气体源选择性地将吹脱气体引入所述循环气体流路，其中所述吹脱气体包括附 件齿轮箱空气。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括可变流量阀，所述可变流量阀在所述吹脱 气体源的下游和所述接触器的上游，其中来自所述吹脱气体源的所述吹脱气体经由所述可 变流量阀与所述循环气体流路气流连通。
在某些示例性实施例中，吹脱气体源是附件齿轮箱，并且其中吹脱气体流向分离器的 下游和接触器的上游的循环气体流路。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括泵，所述泵在所述吹脱气体源的下游和所 述可变流量阀的上游，其中所述泵增加流向所述循环气体流路的所述吹脱气体的压力。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括喷射器，所述喷射器在所述吹脱气体源的 下游和所述可变流量阀的上游，其中所述喷射器将所述吹脱气体泵送到所述循环气体流路。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括在吹脱气体源的下游的空气/油分离器。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括隔离阀，所述隔离阀与所述循环气体流路 气流连通，用于调节通过所述循环气体流路到所述接触器的气体流。
在某些示例性实施例中，接触器包括接收入口燃料流的燃料入口和接收入口吹脱气体 流的吹脱气体入口，接触器被构造为形成燃料/气体混合物。
在某些示例性实施例中，所述分离器接收所述燃料/气体混合物，并包括与所述接触 器流体连通的入口、燃料出口和吹脱气体出口，所述入口接收所述燃料/气体混合物，其中所述分离器被构造成将所述燃料/气体混合物分离成出口吹脱气体流和出口燃料流，并将所述出口吹脱气体流提供给所述吹脱气体出口，并且将所述出口燃料流提供给所述燃料出口。
在某些示例性实施例中，燃料减氧单元包括：催化剂，所述催化剂位于所述分离器的 下游，所述催化剂接收并处理所述出口吹脱气体流，其中所述入口吹脱气体流离开所述催 化剂；以及气体增压泵，所述气体增压泵在所述分离器的下游，其中，所述气体增压泵增加到所述接触器的所述吹脱气体流的压力。
在本公开的示例性方面，提供了一种用于操作用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统的 方法。该方法包括：在燃料减氧单元中接收入口燃料流，所述燃料减氧单元用于使用通过 吹脱气体流路的吹脱气体流减少所述入口燃料流中的氧量；以及从吹脱气体源选择性地将 吹脱气引入到所述吹脱气体流路中，其中所述吹脱气体源是附件齿轮箱。
参照下面的描述和所附的权利要求书，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得 更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图说明了本发明的实施例，并与说 明一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书中参考附图阐述了本发明的完整且能够公开的内容，包括针对本领域普通技 术人员的本发明的最佳模式，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图。
图2是根据本公开的示例性实施例的燃料减氧单元的示意图。
图3是根据本公开的另一示例性实施例的燃料减氧单元的示意图。
相应的参考符号贯穿这些视图表示相应的部分。本文所列举的示例说明了公开的示例 性实施例，这些示例不应解释为以任何方式限制公开的范围。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其中一个或多个例子在附图中说明。详细描述使用 数字和字母代号来指代图中的特征。附图和描述中的相同或相似的代号已被用来指代本发 明的相同或相似部分。
提供以下描述，以使本领域的技术人员能够制造和使用为实施本发明而设想的所述实 施例。然而，各种修改、等价物、变化和替代物对于本领域的技术人员来说仍将是显而易 见的。任何和所有这样的修改、变化、等价物和替代物都旨在落在本发明的精神和范围内。
为了下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”及其衍生物应与本发明在附图中定向的有关。然而，应当理解的是， 除非有相反的明确说明，否则本发明可以假设各种替代变化。还应理解的是，附图中示出 并在下面的说明书中描述的具体装置只是本发明的示例性实施例。因此，与本文所公开的 实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应视为限制性的。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以区分一个部件和另一个部件，并不打算表示各个部件的位置或重要性。
术语“上游”和“下游”指的是流体路径中流体流动的相对方向。例如，“上游”指 的是流体流自的方向，“下游”指的是流体流向的方向。
