CN115614163A - 一种停车回油机构、燃油系统及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种停车回油机构、燃油系统及燃气轮机。所述停车回油机构包括：切换件；停车回油活门，包括第二压力流路、第三压力流路；其中，所述切换件固定连接于所述停车回油活门并作用于所述停车回油活门产生切换力，所述第二压力流路连接所述第二压力源，所述第三压力流路连接所述第三压力源；所述回油机构具有第一状态、第二状态。本发明的有益效果在于通过燃油系统的第一压力源与切换件产生的压力差来切换燃油流路，依靠燃油系统及停车回油机构自身结构，无需其他压力源，重量轻，能够减小燃油系统整体重量，提高发动机推重比。

Description

一种停车回油机构、燃油系统及燃气轮机

技术领域

本发明涉及航空发动机控制技术领域，尤其涉及一种停车回油机构、燃油系统及燃气轮机。

背景技术

传统航空发动机燃油系统原理如图1所示，主要由低压泵1、高压泵2、回油减压活门11、压差活门10、计量活门9、高压关断活门5、分配活门6、第一喷嘴7、第二喷嘴8、定压活门3、作动机构4等组成。其中计量结构是为发动机提供动力燃油的主要机构，燃油供油在经过低压泵1增压后，流向高压泵2，再经由高压泵2提高至系统所需压力成为高压油，高压油被计量活门9计量后通过打开的高压关断活门5流向燃油喷嘴，雾化后喷向燃烧室被燃烧。计量活门9用于计量到发动机燃烧室的燃油量；高压关断活门5用于保持系统有足够的最小伺服压力，并在发动机停车后切断至发动机燃烧室的燃油；压差活门10用于保证计量活门9前后压差恒定，通过恒定压差控制和计量活门位置可控制流向燃烧室的计量燃油；回油减压活门11用于将高压泵2提供的多于发动机燃烧需求的燃油回至高压泵2前。分配活门6为了提高燃油喷嘴雾化效果，在燃烧室流量较小时，燃油供往燃烧室的部分喷嘴，在燃烧室流量较大时，燃油供往燃烧室的全部喷嘴。在发动机停车后，高压泵2、低压泵1停止工作，计量活门9和高压关断活门5关闭，计量燃油流路12处于静止状态不再向燃烧室供油，从高压关断活门5至分配活门6的管路、分配活门6后的环状管路以及连接环状管路与喷嘴的弯管内还有残余燃油，高压关断活门5至分配活门6的管路及分配活门6后的环状管路称为燃油总管，连接环状管路与喷嘴的弯管称为燃油岐管。

根据航空发动机使用及试验经验，当发动机经过长时间稳态开车时，发动机内部燃油流路和内外涵道气路达到热平衡。当发动机停车后，发动机由热态向冷态过渡的过程中，燃油总管和岐管会受到燃烧室余热辐射并升温，其内部残余燃油受热膨胀，导致管内压力上升，当喷嘴喷口无法承受压力时，燃油会流向燃烧室，这是不符合适航规章要求的。

现役发动机中，某些型号燃油计量燃油流路12上会设置停车集油装置用来收集停车后由于膨胀产生的燃油，避免燃油流向燃烧室，但这种结构会使发动机燃油系统重量增加，降低发动机经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种停车回油机构。

本发明的另一目的在于提供一种燃油系统。

本发明的另一目的在于提供一种燃气轮机。

根据本发明一方面的一种停车回油机构，用于燃气轮机的燃油系统，所述燃油系统包括第一压力源、第二压力源、第三压力源，所述停车回油机构包括：切换件；停车回油活门，包括第二压力流路、第三压力流路；其中，所述切换件固定连接于所述停车回油活门并作用于所述停车回油活门产生切换力，所述第二压力流路连接所述第二压力源，所述第三压力流路连接所述第三压力源；所述回油机构具有第一状态、第二状态：在所述第一状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力大于所述切换力，所述第二压力流路连通；在所述第二状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力小于所述切换力，所述第三压力流路连通。

在所述的停车回油机构的一个或多个实施方式中，所述切换件为弹性件，产生的切换力为弹性力。

在所述的停车回油机构的一个或多个实施方式中，所述第二压力流路的两端分别具有第二压力输入口、第二压力输出口，所述第二压力输入口连接第二压力源；所述第三压力流路的两端分别具有第三压力输入口、第三压力输出口，所述第三压力输入口连接第三压力源。

