CN115199409A - 燃料系统和用于吹扫的方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料系统可包括第一燃料回路、第二燃料回路和惰性气体吹扫系统，所述惰性气体吹扫系统可操作地连接到所述第一燃料回路和所述第二燃料回路以吹扫所述第一燃料回路和/或所述第二燃料回路中的任一者或两者的至少一部分。第一燃料可以是液体燃料并且第二燃料可以是气体燃料。所述第一燃料回路可包括第一燃料歧管，所述第一燃料歧管被配置为将第一燃料供给与在所述第一燃料歧管下游的至少一个双燃料喷嘴流体连通。
Description
技术领域
本公开涉及航空器燃料系统，并且更具体地涉及用于吹扫航空器的双燃料系统的系统和方法。
背景技术
航空航天工业中的燃料系统总是需要改进。
发明内容
在本公开的某些实施方案中，一种燃料系统包括：燃烧室；液体燃料回路，所述液体燃料回路经由液体燃料歧管选择性地流体连接到所述燃烧室；气体燃料回路，所述气体燃料回路经由气体燃料歧管选择性地流体连接到所述燃烧室；以及气体源，所述气体源选择性地流体连接到所述气体燃料歧管。在实施方案中，所述气体源包括惰性气体。所述气体燃料歧管将气体燃料供给与在所述气体燃料歧管下游的至少一个双燃料喷嘴流体连通。
在实施方案中，所述燃料系统还包括吹扫气体回路，所述吹扫气体回路与所述气体源和所述气体燃料歧管流体连通，使得所述气体燃料回路和所述吹扫气体回路共用所述气体燃料歧管的共同出口。在实施方案中，所述液体燃料回路将液体燃料供给与在所述液体燃料供给下游的至少一个双燃料喷嘴流体连通。在某些此类实施方案中，所述吹扫气体回路与所述液体燃料歧管流体连通，使得所述液体燃料回路和所述吹扫气体回路共用所述液体燃料歧管的共同出口。
在实施方案中，所述吹扫气体回路还包括至少一个三通阀，所述至少一个三通阀被配置为向所述气体燃料歧管或所述液体流体歧管发出吹扫气体，或同时向所述气体燃料歧管和所述液体燃料歧管发出吹扫气体。在某些实施方案中，所述燃料系统还包括可操作地连接到所述吹扫气体回路的控制器，所述控制器被配置为控制吹扫气体通过所述吹扫气体回路的流动。在某些此类实施方案中，所述控制器被配置为通过所述吹扫气体回路向所述气体燃料歧管和/或所述液体燃料歧管发出吹扫气体。
在实施方案中，提供一种包括计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令被配置为使计算机执行方法。在某些实施方案中，所述方法包括控制航空器的双燃料系统的吹扫气体阀和所述双燃料系统的气体燃料阀，以引起对将燃料供给所述航空器的双燃料发动机的气体燃料回路的吹扫，所述吹扫使用来自所述航空器的气体供给的气体来执行。在实施方案中，所述方法还包括防止来自发动机的燃烧室的回火。在某些此类实施方案中，所述方法在气体操作中启动发动机和/或使发动机停机期间执行，并且所述吹扫气体包括惰性气体。
在实施方案中，控制所述吹扫气体阀和所述气体燃料阀包括关闭气体燃料关闭阀以关闭气体燃料流，至少部分地同时打开所述吹扫气体阀以保持所述气体燃料回路中的压力比在所述燃烧室中的压力高，从而使所述发动机停机。在某些实施方案中，控制所述吹扫气体阀和所述气体燃料阀包括逐渐地打开所述吹扫气体阀和/或逐渐地关闭所述气体燃料阀，同时保持所述气体燃料回路中的压力大于所述燃烧室，以便逐渐地增加惰性气体与所述气体燃料的混合物，直到熄火为止，然后在熄火后关闭所述吹扫气阀和所述气体燃料阀。
在实施方案中，一种方法可包括在启动和/或停机期间用惰性气体吹扫系统吹扫航空器燃料系统的双燃料发动机的气体燃料回路以防止回火。在某些实施方案中，所述方法还可以包括在吹扫之前，将气体燃料压力降低到等于或大于燃烧室压力的预定阈值压力。在某些实施方案中，所述方法可以包括在吹扫之前关闭气体燃料流。在某些实施方案中，吹扫包括在向燃料喷嘴发出气体燃料的同时发出吹扫气体，使得发出吹扫气体包括在相应的歧管内将所述吹扫气体与气体燃料混合。
本领域技术人员从以下结合附图进行的详细描述中将变得更易于明白本公开的系统和方法的这些和其他特征。
附图说明
因此，本公开相关领域的技术人员将易于理解如何在无需过度实验的情况下制作和使用本公开的系统和方法，下文将参考特定附图详细描述所述系统和方法的实施方案，其中：
图1是根据本公开构造的航空器双燃料燃料系统的实施方案的示意图，示出了双燃料燃料系统的吹扫过程；
图2是根据本公开构造的航空器燃料系统的实施方案的示意图，示出了单燃料燃料系统的吹扫过程。
具体实施方式
