CN114991965A - 一种燃油调节及流量测量装置 - Google Patents

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CN114991965A CN202210611325.8A CN202210611325A CN114991965A CN 114991965 A CN114991965 A CN 114991965A CN 202210611325 A CN202210611325 A CN 202210611325A CN 114991965 A CN114991965 A CN 114991965A
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王艳华
王瑞浩
李政
王萌
王忠义
于昕加
戴军
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/232—Fuel valves; Draining valves or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
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Abstract

本发明的目的在于提供一种燃油调节及流量测量装置，步进电机通过齿轮齿条结构控制推杆上下移动，从而通过推杆所顶曲线来控制所述针阀横向移动，使得可以控制从油箱经燃油泵到燃油出口的燃油流量，并且燃料测量装置可以通过步进电机的行程得到相应的燃油流量。本发明合理设计控制曲线，使得燃油流量和步进电机行程呈线性相关，可以合理准确的控制并检测燃油流量。同时合理设计密封阻尼环、选取适当弹簧弹性系数，保证了使用的精准稳定。

Description

一种燃油调节及流量测量装置
技术领域
本发明涉及的是一种燃气轮机测量装置，具体地说是燃油测量装置。
背景技术
燃气轮机燃油系统中，需要对燃油流量进行调节及测量以满足燃烧室工作要求。现有调节方式虽调节精准但结构复杂，易损坏且不易维修。流量测量无法满足线性，测量结果不够精准。
发明内容
本发明的目的在于提供线性相关、便于测得流量的一种燃油调节及流量测量装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种燃油调节及流量测量装置，其特征是：包括阀体滑道、针阀、针阀形线、步进电机、推杆，阀体滑道与固定端相固定，针阀与针阀形线为一体结构，针阀的尾部与针阀形线位于阀体滑道里，弹簧的两端分别连接固定端和针阀形线，针阀的头部位于燃油管道里，步进电机通过齿轮齿条装置连接推杆，推杆的顶端与针阀形线接触并可自由移动，推杆上下移动的同时推动针阀形线左右移动。
本发明还可以包括：
1、针阀的头部通过密封阻尼环、密封结构进入燃油管道，密封结构与燃油管道一体，是燃油管道转角处的凸起平台，密封阻尼环安装在密封结构的端部。
2、步进电机的行程与针阀的行程的控制曲线函数方程为：
Figure BDA0003672076880000011
其中：A＝uπsin2θcosθ，B＝2uRπsinθ，y为步进电机行程；a为针阀横向移动距离；u为针阀处垂直于通流面的流速；C为正比例系数，通过控制曲线使得燃油流量和步进电机的行程呈线性相关。
3、弹簧的弹性系数k的满足条件为：
Figure BDA0003672076880000021
其中：Fx(a)：阀体所受推杆及滑道摩擦力水平方向分力合力，是a的函数；FP(a)：阀体右侧所受流体静压力水平方向分力，是a的函数；Ff(a)：阀体所受流体摩擦力水平分力。
4、步进电机与推杆通过控制曲线推动针阀左右横移，改变燃油管道与针阀前端之间间隙的大小，进而改变燃油流量，并通过控制曲线的函数关系使得燃油流量和步进电机的行程呈线性相关。
本发明的优势在于：本发明设计了一种燃油调节及流量测量装置，调节及测量精准稳定，密封良好，不存在燃油泄露的情况。由步进电机控制，便于调控。同时燃油流量和步进电机行程呈线性相关，便于测得流量。
附图说明
图1为本发明的工作流程示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的密封部分细节示意图；
图4控制曲线函数推导示意图a；
图5控制曲线函数推导示意图b。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-5，本发明为一种燃油调节及流量测量装置，包括：阀体滑道1、针阀形线2、燃油管道3、针阀4、密封装置5、步进电机6、推杆7、弹簧8。
步进电机6与推杆7通过齿轮齿条装置连接，推杆7顶端与针阀形线2接触并可自由移动。针阀形线2与针阀4为一体结构。针阀4通过密封装置5、密封结构5.2进入燃油管道3并保持良好密封，其中密封结构5.2与燃油管道3一体，是燃油管道3转角处的凸起平台。弹簧8两端分别连接固定端与针阀4，并与针阀4一起被阀体滑道1约束。
工作过程如下：在控制系统的控制下步进电机6带动推杆7上下移动，进而通过针阀形线2带动针阀4移动。由于弹簧8的作用与阀体滑道1的约束，针阀4只能进行左右横移。针阀4通过密封阻尼环5.1、密封结构5.2进入燃油管道3，通过左右横移改变针阀4与燃油管道3之间间隙大小进而改变燃油流量，并通过针阀形线2使得燃油流量和步进电机6的行程呈线性相关。
燃油管道3包括与管道一体的密封阻尼环5.1，是燃油管道3转角处的凸起平台。针阀4后端与弹簧8固定连接，与阀体滑道1接触并可自由横移，针阀4后端的控制曲线与推杆7顶端接触并可自由移动，针阀4前端通过燃油管道3转角处的密封阻尼环5.1进入燃油管道3当中。
控制曲线的函数方程为：
Figure BDA0003672076880000031
其中：
A＝uπsin2θcosθ：
B＝2uRπsinθ；
y：步进电机(推杆)行程；
a：针阀横向移动距离；
u：针阀处垂直于通流面的流速；
C为正比例系数。
通过控制曲线使得燃油流量和步进电机的行程呈线性相关，控制曲线函数方程推导过程如下：
P截面流速为u，阀体横向移动距离为a。
P截面展开为一圆环部分，其面积为两扇形面积之差S：
S＝S1-S2＝a2πsin2θcosθ+2aRπsinθ
则流量Q为：
Q＝uS＝ua2πsin2θcosθ+2auRπsinθ＝Aa2+Ba
其中：
A＝uπsin2θcosθ，B＝2uRπsinθ
使流量Q与推杆移动量y成正相关：
Q＝Cy
其中C为比例系数常数，y与a关系为：
Figure BDA0003672076880000041
则控制曲线函数方程为：
Figure BDA0003672076880000042
弹簧弹性系数k的满足条件为：
Figure BDA0003672076880000043
其中：
Fx(a)：阀体所受推杆顶力及滑道摩擦力水平方向分力合力，是a的函数：
Fx(a)＝FT(a)+fT(a)
FT(a)：所受推杆顶力水平方向分力；
fT(a)：滑道摩擦力水平方向分力。
FP(a)：阀体右侧所受流体静压力水平方向分力，是a的函数：
FP(a)＝∫AdFpsinθ＝(∫AP0dA+∫AρghdA)sinθ
＝(P0A+ρg∫AhdA)sinθ
A：针阀尖端面积；
P0：环境压力；
h：相对静压高度。
Ff(a)：阀体所受流体摩擦力水平分力：
Figure BDA0003672076880000044
λ：沿程阻力系数；
l：管道长度；
d：管道计算内径。
阀体滑道与针阀后端相接，提供抵消推杆竖直方向分力的作用力，约束针阀仅能左右横移。
还包括密封部分5，针阀定位导向结构与燃油管道一体，是燃油管道转角处的凸起平台。针阀、橡胶材质的密封阻尼环、针阀定位导向结构三者紧密接触，在保证针阀可以左右横移的同时，密封阻尼环有着良好密封作用，防止燃油泄露。同时密封阻尼环的左右挡片可以使其定位，不会随针阀的横移而移动。
步进电机与推杆通过控制曲线推动针阀左右横移，改变燃油管道与针阀前端之间间隙的大小，进而改变燃油流量。并通过控制曲线的函数关系使得燃油流量和步进电机的行程呈线性相关。

