CN118128644A - 燃烧室、燃气涡轮发动机、燃油供给系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供燃烧室、燃气涡轮发动机、燃油供给系统及方法。其中，燃油供给系统包括燃油分配活门，与位于其下游的多个燃油总管分别连接；多个燃油总管至少包括：第一燃油总管，第二燃油总管，第三燃油总管；其中，燃油分配活门与第一燃油总管的入口之间构成的第一燃油油路具有第一单向活门；燃油分配活门与第二燃油总管的入口之间构成的第二燃油油路具有第一计量活门；燃油分配活门与第三燃油总管的入口之间构成的第三燃油油路具有第二计量活门；其中，第一单向活门、第一计量活门、第二计量活门的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。

Description

燃烧室、燃气涡轮发动机、燃油供给系统及方法

技术领域

本发明涉及燃烧室领域，尤其涉及燃烧室、燃气涡轮发动机、燃油供给系统及方法。

背景技术

航空发动机被誉为飞机的“心脏”，而燃烧室是发动机的“心脏”，它同压气机、涡轮一起构成航空推进系统的三大核心部件。燃烧室主要由进气装置、火焰筒、壳体、燃油喷嘴和点火器等基本构件组成。

燃油喷嘴是燃烧室最主要的部件之一，其功用是将燃油雾化，加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。燃油雾化质量、液雾蒸发、运动轨迹和燃油浓度分布对燃烧室各项性能指标有重大影响，雾化质量差、浓度分布不均匀、喷雾锥角不适当等还将直接影响燃烧室和涡轮的寿命及污染物的排放。为使燃油喷嘴高精度、高可靠性工作，不影响燃烧室的各项性能指标、寿命及污染物排放，需保证到达燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃油供给系统。

本发明的另一目的是提供一种燃烧室。

本发明的又一目的是提供一种燃气涡轮发动机。

本发明的又一目的是提供一种燃油供给方法。

根据本发明一方面的一种燃油供给系统，包括：燃油分配活门，与位于其下游的多个燃油总管分别连接；所述多个燃油总管至少包括：第一燃油总管，第二燃油总管，第三燃油总管；其中，所述燃油分配活门与所述第一燃油总管的入口之间构成的第一燃油油路具有第一单向活门；所述燃油分配活门与所述第二燃油总管的入口之间构成的第二燃油油路具有第一计量活门；所述燃油分配活门与所述第三燃油总管的入口之间构成的第三燃油油路具有第二计量活门；其中，所述第一单向活门、第一计量活门、第二计量活门的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。

本申请的技术方案通过在燃油总管上加装单向活门、计量活门，降低对燃油供给控制的复杂性，实现对超过两条油路的燃油供给分配和分级控制，保证供给至燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定。同时，在燃油总管的入口上游加装单向活门/计量活门，相比在燃油喷嘴的入口加可以减少元器件使用，简化结构布置，降低重量。

在所述的燃油供给系统的一个或多个实施例中，所述燃油总管的入口的压力为P1，所述燃油供给系统至少具有第一状态、第二状态以及第三状态：在所述第一状态，P31<P1<P32<P33，所述第一燃油油路流通，所述第二燃油油路、第三燃油油路关闭，所述第一燃油总管向燃油喷嘴供给燃油；在所述第二状态，P31<P32<P1<P33，所述第一燃油油路、第二燃油油路流通，所述第三燃油油路关闭，所述第一燃油总管以及第二燃油总管向燃油喷嘴供给燃油；在所述第三状态，P31<P32<P33<P1，所述第一燃油油路、第二燃油油路、以及所述第三燃油油路流通，所述第一燃油总管、第二燃油总管以及第三燃油总管向燃油喷嘴供给燃油。

在所述的燃油供给系统的一个或多个实施例中，所述燃油分配活门与所述第三燃油总管的入口之间构成的第三燃油油路包括主油路以及旁路，所述主油路具有第二计量活门，所述旁路具有第二单向活门，所述第二单向活门的开启压力为P34，P31<P32<P33<P34。

在所述的燃油供给系统的一个或多个实施例中，在所述第三状态，所述第一燃油油路、第二燃油油路、以及所述第三燃油油路的主油路流通，所述第三燃油油路的旁路关闭；所述燃油供给系统还具有第四状态，P31<P32<P33<P34<P1，所述第一燃油油路、第二燃油油路、第三燃油油路的主油路、以及第三燃油油路的旁路流通。

在所述的燃油供给系统的一个或多个实施例中，还包括从上游至下游依次设置的燃油泵、燃油油滤、燃油计量装置以及流量计，所述分配活门位于所述流量计的下游。

根据本发明另一方面的一种燃烧室，包括燃油喷嘴以及如上所述的燃油供给系统，所述燃油供给系统与所述燃油喷嘴连接，以将燃油输送至所述燃油喷嘴。

在所述的燃烧室的一个或多个实施例中，所述燃烧室包括预燃级以及主燃级，所述燃油供给系统的第一燃油油路仅与所述预燃级的燃油喷嘴连通。

在所述的燃烧室的一个或多个实施例中，所述燃油供给系统的第三燃油油路仅与所述主燃级的燃油喷嘴连通。

根据本发明又一方面的一种燃气涡轮发动机，包括如上所述的燃烧室以及位于其下游的涡轮，所述燃烧室产生的高温燃气驱动所述涡轮输出动力。

在所述的燃气涡轮发动机的一个或多个实施例中，所述燃油供给系统为权利要求-任意一项所述的燃油供给系统，所述燃气涡轮发动机包括小工况、中等工况以及大工况；在所述小工况，所述燃油供给系统为所述第一状态；在所述中等工况，所述燃油供给系统为所述第二状态；在所述大工况，所述燃油供给系统为所述第三状态。