现在将参考附图，其中相似附图标记标识本公开的类似结构特征或方面。出于解释和说明而非限制的目的，在图1中示出根据本公开的系统的实施方案的局部视图并且大体上以附图标记100对其进行标注。本公开的其他实施方案和/或方面在图2中示出。本文描述的某些实施方案可以用于防止双燃料发动机的歧管中的回火和焦化。
参考图1，航空器1包括燃料系统10，所述燃料系统具有燃烧室100、液体燃料回路101、气体燃料回路103和气体吹扫系统105，所述气体吹扫系统选择性地流体连接到液体燃料回路101和气体燃料回路103两者以吹扫液体和/或气体燃料回路101、103中的一者或两者的至少一部分。液体燃料回路101包括液体燃料歧管107并且气体燃料回路103包括气体燃料歧管109。举例来说，每个燃料歧管107、109将各自的燃料供给111、113与在各自的燃料供给111、113下游的至少一个双燃料喷嘴115流体连通，用于将燃料供给到双燃料发动机。在实施方案中，燃料回路101、103可以包括任何其他合适的附加部件和/或特征，例如在燃料回路101、103中的任何合适位置中的相应燃料计量单元110、112、流量计114和分流器与阀总成116 (例如，如图所示)。在某些实施方案中，燃料系统10的至少一部分可以位于航空器1的机翼中。
吹扫系统10包括吹扫气体回路117，其具有与液体和/或气体燃料歧管107、109选择性地流体连通的吹扫气体供给119，使得液体燃料回路101和吹扫气体回路117共用一共同出口121，例如液体燃料歧管107的开口。如所示，吹扫气体回路117还与气体燃料歧管109选择性地流体连通，使得气体燃料回路103和吹扫气体回路117共用一共同出口123，例如气体燃料歧管107的开口。
吹扫气体可以包括纯惰性气体，例如氮气、氦气、氩气。在实施方案中，吹扫气体可以是非惰性气体，或不与周围硬件和流体发生不希望的化学反应的惰性气体和非惰性气体的混合物。举例来说，吹扫气体可以包括惰性气体和压缩机空气的任何合适组合，或其他来源的在运行期间沿着发动机的气体路径的气体(例如，在压力足以再填充吹扫气体供给119的情况下)。任何其他合适的吹扫气体或液体在本文中被考虑。
吹扫气体供给119可以包括放置在航空器1内的合适罐，并且吹扫气体可以用任何合适的方式供应到吹扫气体回路117。吹扫气体系统105可以包括一个或多个由任何合适的材料(例如，不锈钢，例如300 SST管材和附件)制成的部件。
在某些实施方案中，吹扫系统105包括至少一个三通阀125，所述三通阀被配置为同时向液体燃料歧管107和气体燃料歧管109发出吹扫气体。在液体燃料回路101中，液体燃料流和吹扫气流在液体燃料歧管107的入口处在处于吹扫气体供给119下游的分流器和阀总成116处汇合。在气体燃料回路103中，气体燃料流和吹扫气体流在气体燃料歧管109的入口处在处于吹扫气体供给119下游的气体燃料截止阀135处汇合。
在某些实施方案中，系统10包括控制器131，所述控制器被配置为控制吹扫气体通过吹扫气体回路105的流动。控制器131包括任何合适的硬件和/或软件模块，所述模块被配置为执行本文或以其他方式公开的任何合适功能。举例来说，控制器131被配置为通过吹扫气体回路117向液体燃料歧管和/或气体燃料歧管107、109中的一个或两个发出吹扫气体，例如，如上所述。举例来说，如图所示，控制器131可操作地连接到阀125并且被配置为在一种或多种合适的条件下控制阀125的位置以向歧管107、109中的一个或两个(或在歧管107、109上游的任何合适部件，例如116、135)发出来自供给119的吹扫气体。
在某些实施方案中，控制器131被配置为控制液体燃料和气体燃料中的一个或两个的燃料流。在这点上，控制器131被配置为在启动和/或停机期间管理燃料流和吹扫气体流，以执行任何合适的启动和/或停机吹扫方法，例如，如本文所公开的。鉴于本公开，系统10可以包括本领域普通技术人员所理解的任何其他合适的部件或部件排列。
根据本公开的至少一个方面，一种非暂时性计算机可读介质可以具有计算机可执行指令，所述指令被配置为使计算机执行本文所公开的任何合适的方法。举例来说，方法的某些实施方案包括控制例如阀125的吹扫气体阀和例如阀133和/或阀135的至少一个气体燃料阀，以引起气体燃料回路103的吹扫。控制吹扫气体阀125和气体燃料阀包括在打开吹扫气体阀125的同时至少关闭气体燃料截止阀133以关闭气体燃料流，使得气体燃料回路103中的压力保持比燃烧室100中的压力高，以便使发动机停机并且防止回火。在某些实施方案中，控制所述吹扫气体阀和所述气体燃料阀包括逐渐地打开吹扫气体阀125和/或逐渐地关闭例如133和/或135的气体燃料阀，同时保持气体燃料回路103中的压力大于燃烧室100，以便逐渐地增加惰性气体与气体燃料的混合物，直到熄火为止。在熄火后，关闭吹扫气阀125和例如133和/或135的气体燃料阀。