术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接，除非本文另有说明。
单数形式的“一”、“一种”和“该”包括复数的提法，除非上下文另有明确规定。
如本文在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言，适用于修饰任何可允许变化而 不导致其相关的基本功能改变的定量表示。因此，由“约”、“大约”和“基本上”等一个或多个术语所修饰的值不限于所规定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于测量值的仪器的精度，或者对应于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在10％的范围内。
在这里和整个说明书和权利要求书中，范围限制是组合和互换的，这样的范围被识别 并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。例如，本文公开的所有范围 都包括端点，并且端点可独立地相互组合。
在本公开的燃料减氧单元中，燃料减氧单元包括与循环气体流路连接的补充气体源或 吹脱气体源。补充气体源是附件齿轮箱，并且吹脱气体是附件齿轮箱空气。补充气体源或 吹脱气体源与循环气体流路选择性地流体连通，用于将来自吹脱气体源的吹脱气体选择性 地引入循环气体流路。
通过利用作为来自附件齿轮箱的附件齿轮箱空气的补充气体源或吹脱气体源，本公开 的系统消除了附加部件的重量和布线，并且还提供了靠近燃料减氧单元的补充气体源。
现在参考附图，其中在整个附图中，相同的数字表示相同的元素，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图。该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，另外，发动机可以是用于任何其他合 适的飞行器的任何其他合适类型的发动机。
对于所描绘的实施例，发动机被构造为高旁路涡轮风扇发动机100。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定了轴向方向A(平行于提供参考的纵向中心线或轴线101延伸)、径 向方向R和周向方向(围绕轴向方向A延伸；图1中未描绘)。一般来说，涡轮风扇100包 括风扇区段102和位于风扇区段102下游的涡轮机104。
所描绘的示例性涡轮机104一般包括基本上管状的外壳106，该外壳106限定了环形 入口108。外壳106以串行流动关系包围包括增压器或低压(LP)压缩机110和高压(HP)压缩机112的压缩机区段；燃烧区段114；包括高压(HP)涡轮116和低压(LP)涡轮118的涡 轮区段；以及喷射排气喷嘴区段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延伸到喷射喷嘴排气区段120的核心空气流路121。涡轮风扇 发动机还包括一个或多个驱动轴。更具体地说，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。
对于所描绘的实施例，风扇区段102包括风扇126，其具有多个风扇叶片128，多个风扇叶片128以间隔的方式联接到盘130。通过LP轴124，风扇叶片128和盘130可一起 围绕纵向轴线101旋转。盘130由可旋转的前轮毂132覆盖，该前轮毂132具有空气动力 学轮廓，以促进气流通过多个风扇叶片128。此外，提供了环形风扇壳体或外机舱134， 周向地围绕风扇126和/或涡轮机104的至少一部分。机舱134相对于涡轮机104由多个 周向间隔的出口导向轮叶136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还包括附件齿轮箱142、燃料减氧单元144和燃料输送系统146。虽然对于所示的实施例，附件齿轮箱142位于涡轮机104的罩/外壳106内， 但设想附件齿轮箱142可以位于涡轮机104的其它部分内。例如，附件齿轮箱142可以位 于涡轮机104的风扇126的部分内，例如，风扇罩或风扇126的其他部分内。在这样的构 造中，附件齿轮箱142不安装在核心上，仍然可以由HP轴122驱动，并且不容易接触到 发动机引气。此外，可以理解的是，尽管在图1中没有示意性地描述，但附件齿轮箱142 可以机械地联接到涡轮机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，并且可以与其一 起旋转。此外，对于所示的实施例，燃料减氧单元144联接到附件齿轮箱142，或以其他 方式可与附件齿轮箱142一起旋转，尽管在其他实施例中，燃料氧转换单元144可使用其 他或附加的旋转动力源，例如电动机。以这样的方式，可以理解的是，示例性燃料减氧单 元144是由附件齿轮箱142驱动的。值得注意的是，如本文所使用的，术语“燃料氧转换 或燃料减氧”一般是指能够减少燃料的自由氧含量的装置。