在所述的停车回油机构的一个或多个实施方式中，所述第三压力输入口设有单向阀，当所述第三压力源产生的第三压力大于所述单向阀的设定值时，所述单向阀开启。

根据本发明另一方面的一种燃油系统，所述燃油系统包括如上所述的停车回油机构，以及低压泵、高压关断活门、分配活门，所述低压泵连接于所述第三压力流路的第三压力输出口，所述高压关断活门连接于所述第二压力流路的第二压力输入口；所述燃油系统具有第一状态、第二状态：在所述第一状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力大于所述切换力，所述第二压力流路的第二压力输出口连接所述分配活门，所述第二压力流路连通；在所述第二状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力小于所述切换力，所述第三压力流路的第三压力输入口连接所述分配活门，所述第三压力流路连通。

在所述的燃油系统的一个或多个实施方式中，所述第一压力源为系统压力，所述高压关断活门产生所述第二压力源，燃油总管和岐管内的燃油产生所述第三压力源。

在所述的燃油系统的一个或多个实施方式中，所述燃油系统包括喷嘴，所述喷嘴与所述分配活门连接。

在所述的燃油系统的一个或多个实施方式中，所述喷嘴具有单向阀。

在所述的燃油系统的一个或多个实施方式中，所述第一状态为正常运行、压力和受力情况为所述燃油系统的喷嘴处压力Pn小于所述第二压力源产生的第二压力Pfm，所述低压泵处的压力Pb小于所述第一压力源产生的系统压力Pcb，所述第一压力源作用于停车回油活门的力Npcb大于所述切换件产生的切换力Nt；所述第二状态包括初始第二状态，为刚停车，压力和受力情况为所述燃油系统的喷嘴处压力Pn大于所述第三压力源产生的第三压力Pm大于所述低压泵处的压力Pb，所述低压泵处的压力Pb约等于所述第一压力源产生的系统压力Pcb约等于所述燃油系统的燃油泵被供油压力大于所述第三压力输入口的单向阀的开启压力Py，所述第一压力源作用于停车回油活门的力Npcb小于所述切换件产生的切换力Nt；所述第二状态还包括最终第二状态，为彻底停车，压力和受力情况为所述燃油系统的喷嘴处压力Pn大于所述第三压力源产生的第三压力Pm大于所述第三压力输入口的单向阀的开启压力Py大于所述低压泵处的压力Pb，所述低压泵处的压力Pb约等于所述第一压力源产生的系统压力Pcb约等于零，所述第一压力源作用于停车回油活门的力Npcb小于所述切换件产生的切换力Nt。

根据本发明的另一方面的一种燃气轮机，包括燃烧室，还包括如上所述的燃油系统，用于向所述燃烧室供油。

在所述的燃气轮机的一个或多个实施方式中，所述燃气轮机具有第一状态、第二状态：在第一状态，所述燃气轮机运行，所述第二压力流路连通，向所述燃烧室供油；在第二状态，所述燃气轮机停车，所述第三压力流路连通，防止所述燃油系统回油。

本发明的有益效果在于：

通过燃油系统的第一压力源与切换件产生的压力差来切换燃油流路，依靠燃油系统及停车回油机构自身结构，无需其他压力源，重量轻，能够减小燃油系统整体重量，提高发动机推重比。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施方式的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，需要注意的是，这些附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制，其中：

图1是典型的航空发动机燃油系统原理图。

图2是一实施方式的停车回油机构在第一状态的结构示意图。

图3是一实施方式的停车回油机构在初始第二状态的结构示意图。

图4是一实施方式的停车回油机构在最终第二状态的结构示意图。

附图标记：

1-低压泵，2-高压泵，3-定压活门，4-作动机构，5-高压关断活门，6-分配活门，7-第一喷嘴，8-第二喷嘴，9-计量活门，10-压差活门，11-回油减压活门，12-计量燃油流路，13-伺服燃油流路；

14-第一压力源，15-第二压力源，16-第三压力源；

601-分配活门，602-切换件，603-高压关断活门，604-停车回油活门，605-喷嘴，606-燃油总管和岐管，609-低压泵；

607-第三压力流路，6071-第三压力输入口，6072-第三压力输出口，608-第二压力流路，6081-第二压力输入口，6082-第二压力输出口。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。

随后的描述中，“底面”、“上”、“下”或者其他方位术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施方式。如“一个实施方式”和/或“一实施方式”意指与本申请至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施方式”或“一个实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本申请的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

需要解释的是，下述实施方式中描述的第二压力、第三压力、系统压力、开启压力、高压压力、低压压力等“压力”指的是压强，其单位为Pa。燃气轮机在以下实施方式中以航空发动机为例，但不以此为限，以下实施方式也可以适用于地面燃气轮机，船用燃气轮机等场合。