根据本公开的至少一个方面，一种方法可以包括在启动和/或停机期间用例如系统105的惰性气体吹扫系统吹扫例如系统10的航空器双燃料燃料系统的气体燃料回路103(例如氢燃料回路)，以防止回火。然而，预期这种方法可能适用于除启动或停机以外的情况，例如，在发生火灾时、在发动机失控的情况下或在需要吹扫顺序以导致熄火的其他紧急情况下。任何合适的吹扫方法在本文中被考虑。
在某些实施方案中，所述方法还包括在吹扫之前，将气体燃料压力降低到等于或大于燃烧室压力的预定阈值压力。在某些实施方案中，所述方法包括在吹扫之前关闭气体燃料流。在某些实施方案中，吹扫包括在向燃料喷嘴发出气体燃料的同时发出吹扫气体，使得发出吹扫气体包括在相应的歧管107、109内将吹扫气体与气体燃料混合。
在某些实施方案中，例如，为了启动，一种方法包括首先将吹扫气体供给119激活到吹扫控制阀125 (例如电磁阀)。一旦气体燃料歧管109内的吹扫气体的压力增加到超过预定压力(例如环境压力)并且所有空气已经被挤出气体燃料歧管109和喷嘴115，则使用吹扫阀125和控制器131使吹扫气体供给115撤销激活。紧接着，发动机的启动程序可以开始，包括发动机旋转、点火和启动高压气体燃料流(例如来自气体燃料供给113)进入第二歧管109，从而推出吹扫气体。将气体燃料引入到用吹扫气体加压的气体燃料歧管109中比通过防止空气通过喷嘴115回流到气体燃料歧管109中的常规吹扫系统执行得更好。
在某些实施方案中，例如对于停机，一种方法包括使发动机稳定在怠速并且将气体燃料中的燃料压力降低到低于预定压力阈值的压力(例如约30-35 psi的燃烧室压力)。在气体燃料的压力下降到预定压力阈值以下之前，通过吹扫回路117经由吹扫控制阀125和控制器131来激活吹扫气体供给119。在吹扫气体供给119被激活的同时，气体燃料供给113经由阀133和/或135被撤销激活。一旦检测到燃烧室100中的熄火，吹扫气体供给119即被撤销激活。
以这种方式，在停机程序期间启动吹扫气体的流动，并将吹扫气体与气体燃料混合可以维持加压的歧管(例如气体燃料歧管109)，以防止可燃气体燃料-空气混合物回流到喷嘴115和气体燃料歧管109中。吹扫气体还可以稀释燃料-空气混合物以帮助熄灭火焰。还预期气体燃料供给113可以在激活吹扫气体供给119之前撤销激活，然而如果这种停机是以歧管109中的压力在发动机仍点火时下降到燃烧室压力以下的方式实现，则回火风险可能增大。
上述发动机启动和停机吹扫程序是从用惰性吹扫气体冲洗气体燃料回路103方面进行描述，然而由于发动机是双燃料发动机，本领域普通技术人员应该了解，当冲洗发动机的液体燃料回路101时，上述方法也可以用类似的方式使用，无论是独立于气体燃料回路103，还是与气体燃料回路103同时使用。举例而言，当在燃料类型之间改变时，液体燃料回路101可以用吹扫系统105吹扫，使得歧管107中的任何剩余液体燃料被迫进入燃烧室100的热燃烧室137中以被汽化。冲洗掉残余的液体燃料还可以用于防止双燃料喷嘴115和液体燃料歧管107中的残余液体燃料焦化。另外，在不背离本公开的范围的情况下，如本文所述的相同或类似的系统和方法也可以应用于仅气体燃料的航空器发动机，例如，如图2的系统20中所示。
如本领域的技术人员将了解的，本公开的方面可体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的方面可以采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或组合软件方面和硬件方面的实施方案的形式，其所有可能性在本文中可以被称为“回路”、“模块”或“系统”。“回路”、“模块”或“系统”可以包括一个或多个单独的物理硬件和/或软件部件的一个或多个部分，它们可以一起执行“回路”、“模块”或“系统”的公开功能，或“回路”、“模块”或“系统”可以是(例如，硬件和/或软件的)单个自主式单元。此外，本公开的方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。