此外，燃料输送系统146一般包括燃料源148，例如燃料箱，以及一个或多个燃料管路150。一个或多个燃料管路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，将理解的是，图1中描述的示例性涡轮风扇发动机100仅以示例的方式提供。在其它示例性实施例中，可以利用任何其它合适的发动机用于本公开的各个方面。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，将进一步理解，在其他实施例中，燃 气涡轮发动机可以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 合适的数量或布置。此外，尽管图1中描绘的示例性燃气涡轮发动机示意性地示出为直接 驱动的固定桨距涡轮风扇发动机100，但在其它实施例中，本公开的燃气涡轮发动机可以 是齿轮式燃气涡轮发动机(即，包括风扇126和驱动风扇的轴(例如LP轴124)之间的齿轮 箱)，可以是可变桨距燃气涡轮发动机(即，包括具有可绕其相应的桨距轴旋转的多个风扇 叶片128的风扇126)等。此外，尽管本文没有描述，但在其他实施例中，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，还是在其他实施例中，本公开的各方面可以结合到或 以其他方式利用于任何其他类型的发动机，例如往复式发动机。
此外，可以理解的是，虽然对于所描绘的实施例，涡轮风扇发动机100包括定位在涡 轮机104内的燃料减氧单元144，即定位在涡轮机104的壳体106内的燃料减氧单元144，但在其他实施例中，燃料减氧单元144可以定位在任何其他合适的位置。例如，在其他实 施例中，燃料减氧单元144可以代替地定位在远离涡轮风扇发动机100的地方，例如接近 燃料输送系统146的油箱或在其之内。此外，在其他实施例中，燃料减氧单元144可以另 外或替代地由其他合适的动力源驱动，例如电动机、液压马达或到HP或LP轴的独立机械 联器等。
现在参考图2和图3，提供了根据本公开的示例性实施例的用于燃气涡轮发动机的燃 料减氧单元200的示意图。在至少某些示例性实施例中，所描绘的示例性燃料减氧单元200 可以结合到例如上述参照图1描述的示例性发动机100中(例如，可以是图1中描述的和上面描述的燃料减氧单元144)。
从本文的讨论中可以看出，在示例性实施例中，图2和图3的示例性燃料减氧单元200 一般包括接触器202、分离器204、预加热器212、催化剂210、气体增压泵208和吹脱气体源260。此外，示例性燃料减氧单元200一般限定了从分离器204到接触器202的循环 气体流路206，对于图2中描述的实施例，预加热器212、催化剂210和气体增压泵208 被定位在循环气体流路206内或以其他方式与该循环气体流路206流体连接。
在示例性实施例中，接触器202可以以任何合适的方式构造，以实质上混合所接收到 的气体和液体流。例如，在某些实施例中，接触器202可以是机械驱动的接触器(例如，具有用于混合所接收到的流的桨)，或者备选地可以是用于至少部分地使用所接收到的流的压力和/或流速来混合所接收到的流的被动接触器。例如，被动接触器可以包括一个或多个紊流器、文丘里混合器等。
此外，示例性燃料减氧单元200包括吹脱气体管路205，并且更特别地，包括多个吹脱气体管路205，这些吹脱气体管路205一起至少部分地限定了从分离器204延伸到接触 器202的循环气体流路206。在某些示例性实施例中，除了多个吹脱气体管路205和循环 气体流路206内的结构或部件外，循环气体流路206还可以由一个或多个导管、管子、管 道等的任意组合形成。
可以理解的是，燃料减氧单元200一般在操作期间提供流经多个吹脱气体管路205和 吹脱气体流路206的吹脱气体220。可以理解的是，术语“吹脱气体”在此作为方便的术语用于指一般能够执行本文所述功能的气体。流经吹脱气体流路/循环气体流路206的吹脱气体220可以是实际的吹脱气体，其功能是将氧从接触器内的燃料中吹脱出来，或者可以是冒泡通过液体燃料以减少该燃料的氧含量的鼓泡气体。例如，如下文将更详细地讨论的那样，吹脱气体220可以是惰性气体，例如氮气或二氧化碳(CO2)，由至少50％(质量) 惰性气体组成的气体混合物，或具有相对低氧含量的一些其他气体或气体混合物。
此外，对于图2所示的示例性减氧单元，燃料减氧单元200还包括气体增压泵208、催化剂210和预加热器212。对于所示的实施例，气体增压泵208、催化剂210和预加热 器212各自串行流动地布置在循环气体流路206内。此外，气体增压泵208被构造为机械 地联接到燃料气体分离器204并由其驱动的旋转气体泵。以这种方式，气体增压泵208可 与燃料气体分离器204一起旋转。然而，在其他实施例中，气体增压泵208可以以任何其 他合适的方式构造。例如，在其他实施例中，气体增压泵208可以与燃料气体分离器204 机械地断开，并相对于燃料气体分离器204可独立地旋转。例如，在某些实施例中，气体 增压泵208和/或分离器204可以独立地联接到附件齿轮箱，或者可以是电联接到合适的 电源的电泵，合适的电源例如是永磁交流发电机(PMA)，该永磁交流发电机还可以用于向 全权限数字控制型发动机控制器(FADEC)供电。在气体增压泵208联接到独立于分离器204 的动力源的实施例中，气体增压泵208可以以不同于燃料气体分离器204的转速旋转。