Claims (5)

1.一种燃油调节及流量测量装置，其特征是：包括阀体滑道、针阀、针阀形线、步进电机、推杆，阀体滑道与固定端相固定，针阀与针阀形线为一体结构，针阀的尾部与针阀形线位于阀体滑道里，弹簧的两端分别连接固定端和针阀形线，针阀的头部位于燃油管道里，步进电机通过齿轮齿条装置连接推杆，推杆的顶端与针阀形线接触并可自由移动，推杆上下移动的同时推动针阀形线左右移动。
2.根据权利要求1所述的一种燃油调节及流量测量装置，其特征是：针阀的头部通过密封阻尼环、密封结构进入燃油管道，密封结构与燃油管道一体，是燃油管道转角处的凸起平台，密封阻尼环安装在密封结构的端部。
3.根据权利要求1所述的一种燃油调节及流量测量装置，其特征是：步进电机的行程与针阀的行程的控制曲线函数方程为：
Figure FDA0003672076870000012
其中：A＝uπsin2θcosθ，B＝2uRπsinθ，y为步进电机行程；a为针阀横向移动距离；u为针阀处垂直于通流面的流速；C为正比例系数，通过控制曲线使得燃油流量和步进电机的行程呈线性相关。
4.根据权利要求1所述的一种燃油调节及流量测量装置，其特征是：弹簧的弹性系数k的满足条件为：
Figure FDA0003672076870000011
其中：Fx(a)：阀体所受推杆及滑道摩擦力水平方向分力合力，是a的函数；FP(a)：阀体右侧所受流体静压力水平方向分力，是a的函数；Ff(a)：阀体所受流体摩擦力水平分力。
5.根据权利要求3所述的一种燃油调节及流量测量装置，其特征是：步进电机与推杆通过控制曲线推动针阀左右横移，改变燃油管道与针阀前端之间间隙的大小，进而改变燃油流量，并通过控制曲线的函数关系使得燃油流量和步进电机的行程呈线性相关。
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