图1所示是典型的航空发动机燃油系统，主要包括低压泵1、低压泵2、定压活门3、作动机构4、高压关断活门5、分配活门6、第一喷嘴7、第二喷嘴8、计量活门9、压差活门10、回油减压活门11。其工作原理为，燃油供油经过低压泵1增压后，形成系统低压油，低压油压力为Pb，低压油再经过高压泵2增压，形成高压油，高压油压力为Ps。高压油一路供往伺服系统的定压活门3，用于调制定压油，定压油压力为Pc，定压油一路用以控制作动机构4；另一路供给到计量活门9，计量活门9前压力为P1，计量活门后压力为P2，压差活门10感受计量活门9前后压力，通过控制回油减压活门11位置控制回油流量，从而维持计量活门9前后压差恒定，使计量流量只与计量活门9开度相关。燃油经过计量活门9进入高压关断活门5，当计量流量较小时高压关断活门5关闭，保证燃油系统具备足够的高压油，当计量流量增大时高压关断活门5打开，高压关断活门5后压力为P22。计量油通过高压关断活门5后进入燃油分配活门6，经分配后的燃油供入燃油喷嘴。

在典型的航空发动机燃油系统中，计量燃油流路12各压力情况为：Ps>P1>P2>P22；伺服燃油流路13各压力情况为：Ps＞Pc＞Pb，Pc-Pb＝常量。

参考图2、图3所示，在一个实施方式中，一种停车回油机构，用于燃气轮机的燃油系统，所述燃油系统包括第一压力源14、第二压力源15、第三压力源16。所述停车回油机构包括切换件602、停车回油活门604，所述停车回油活门包括第二压力流路608、第三压力流路607；其中，所述切换件602固定连接于所述停车回油活门604并作用于所述停车回油活门604产生切换力Nt，所述第二压力流路608连接第二压力源15，所述第三压力流路607连接第三压力源16。所述停车回油机构具有第一状态、第二状态：

(1)在所述第一状态，所述第一压力源14作用于所述停车回油活门的力Npcb大于所述切换力Nt，所述第二压力流路608连通；

(2)在所述第二状态，所述第一压力源14作用于所述停车回油活门的力Npcb小于所述切换力Nt，所述第三压力流路607连通。

通过燃油系统的第一压力源14与切换件602产生的压力差来切换燃油流路，依靠燃油系统及停车回油机构自身结构，无需其他压力源，重量轻，能够减小燃油系统整体重量，提高发动机推重比。

继续参考图2、图3所示，在一个实施方式中，切换件602的具体实例可以是弹性件，产生的切换力Nt为弹性力。切换件602采用弹性件构成，是纯机械结构，即使在发动机停转后依然可以运行保证燃油回油，防止发生泄漏，而且结构简单，易于实现通过第一压力源和弹性件的压力差，在发动机起动和停车两种状态间迅速切换，不影响发动机正常运行。在另一可选实施方式中，所述切换件602为弹簧。

继续参考图2、图3所示，在一个实施方式中，所述第二压力流路608的具体结构可以是，第二压力流路608的两端分别具有第二压力输入口6081、第二压力输出口6082，所述第二压力输入口6081连接第二压力源15；所述第三压力流路607的具体结构可以是，第三压力流路607的两端分别具有第三压力输入口6071、第三压力输出口6072，所述第三压力输入口6071连接第三压力源16。设置压力输入口、压力输出口便于连接于各管路实现燃油的供给以及停车回油的泄除。

参考图3所示，在一个实施方式中，所述第三压力输入口6071的具体结构可以是设有单向阀，当所述第三压力源16产生的第三压力大于单向阀的设定值Py时，所述单向阀开启。在停车回油机构处于第一状态时，第三压力流路607虽未连通，但依然有燃油泄漏风险，安装单向阀可以很好的防止燃油通过第三压力流路607泄漏到燃油系统中发生危险。

参考图2、图3所示，在一个实施方式中，一种燃油系统包括如上所述的停车回油机构，以及低压泵609、高压关断活门603、分配活门601，所述低压泵609连接于所述第三压力流路的第三压力输出口6072，所述高压关断活门603连接于所述第二压力流路的第二压力输入口6081；所述燃油系统具有第一状态、第二状态：

(1)在所述第一状态，所述第一压力源14作用于所述停车回油活门的力Npcb大于所述切换力Nt，所述第二压力流路的第二压力输出口6082连接所述分配活门601，所述第二压力流路608连通；