在使用永磁交流发电机(PMA)作为气体增压泵208和/或分离器204的动力源的示例性 实施例中，全权限数字控制型发动机控制器(FADEC)由专用的PMA供电，该PMA又由燃气 涡轮发动机的附件齿轮箱旋转/驱动。因此，PMA的尺寸被确定为能够在基本上所有的操作 条件下，包括相对低速的操作条件，例如启动和怠速，向FADEC提供足够的电力量。然而，随着发动机升速，PMA可产生增加的电力量，而操作FADEC所需的电力量可保持相对恒定。因此，当发动机升速时，PMA可能会产生可能需要通过电槽耗散的过量电力量。
本公开的发明者已经发现，燃料减氧单元的电力消耗需求可以补充PMA的发电。更具 体地说，在燃气涡轮发动机的低转速期间(当PMA没有产生很多过量的电力时)，燃料减氧 单元可能需要相对低的电力量，而在燃气涡轮发动机的高转速期间(当PMA正在产生过量 的电力时)，则需要相对高的电力量。因此，通过使用PMA为燃料减氧单元供电，可以更有效地利用由PMA产生的电力。
然而，可以理解的是，这样的构造只是举例说明，并且在其它实施例中，FADEC可以是任何其它合适的发动机控制器，PMA可以是任何其它合适的电动机等。因此，在某些实 施例中，提供了一种用于具有发动机和发动机控制器的飞行器的发动机系统。该发动机系 统包括电机，其被构造为与发动机控制器电通信，以便为发动机控制器供电；以及燃料减 氧单元，其限定了液体燃料流路和吹脱气体流路，并被构造为将通过液体燃料流路的燃料 流的氧含量转移到通过吹脱气体流路的吹脱气体流中，燃料减氧单元还与电机电通信，使 得电机至少部分地为燃料减氧单元供电。
参照图2，在示例性实施例中，分离器204一般包括吹脱气体出口214、燃料出口216和入口218。还将理解，所描绘的示例性燃料减氧单元200可与燃料输送系统146一起操 作，例如包括燃料减氧单元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146一般包括多个燃料管路，特别是入口燃料管路222和出口燃料管 路224。入口燃料管路222与接触器202流体连接，用于(例如，从燃料源，例如燃料箱) 向接触器202提供液体燃料流或入口燃料流226，并且出口燃料管路224与分离器204的 燃料出口216流体连接，用于接收脱氧液体燃料流或出口燃料流227。
此外，在典型操作期间，吹脱气体220流从分离器204的吹脱气体出口214流过循环气体流路206到接触器202。更具体地说，在典型操作期间，吹脱气体220从分离器204 的吹脱气体出口214流过预加热器212(构造成将热能添加到流经的气体中)，流过催化剂 210，并流向/流过气体增压泵208，其中吹脱气体220的压力被增加以提供通过循环气体 流路206的吹脱气体220流。然后将相对高压的吹脱气体220(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，其中吹脱气体220与来自入口燃料管 路222的入口燃料226的流混合，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被提供给分离器204的入口218。
一般来说，可以理解的是，在燃料减氧单元200的操作期间，通过入口燃料管路222提供给接触器202的入口燃料226可以具有相对较高的氧含量。提供给接触器202的吹脱 气体220可以具有相对较低的氧含量或其他特定的化学结构。在接触器202内，入口燃料 226与吹脱气体220混合，产生燃料气体混合物228。由于这种混合的结果，可能会发生 物理交换，从而入口燃料226内的至少一部分氧被转移到吹脱气体220，使得混合物228 的燃料成分具有相对低的氧含量(与通过入口燃料管路222提供的入口燃料226相比)，并 且混合物228的吹脱气体成分具有相对高的氧含量(与通过循环气体流路206提供到接触 器202的入口吹脱气体220相比)。
在分离器204内，相对高氧含量的吹脱气体220然后从相对低氧含量的燃料226分离 回出口吹脱气体220和出口燃料227的相应流。
在一个示例性实施例中，分离器204可以是双分离器泵。例如，分离器204限定了中心轴线、径向方向和围绕中心轴线延伸的周向方向。此外，分离器204被构造为机械驱动 的双分离器泵，或者更具体地构造为旋转/离心双分离器泵。因此，分离器204可以包括 输入轴232和单级分离器/泵组件。输入轴232可以机械地联接到单级分离器/泵组件，并 且这两个部件一起可绕中心轴线旋转。此外，输入轴232可以机械地联接到例如附件齿轮 箱258(例如图1的示例性附件齿轮箱142)，并由其驱动。然而，在其他实施例中，输入 轴232可以机械地联接到任何其他合适的动力源，例如电动机、PMA或其他电源。如将理 解的那样，单级分离器/泵组件可同时将混合物228分离成来自混合物228的出口吹脱气 体220流和出口燃料227流，并增加分离的出口燃料227的压力。
此外，典型的单级分离器/泵组件可包括沿中心轴线布置的内气体过滤器和沿径向方 向定位在内气体过滤器外的多个桨叶。在操作期间，单级分离器/泵组件围绕中心轴线的 旋转，更具体地说，多个桨叶围绕中心轴线的旋转(即在周向方向上)，一般可迫使较重的 液体燃料226沿径向方向向外，而较轻的吹脱气体220沿径向方向向内通过内气体过滤器。 以这样的方式，出口燃料227可通过分离器204的燃料出口216离开，而出口吹脱气体220 可通过分离器204的气体出口214离开。