可利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或前述介质的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体实例(非详尽列表)将包括以下介质：具有一个或多个导线的电气连接、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置或前述介质的任何合适组合。在本文档的语境中，计算机可读存储介质可以是可含有或存储供指令执行系统、设备或装置使用或与其联用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可包括传播数据信号，所述传播数据信号中实施有计算机可读程序代码，例如在基带中或作为载波的一部分。这种传播信号可采用多种形式中的任一种，包括但不限于电磁形式、光学形式或前述形式的任何合适组合。计算机可读信号介质可以是任何计算机可读介质，所述计算机可读介质并非计算机可读存储介质并且可传达、传播或传送程序供指令执行系统、设备或装置使用或与其联用。
体现在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质来传输，所述介质包括但不限于无线、有线线路、光纤电缆、RF等或前述介质的任何合适组合。
用于进行本公开各方面的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，所述编程语言包括面向对象的编程语言，如Java、Smalltalk、C++等，和常规程序性编程语言，如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在用户的计算机上执行，部分地在用户的计算机上执行，作为独立的软件包执行，部分地在用户的计算机上且部分地在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网进行连接)。
本公开的各方面可以参考根据本公开的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图图解和/或框图在上文描述。应理解，任何流程图图解和/或框图的每个方框和任何流程图图解和/或框图中的方框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生一种机器，使得通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令建立用于实现在任何流程图和/或一个或多个框图方框中规定的功能/动作的手段。
这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，其可以引导计算机、其它可编程数据处理设备或其他装置以特定方式工作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，所述制品包括实现流程图和/或一个或多个框图方框中规定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上，以引起一系列操作步骤在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行，以产生计算机实现的过程，以使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现此处规定的功能/动作的过程。
本领域普通技术人员可以理解，本文公开的任何数值都可以是精确值，也可以是一定范围内的值。此外，在本公开中使用的任何近似术语(例如，“约”、“大约”、“左右”)可以表示一定范围内的规定值。举例来说，在某些实施方案中，所述范围可以在(正或负)20%以内，或在10%以内，或在5%以内，或在2%以内，或在普通技术人员理解的任何其他合适的百分比或数字内(例如，对于已知的容限或误差范围)。
如本领域普通技术人员所理解的，任何公开的实施方案和/或其任何合适的部分的任何合适组合在本文中被考虑。
如上所述和附图所示的本公开的方法和系统在启动和关闭双燃料发动机时提供改进的回火防止。举例来说，如果任何痕量燃料在先前的燃料操作期间积聚在歧管107、109内，则常规的双燃料发动机系统可以允许液体和/或气体燃料在发动机启动和/或停机期间回火，从而在歧管107、109中形成易燃混合物和/或允许火焰蔓延回到歧管中。如果没有例如吹扫系统105的回火预防措施，则回火风险会很高，尤其在利用例如氢气的高挥发性气体燃料的情况下。虽然本公开包括参考某些实施方案，但是本领域技术人员将容易了解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对所述实施方案做出改变和/或修改。