(2)在所述第二状态，所述第一压力源14作用于所述停车回油活门的力Npcb小于所述切换力，所述第三压力流路的第三压力输入口6071连接所述分配活门601，所述第三压力流路607连通。

在另一实施方式中，第一压力源14、第二压力源15、第三压力源16的具体构成可以是，所述第一压力源14为系统压力，系统压力由燃油泵输出的燃油流经液压机械装置产生，所述第二压力源15由流经所述高压关断活门603的燃油产生，所述第三压力源16由燃油总管和岐管606内的燃油产生。

在另一实施方式中，所述燃油系统的具体结构还可以是，包括喷嘴605，所述喷嘴605与所述分配活门601连接，用于将供向燃烧室的燃油雾化，使燃烧更充分。

在一可选实施方式中，所述喷嘴605的具体结构还可以是，设有喷嘴单向阀，既可以防止燃油逆流又可以防止燃油总管和岐管606内的燃油受热膨胀后再次流向燃烧室。

图2所示的具体实施方式为所述第一状态的燃油流动方向的实例，所述第一状态为正常运行状态，此时，系统压力Pcb在停车回油活门604底面产生向上的力Npcb克服弹簧力Nt，停车回油活门604压缩弹簧602并向上移动使计量来油Pfm打开高压关断活门603流往停车回油活门604的第二压力输入口6081并从第二压力输出口6082流出到分配活门601，随后顶开带单向阀功能的喷嘴605进入燃烧室燃烧，喷嘴单向阀的开启压力为Pn。低压泵609处压力为Pb的燃油被堵塞在停车回油活门604带有单向阀功能的第三压力输入口6071。第一状态下的压力情况为Pcb＞Pb，Pfm＞Pn，Npcb＞Nt。

图3所示的具体实施方式为所述第二状态初始状态的燃油流动方向的实例，所述初始第二状态为发动机刚停车燃油泵还在被供油的状态，此时系统压力Pcb在停车回油活门604底面产生向上的力Npcb无法克服弹簧力Nt，停车回油活门604被弹簧602向下压，使燃油总管和岐管606内的燃油通过停车回油活门604的带单向阀功能的第三压力输入口6071流入第三压力流路607、从第三压力输出口6072流出至连通到低压泵的流路，单向阀的开启压力为Py，低压泵处的压力为Pb。当燃油总管和岐管606内的燃油因为受热辐射而温度升高压力上升时，此时燃油总管和岐管606内的燃油压力为Pm，克服单向阀的开启压力Py和低压泵处的压力Pb流向低压泵。同时，燃油总管和岐管606内的燃油压力Pm低于喷嘴单向阀的开启压力Pn，无法打开带单向阀功能的喷嘴605流向燃烧室。初始第二状态的压力情况为Pn＞Pm＞Pb≈Pcb≈燃油泵被供油压力＞Py，Nt＞Npcb。

图4所示的具体实施方式为所述第二状态最终状态的燃油流动方向的实例，所述最终第二状态为发动机停车且燃油泵不被供油的状态，本实例沿用前述图3所示实例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述图3所示实例，本实例不再重复赘述。图4所示的实例与图3相比，其区别在于最终第二状态的压力和受力情况为Pn＞Pm＞Py＞Pb≈Pcb≈0，Nt＞Npcb。

参考图2、图3所示，在一个实施方式中，一种燃气轮机，包括燃烧室以及如上所述的燃油系统，用于向所述燃烧室供油。在另一实施方式中，所述燃气轮机具有第一状态、第二状态：

(1)在第一状态，所述燃气轮机运行，所述第二压力流路608连通，向所述燃烧室供油；

(2)在第二状态，所述燃气轮机停车，所述第三压力流路607连通，防止所述燃油系统回油。

综上所述，以上实施方式介绍的停车回油机构、燃油系统及燃气轮机的有益效果包括但不限于以下之一或组合：

1.通过燃油系统的第一压力源与切换件产生的压力差来切换燃油流路，依靠燃油系统及停车回油机构自身结构，无需其他压力源，重量轻，能够减小燃油系统整体重量，提高发动机推重比。

2.切换件采用弹性件构成，是纯机械结构，即使在发动机停转后依然可以运行保证燃油回油，防止发生泄漏，而且结构简单，易于实现通过第一压力源和弹性件的压力差，在发动机起动和停车两种状态间迅速切换，不影响发动机正常运行。