此外，可以理解的是，采用这样的构造，通过燃料出口216离开分离器204的出口燃料227的压力可能高于通过入口燃料管路222提供的入口燃料226，并且进一步高于通过 入口218提供的燃料/气体混合物228。这可能至少部分是由于施加在该液体燃料226上的 离心力和多个桨叶的旋转所致。此外，可以理解的是，对于一些实施例，液体燃料出口216 沿着径向方向定位在入口218(即，燃料气体混合物入口)的外侧。这样也可以帮助增加通 过分离器204的燃料出口216提供的出口燃料227的压力。
例如，可以理解的是，通过这样的示例性实施例，燃料减氧单元200的分离器204可以在操作期间在燃料流中产生压力上升。如本文所使用的，术语“压力上升”是指提供给 分离器204的燃料出口216的出口燃料227流的压力(即，“液体燃料出口压力”)与通过 入口燃料管路222提供给接触器202的入口燃料226的压力之间的净压力差。在至少某些 示例性实施例中，液体燃料226的压力上升可以是至少约六十(60)磅/平方英寸(“psi”)， 例如至少约九十(90)psi，例如至少约一百(100)psi，例如高达约七百五十(750)psi。通 过这样的构造，可以理解的是，在本公开的至少某些示例性实施例中，液体燃料出口压力 在操作期间可以是至少约七十(70)psi。例如，在至少某些示例性实施例中，液体燃料出 口压力在操作期间可以是至少约一百(100)psi，例如在操作期间至少是约一百二十五 (125)psi，例如在操作期间高达约八百(800)psi。关于分离器204的这些双重功能的其他 细节将在下面参照图2和图3讨论。
此外，可以理解的是，提供给燃料出口216的出口燃料227，在与吹脱气体220相互作用后，可以具有相对低的氧含量，从而可以在减少燃料焦化(即，进行化学反应而形成 可能堵塞或以其他方式损坏燃料流路内的部件的固体颗粒)的风险的情况下，向其添加相 对较高的热量。例如，在至少某些示例性方面，提供给燃料出口216的出口燃料227可以 具有小于约百万分之五(5)(“ppm”)的氧含量，例如小于约三(3)ppm，例如小于约二(2)ppm， 例如小于约(1)ppm，例如小于约0.5ppm。
此外，如将理解的那样，所描绘的示例性燃料减氧单元200再循环和再利用至少部分 或全部的吹脱气体220(即，吹脱气体220在基本上闭合的循环中操作)。然而，离开分离器204的吹脱气体220，在与液体燃料226相互作用后，具有相对高的氧含量。因此，为 了重新使用吹脱气体220，需要减少来自分离器204的出口214的吹脱气体220的氧含量。 对于所描绘的实施例，并且如上所述，吹脱气体220流经预热器212，并流经催化剂210， 在此吹脱气体220的氧含量被减少。更具体地说，在催化剂210内，相对富氧的吹脱气体 220进行反应以减少其氧含量。可以理解的是，催化剂210可以以任何合适的方式构造以 执行这些功能。例如，在某些实施例中，催化剂210可以被构造为使相对富氧的吹脱气体 220燃烧以减少其氧含量。然而，在其他实施例中，催化剂210可以另外地或备选地包括 催化成分的几何形状，相对富氧的吹脱气体220流经催化成分以减少其氧含量。在这些构 造中的一个或多个中，可以产生副产品，例如水。水，如果产生的话，可以是蒸汽形式的， 并且继续作为吹脱气体220的一部分。另外，水或其它副产品(如果产生的话)可以用管道 从催化剂210中排出(图2的实施例中未描绘的管道)。在这些实施例中的一个或多个实施 例中，催化剂210可以被构造为将吹脱气体220的氧含量减少到按质量计小于约百分之五 (5％)的氧(O2)，小于约百分之二(2％)的氧(O2)，小于约百分之一(1％)的氧(O2)。
然后，所产生的相对低氧含量的气体通过循环气体流路206的其余部分被提供，并回 到接触器202，这样可以重复循环。在这样的方式中，可以理解的是，吹脱气体220可以是能够经历上述化学转变的任何合适的气体。
参照图2和图3，还将理解，所描绘的示例性燃料减氧单元200包括与循环气体流路206流体连接的补充气体源或吹脱气体源260。在示例性的实施例中，补充气体源260包 括或可完全来自于附件齿轮箱258，并且吹脱气体包括或可完全来自于附件齿轮箱空气。 补充气体源或吹脱气体源260选择性地与循环气体流路206流体连通，用于选择性地将吹 脱气体从吹脱气体源260引入循环气体流路206。参照图2和图3，吹脱气体流向分离器 204的下游和接触器202的上游的循环气体流路206。可以设想的是，附件齿轮箱空气可 以包括附件齿轮箱排气(vent air)。
对于所描绘的实施例，补充气体源260通过可变流量阀262与循环气体流路206进行 气流连通，该可变流量阀262可以被驱使以根据需要向循环气体流路206供应额外的气体。 参照图2，可变流量阀262在附件齿轮箱258的下游和接触器202的上游。虽然没有描绘，但燃料减氧单元200可以包括一个或多个传感器，用于确定通过循环气体流路206的气流体积/流速，以确定所需的补充气体量(如果有的话)。
通过利用作为来自附件齿轮箱258的附件齿轮箱空气的补充气体源或吹脱气体源260， 本公开的系统消除了附加部件的重量和布线，并且还提供了靠近燃料减氧单元200的补充 气体源。
补充气体源或吹脱气体源260可以包括基于特定应用的压力量的不同构造。