Claims (20)
1. 一种燃料系统，所述燃料系统包括：
燃烧室；
液体燃料回路，所述液体燃料回路经由液体燃料歧管选择性地流体连接到所述燃烧室；
气体燃料回路，所述气体燃料回路经由气体燃料歧管选择性地流体连接到所述燃烧室；以及
气体源，所述气体源选择性地流体连接到所述气体燃料歧管。
2.如权利要求1所述的燃料系统，其中所述气体源包括惰性气体。
3.如权利要求1所述的燃料系统，其中所述气体燃料歧管将气体燃料供给与在所述气体燃料歧管下游的至少一个双燃料喷嘴流体连通。
4.如权利要求3所述的燃料系统，所述燃料系统还包括吹扫气体回路，所述吹扫气体回路与所述气体源和所述液体燃料歧管流体连通，使得所述气体燃料回路和所述吹扫气体回路共用所述气体燃料歧管的共同出口。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述液体燃料回路将液体燃料供给与在所述液体燃料供给下游的所述至少一个双燃料喷嘴流体连通。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述吹扫气体回路与所述液体燃料歧管流体连通，使得所述液体燃料回路和所述吹扫气体回路共用所述液体燃料歧管的共同出口。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述吹扫气体回路包括至少一个三通阀，所述至少一个三通阀被配置为向所述气体燃料歧管或所述液体流体歧管发出吹扫气体。
8.如权利要求6所述的系统，其中所述吹扫气体回路包括至少一个三通阀，所述至少一个三通阀被配置为同时向所述气体燃料歧管和所述液体燃料歧管发出吹扫气体。
9.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括可操作地连接到所述吹扫气体回路的控制器，所述控制器被配置为控制吹扫气体通过所述吹扫气体回路的流动。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器被配置为通过所述吹扫气体回路向所述气体燃料歧管和/或所述液体燃料歧管发出吹扫气体。
11.一种包括计算机可读指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令被配置为使计算机执行方法，所述方法包括：
控制航空器的双燃料系统的吹扫气体阀和所述双燃料系统的气体燃料阀以引起对将燃料供给所述航空器的双燃料发动机的气体燃料回路的吹扫，所述吹扫使用来自所述航空器的气体供给的气体来执行。
12.如权利要求11所述的介质，所述介质还包括防止来自所述发动机的燃烧室的回火，其中所述方法在气体操作中启动所述发动机和/或使所述发动机停机期间执行。
13.如权利要求11所述的介质，其中所述吹扫气体包括惰性气体。
14.如权利要求11所述的介质，其中控制所述吹扫气体阀和所述气体燃料阀包括关闭气体燃料关闭阀以关闭气体燃料流，至少部分地同时打开所述吹扫气体阀以保持所述气体燃料回路中的压力比所述燃烧室中的压力高，从而使所述发动机停机。
15. 如权利要求11所述的介质，其中控制所述吹扫气体阀和所述气体燃料阀包括逐渐地打开所述吹扫气体阀和/或逐渐地关闭所述气体燃料阀，同时保持所述气体燃料回路中的压力大于所述燃烧室，以便逐渐地增加惰性气体与所述气体燃料的混合物，直到熄火为止，然后在熄火后关闭所述吹扫气阀和所述气体燃料阀。
16.一种方法，所述方法包括：
在启动和/或停机期间用惰性气体吹扫系统吹扫航空器燃料系统的双燃料发动机的气体燃料回路以防止回火。
17.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括在吹扫之前，将气体燃料压力降低到等于或大于燃烧室压力的预定阈值压力。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括在吹扫之前关闭气体燃料流。
19.如权利要求16所述的方法，其中吹扫包括在向燃料喷嘴发出气态燃料的同时发出吹扫气体。
20.如权利要求19所述的方法，其中发出所述吹扫气体包括在相应的歧管内将所述吹扫气体与气体燃料混合。
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