3.设置压力输入口、压力输出口便于连接于各管路实现燃油的供给以及停车回油的泄除。

4.第三压力输入口安装单向阀可以很好的防止燃油通过第三压力流路泄漏到燃油系统中发生危险。

5.设置喷嘴单向阀，既可以防止燃油逆流又可以防止燃油总管和岐管内的燃油受热膨胀后再次流向燃烧室。

本发明虽然以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种停车回油机构，用于燃气轮机的燃油系统，所述燃油系统包括第一压力源、第二压力源、第三压力源，其特征在于，所述停车回油机构包括：

切换件；

停车回油活门，包括第二压力流路、第三压力流路；

其中，所述切换件固定连接于所述停车回油活门并作用于所述停车回油活门产生切换力，所述第二压力流路连接所述第二压力源，所述第三压力流路连接所述第三压力源；

所述回油机构具有第一状态、第二状态：

在所述第一状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力大于所述切换力，所述第二压力流路连通；

在所述第二状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力小于所述切换力，所述第三压力流路连通。

2.根据权利要求1所述的停车回油机构，其特征在于，所述切换件为弹性件，产生的切换力为弹性力。

3.根据权利要求1所述的停车回油机构，其特征在于，所述第二压力流路的两端分别具有第二压力输入口、第二压力输出口，所述第二压力输入口连接第二压力源；所述第三压力流路的两端分别具有第三压力输入口、第三压力输出口，所述第三压力输入口连接第三压力源。

4.根据权利要求3所述的停车回油机构，其特征在于，所述第三压力输入口设有单向阀，当所述第三压力源产生的第三压力大于所述单向阀的设定值时，所述单向阀开启。

5.一种燃油系统，其特征在于，所述燃油系统包括如权利要求1-4任意一项所述的停车回油机构，以及低压泵、高压关断活门、分配活门，所述低压泵连接于所述第三压力流路的第三压力输出口，所述高压关断活门连接于所述第二压力流路的第二压力输入口；所述燃油系统具有第一状态、第二状态：

在所述第一状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力大于所述切换力，所述第二压力流路的第二压力输出口连接所述分配活门，所述第二压力流路连通；

在所述第二状态，所述第一压力源作用于所述停车回油活门的力小于所述切换力，所述第三压力流路的第三压力输入口连接所述分配活门，所述第三压力流路连通。

6.根据权利要求5所述的燃油系统，其特征在于，所述第一压力源为系统压力，所述高压关断活门产生所述第二压力源，燃油总管和岐管内的燃油产生所述第三压力源。

7.根据权利要求5所述的燃油系统，其特征在于，所述燃油系统包括喷嘴，所述喷嘴与所述分配活门连接。

8.根据权利要求7所述的燃油系统，其特征在于，所述喷嘴具有单向阀。

9.根据权利要求5所述的燃油系统，其特征在于，所述第一状态为正常运行、压力和受力情况为所述燃油系统的喷嘴处压力Pn小于所述第二压力源产生的第二压力Pfm，所述低压泵处的压力Pb小于所述第一压力源产生的系统压力Pcb，所述第一压力源作用于停车回油活门的力Npcb大于所述切换件产生的切换力Nt；

所述第二状态包括初始第二状态，为刚停车，压力和受力情况为所述燃油系统的喷嘴处压力Pn大于所述第三压力源产生的第三压力Pm大于所述低压泵处的压力Pb，所述低压泵处的压力Pb约等于所述第一压力源产生的系统压力Pcb约等于所述燃油系统的燃油泵被供油压力大于所述第三压力输入口的单向阀的开启压力Py，所述第一压力源作用于停车回油活门的力Npcb小于所述切换件产生的切换力Nt；

所述第二状态还包括最终第二状态，为彻底停车，压力和受力情况为所述燃油系统的喷嘴处压力Pn大于所述第三压力源产生的第三压力Pm大于所述第三压力输入口的单向阀的开启压力Py大于所述低压泵处的压力Pb，所述低压泵处的压力Pb约等于所述第一压力源产生的系统压力Pcb约等于零，所述第一压力源作用于停车回油活门的力Npcb小于所述切换件产生的切换力Nt。

10.一种燃气轮机，包括燃烧室，其特征在于，还包括如权利要求5-9任一项所述的燃油系统，用于向所述燃烧室供油。

11.根据权利要求10所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃气轮机具有第一状态、第二状态：

在第一状态，所述燃气轮机运行，所述第二压力流路连通，向所述燃烧室供油；

在第二状态，所述燃气轮机停车，所述第三压力流路连通，防止所述燃油系统回油。

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