例如，参照图2，在第一示例性实施例中，该布置包括在附件齿轮箱258的下游和可变流量阀262的上游的泵264。这样的构造在较低压力的应用中是有帮助的，例如商业应用，并且泵264用于增加流向循环气体流路206的吹脱气体的压力。例如，在这样的应用 中，泵264将流向循环气体流路206的吹脱气体的压力提升到足以进入系统。在示例性实 施例中，泵264可以是隔膜、活塞、涡旋或其他泵送机构，其可以是齿轮驱动、凸轮驱动 或电驱动的。
在第二示例性实施例中，该布置包括附件齿轮箱258的下游和可变流量阀262的上游 的喷射器。这样的构造可用于中压应用，并且该喷射器用于将吹脱气体泵送到循环气体流 路206。
参考图3，在第三示例性实施例中，该布置包括用于纯压力驱动系统中的孔口266。这样的构造可用于较高压力的应用中。例如，如果附件齿轮箱压力大于低侧气体增压压力，例如，在附件齿轮箱压力足够高的情况下，系统是被动的，并且吹脱气体被该高压驱动到循环气体流路206。在这样的实施例中，不需要泵来增加流向循环气体流路206的吹脱气 体的压力。
参照图2和图3，在示例性实施例中，补充气体源或吹脱气体源260包括吹脱气体源260下游的分离器268。分离器268被定位并构造在附件齿轮箱260的进气口的下游，以 防止油进入燃料减氧单元200。本公开的分离器268可以包括过滤机构、过滤器、防溅挡 板机构、空气/油分离器或防止油进入燃料减氧单元200的其他分离机构。
如上所述，示例性燃料减氧单元200限定了从分离器204延伸到接触器202的循环气 体流路206。在一个示例性实施例中，隔离阀240与循环气体流路206处于气流连通，用于调节通过循环气体流路206到接触器202的气体流，或者说是吹脱气体220的流。在某 些示例性实施例中，循环气体流路206可以由一个或多个导管、管子、管道等的任意组合 以及循环气体流路206内的部件的结构形成。在示例性实施例中，隔离阀可以构造为截止 阀或分流阀。
例如，参照图2和图3，在示例性实施例中，隔离阀被构造为分流阀。更具体地，燃料减氧单元200还限定了与循环气体流路206流体连通的旁路气体流路244，用于在某些 操作期间绕过接触器202和燃料气体分离器204。更具体地，示例性旁路气体流路244在 位于接触器202上游的第一位置246和位于燃料气体分离器204下游的第二位置248处与 循环气体流路206流体连通。更具体地说，对于所描绘的实施例，第一位置246还定位在 气体增压泵208的下游(即，在气体增压泵208和接触器202之间)，并且第二位置248定 位在催化剂210和预加热器212的上游(即，在催化剂210和燃料气体分离器204之间)。
参照图2和图3，在示例性实施例中，隔离阀系统240包括定位在第一位置246的第一分流阀270，并且燃料减氧单元200还包括定位在第二位置248的第二分流阀272。然 而，值得注意的是，在其他实施例中，燃料减氧单元200可以只包括一个分流阀，该分流 阀定位在第一位置246，或者备选地定位在第二位置248。还应当理解的是，术语“分流 阀”仅仅是指能够将流体流的至少一部分从第一流体路径重定向到第二流体路径的阀或多 个阀。因此，在某些示例性实施例中，分流阀270、272中的一个或两个可以被构造为可 变的三通流体阀、二通截止阀(位于结点的下游)、一对截止阀等。
所描绘的示例性分流阀270、272还与旁路气体流路244流体连通，并且被构造为选择性地将通过循环气体流路206的吹脱气体220流分流到旁路气体流路244，并在接触器202和分离器204周围。例如，分流阀270、272可以被构造为在某些操作期间将通过循环 气体流路206的吹脱气体220流的百分之百(100％)分流到旁路气体流路244，以基本上完 全绕过接触器202和分离器204。然而，在其他示例性实施例中，分流阀270、272可以被 构造为将通过循环气体流路206的吹脱气体220流的不到百分之一百(100％)(例如至少百 分之十(10％)，例如至少百分之二十(20％)，例如至少百分之五十(50％)，例如高达百分之 五十(50％)，例如高达百分之七十五(75％)，例如高达百分之九十(90％))分流至旁路气体流路244
在本公开的示例性方面，提供了一种用于操作燃气涡轮发动机的燃料输送系统的方法。 该方法包括在燃料减氧单元中接收入口燃料流，燃料减氧单元用于使用通过吹脱气体流路 的吹脱气体流来减少入口燃料流中的氧量；以及从吹脱气体源选择性地将吹脱气体引入到 吹脱气体流路中，其中吹脱气体源是附件齿轮箱。
本发明的进一步方面是由以下条项的主题提供的。
1.一种用于发动机的燃料减氧单元，包括：燃料减氧单元，所述燃料减氧单元限定吹 脱气体流路，并包括入口燃料管路和出口燃料管路，所述燃料减氧单元包括：氧转移组件， 所述氧转移组件用于使用通过所述吹脱气体流路的吹脱气体流来减少通过所述入口燃料 管路的入口燃料流中的氧量；以及吹脱气体源，所述吹脱气体源与所述吹脱气体流路选择 性地流体连通，用于从所述吹脱气体源选择性地将吹脱气体引入到所述吹脱气体流路，其 中所述吹脱气体源是附件齿轮箱。
2.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中氧转移组件包括：接触器，所述接触器包 括接收所述入口燃料流的燃料入口和接收来自所述吹脱气体流路的入口吹脱气体流的吹 脱气体入口，所述接触器被构造为形成燃料/气体混合物；以及分离器，所述分离器接收所述燃料/气体混合物，所述燃料减氧单元限定从所述分离器到所述接触器的循环气体流路。
3.根据任何前述条项的燃料减氧单元，进一步包括：可变流量阀，所述可变流量阀在 所述附件齿轮箱的下游和所述接触器的上游，其中来自所述附件齿轮箱的所述吹脱气体经 由所述可变流量阀与所述循环气体流路气流连通。
4.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中所述吹脱气体包括附件齿轮箱空气。
5.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括泵，所述泵在所述附件齿轮箱的下游和 所述可变流量阀的上游，其中所述泵增加流向所述循环气体流路的所述吹脱气体的压力。
6.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括喷射器，所述喷射器在所述附件齿轮箱 的下游和所述可变流量阀的上游，其中所述喷射器将所述吹脱气体泵送到所述循环气体流 路。
7.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括空气/油分离器，所述空气/油分离器在 所述吹脱气体源的下游。
8.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括隔离阀，所述隔离阀与所述循环气体流 路气流连通，用于调节通过所述循环气体流路到所述接触器的气体流。
9.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中所述吹脱气体流向所述分离器的下游和所 述接触器的上游的所述循环气体流路。
10.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中所述分离器包括与所述接触器流体连通 的入口、燃料出口和吹脱气体出口，所述入口接收所述燃料/气体混合物，其中所述分离 器被构造成将所述燃料/气体混合物分离成出口吹脱气体流和出口燃料流，并将所述出口 吹脱气体流提供给所述吹脱气体出口，并且将所述出口燃料流提供给所述燃料出口。
11.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括催化剂，所述催化剂位于所述分离器 的下游，所述催化剂接收并处理所述出口吹脱气体流，其中所述入口吹脱气体流离开所述 催化剂；以及气体增压泵，所述气体增压泵在所述分离器的下游，其中，所述气体增压泵增加到所述接触器的所述入口吹脱气体流的压力。
12.一种用于发动机的燃料减氧单元，其特征在于，包括：接触器；分离器，所述燃料减氧单元限定从所述分离器到所述接触器的循环气体流路；以及吹脱气体源，所述吹脱气体源与所述循环气体流路选择性地流体连通，用于从所述吹脱气体源选择性地将吹脱气体引入所述循环气体流路，其中所述吹脱气体包括附件齿轮箱空气。
13.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括可变流量阀，所述可变流量阀在所述 吹脱气体源的下游和所述接触器的上游，其中来自所述吹脱气体源的所述吹脱气体经由所 述可变流量阀与所述循环气体流路气流连通。
14.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中所述吹脱气体源是附件齿轮箱，并且其 中，所述吹脱气体流向所述分离器的下游和所述接触器的上游的所述循环气体流路。
15.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括泵，所述泵在所述吹脱气体源的下游 和所述可变流量阀的上游，其中所述泵增加流向所述循环气体流路的所述吹脱气体的压力。
16.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括喷射器，所述喷射器在所述吹脱气体 源的下游和所述可变流量阀的上游，其中所述喷射器将所述吹脱气体泵送到所述循环气体 流路。
17.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括空气/油分离器，所述空气/油分离器 在所述吹脱气体源的下游。
18.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括隔离阀，所述隔离阀与所述循环气体 流路气流连通，用于调节通过所述循环气体流路到所述接触器的气体流。
19.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中接触器包括接收入口燃料流的燃料入口 和接收入口吹脱气体流的吹脱气体入口，接触器被构造为形成燃料/气体混合物。
20.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中所述分离器接收所述燃料/气体混合物， 并包括与所述接触器流体连通的入口、燃料出口和吹脱气体出口，所述入口接收所述燃料 /气体混合物，其中所述分离器被构造成将所述燃料/气体混合物分离成出口吹脱气体流和 出口燃料流，并将所述出口吹脱气体流提供给所述吹脱气体出口，并且将所述出口燃料流 提供给所述燃料出口。
21.根据任何前述条项的燃料减氧单元，还包括催化剂，所述催化剂位于所述分离器 的下游，所述催化剂接收并处理所述出口吹脱气体流，其中所述入口吹脱气体流离开所述 催化剂；以及气体增压泵，所述气体增压泵在所述分离器的下游，其中，所述气体增压泵增加到所述接触器的所述入口吹脱气体流的压力。
22.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中气体增压泵电联接到永磁交流发电机 (PMA)。
23.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中分离器电联接到永磁交流发电机(PMA)。
24.根据任何前述条项的燃料减氧单元，其中吹脱气体包括附件齿轮箱排气。
25.提供了一种用于操作用于燃气涡轮发动机的燃料输送系统的方法，该方法包括： 在燃料减氧单元中接收入口燃料流，所述燃料减氧单元用于使用通过吹脱气体流路的吹脱 气体流来减少所述入口燃料流中的氧量；以及从吹脱气体源选择性地将吹脱气体引入到所 述吹脱气体流路中，其中所述吹脱气体源是附件齿轮箱。
本书面说明使用示例来公开本发明，包括最佳模式，也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装置或系统，并执行任何纳入的方法。发明的可专利范 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例子。如果这些其他例子 包括与权利要求的字面语言没有差别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语 言没有实质性差别的等效结构元件，则这些例子意在权利要求的范围内。
虽然本公开已被描述为具有示例性设计，但本公开可以在本公开的精神和范围内进一 步修改。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原则的公开的任何变化、用途或改编。此外， 本申请旨在涵盖在本公开所涉及的技术领域中已知的或习惯性的做法，以及落在所附权利 要求的范围内的对本公开的偏离。

Claims (10)

1.一种用于发动机的燃料减氧单元，其特征在于，包括：
燃料减氧单元，所述燃料减氧单元限定吹脱气体流路，并包括入口燃料管路和出口燃料管路，所述燃料减氧单元包括：
氧转移组件，所述氧转移组件用于使用通过所述吹脱气体流路的吹脱气体流来减少通过所述入口燃料管路的入口燃料流中的氧量；以及
吹脱气体源，所述吹脱气体源与所述吹脱气体流路选择性地流体连通，用于从所述吹脱气体源选择性地将吹脱气体引入到所述吹脱气体流路，其中所述吹脱气体源是附件齿轮箱。
2.根据权利要求1所述的燃料减氧单元，其特征在于，其中所述氧转移组件包括：
接触器，所述接触器包括接收所述入口燃料流的燃料入口和接收来自所述吹脱气体流路的入口吹脱气体流的吹脱气体入口，所述接触器被构造为形成燃料/气体混合物；以及
分离器，所述分离器接收所述燃料/气体混合物，所述燃料减氧单元限定从所述分离器到所述接触器的循环气体流路。
3.根据权利要求2所述的燃料减氧单元，其特征在于，进一步包括：
可变流量阀，所述可变流量阀在所述附件齿轮箱的下游和所述接触器的上游，其中来自所述附件齿轮箱的所述吹脱气体经由所述可变流量阀与所述循环气体流路气流连通。
4.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，其中所述吹脱气体包括附件齿轮箱空气。
5.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，进一步包括：
泵，所述泵在所述附件齿轮箱的下游和所述可变流量阀的上游，其中所述泵增加流向所述循环气体流路的所述吹脱气体的压力。
6.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，进一步包括：
喷射器，所述喷射器在所述附件齿轮箱的下游和所述可变流量阀的上游，其中所述喷射器将所述吹脱气体泵送到所述循环气体流路。
7.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，进一步包括：
空气/油分离器，所述空气/油分离器在所述吹脱气体源的下游。
8.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，进一步包括：
隔离阀，所述隔离阀与所述循环气体流路气流连通，用于调节通过所述循环气体流路到所述接触器的气体流。
9.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，其中所述吹脱气体流向所述分离器的下游和所述接触器的上游的所述循环气体流路。
10.根据权利要求3所述的燃料减氧单元，其特征在于，其中所述分离器包括与所述接触器流体连通的入口、燃料出口和吹脱气体出口，所述入口接收所述燃料/气体混合物，其中所述分离器被构造成将所述燃料/气体混合物分离成出口吹脱气体流和出口燃料流，并将所述出口吹脱气体流提供给所述吹脱气体出口，并且将所述出口燃料流提供给所述燃料出口。
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