根据本发明又一方面的一种燃油供给方法，燃油供给的油路被配置为：所述燃油分配活门与第一燃油总管的入口之间构成的第一燃油油路具有第一单向活门；所述燃油分配活门与第二燃油总管的入口之间构成的第二燃油油路具有第一计量活门；所述燃油分配活门与第三燃油总管的入口之间构成的第三燃油油路具有第二计量活门；其中，所述第一单向活门、第一计量活门、第二计量活门的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。

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例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为一对比方案的燃油供给系统；

图2为一实施例的燃油供给系统的结构示意图；

图3为又一实施例的燃油供给系统的结构示意图；

图4为一实施例的燃烧室的结构示意图。

附图标记：

1000-燃烧室，100、100’-燃油供给系统；

1-燃油分配活门；

2-燃油总管；

21-第一燃油总管，211-入口，101-第一燃油油路；

22-第二燃油总管，221-入口，102-第二燃油油路；

23-第三燃油总管，231-入口，103-第三燃油油路，1031-主油路，1032-旁路；

31-第一单向活门，32-第一计量活门，33-第二计量活门，34-第二单向活门；

4、4’-燃油泵，5、5’-燃油油滤，6、6’-燃油计量装置，7、7’-流量计，8、8’-燃油喷嘴。

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。

在随后的描述中，“上游”、“下游”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例。如“一个实施例”和/或“一实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、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“一实施例”或“一个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

目前，随着对燃烧室性能的要求日益提高，需要进一步改善燃油供给系统。

本申请的发明人经过深入研究发现，如图1所示的对比方案的燃油控制系统100’，燃油泵4’向燃油喷嘴8’开始供油时，燃油经过燃油油滤5’过滤后，进入燃油计量装置6’进行计量后流过流量计7’进入燃油分配装置，在燃油分配装置中通过燃油分配活门1’对燃油进行初步的分配。由于燃油分配活门1’通过控制系统进行控制，油路设计较为简单，但当燃油总管2’超过两路时，就无法对燃油进行精细化的调节和分配，便不能保证输送到燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定，进而无法实现燃油喷嘴的高精度和高可靠性工作。

基于以上考虑，发明人经过深入研究，设计了一种燃油供给系统，通过在燃油总管上加装单向活门、计量活门，降低对燃油供给控制的复杂性，实现对超过两条油路的燃油供给分配和分级控制，保证供给至燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定。同时，在燃油总管的入口上游加装单向活门/计量活门，相比在燃油喷嘴的入口加可以减少元器件使用，简化结构布置，降低重量。。

虽然本申请实施例公开的燃油供给系统适用于航空发动机，但不以此为限，也可以适用于地面燃气轮机，只要是发动机为保证对燃油的高精度调配可以应用本申请实施例公开的燃油供给系统即可。

参考图2所示，在一个实施例中，燃油供给系统100的具体结构可以是，包括燃油分配活门1、多个燃油总管2。燃油分配活门1，与位于其下游的多个燃油总管2分别连接。多个燃油总管2至少包括：第一燃油总管21、第二燃油总管22、第三燃油总管23。其中，燃油分配活门1与第一燃油总管21的入口211之间构成的第一燃油油路101具有第一单向活门31；燃油分配活门1与第二燃油总管22的入口221之间构成的第二燃油油路102具有第一计量活门32；燃油分配活门1与第三燃油总管23的入口231之间构成的第三燃油油路103具有第二计量活门33。其中，第一单向活门31、第一计量活门32、第二计量活门33的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。

此处的“多个燃油总管2至少包括：第一燃油总管21、第二燃油总管22、第三燃油总管23”的含义是指燃油总管的数量只要超过两条燃油总管即可，图2中所示仅为示例，不限于图2中的三条。

此处的“燃油分配活门1”的含义是指将经过其的燃油分配至位于其下游的多条燃油总管中。

此处的“单向活门”的含义是指使燃油流动方向是强制单向的部件，燃油只能从上游至下游，即如图2所示的，只能从燃油分配活门1至燃油总管2的入口。

此处的“计量活门”的含义与本领域的通常含义类似，例如原理可以是通过保证流过计量活门上下游的燃油压差恒定，通过控制计量活门的开度，使燃油流量和燃油计量活门的的开度成正比来实现对燃油的计量。例如结构可以是电磁阀控制活门开度，可以通过FADEC控制电磁阀，但不以此为限。

本实施例的有益效果在于，通过在燃油总管上加装单向活门、计量活门，降低对燃油供给控制的复杂性，实现对超过两条油路的燃油供给分配和分级控制，保证供给至燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定。同时，在燃油总管的入口上游加装单向活门/计量活门，相比在燃油喷嘴的入口加可以减少元器件使用，简化结构布置，降低重量。

继续参考图2所示，在一些实施例中，燃油供给系统100的具体结构可以是，燃油总管2的入口的压力为P1，燃油供给系统100至少具有第一状态、第二状态以及第三状态：

在第一状态，P31<P1<P32<P33，第一燃油油路101流通，第二燃油油路102、第三燃油油路103关闭，第一燃油总管21向燃油喷嘴供给燃油。具体的，例如，第一状态可以对应小工况状态运行，当燃油总管2的入口的压力P1大于第一单向活门31的开启压力P31时，燃油通过第一燃油总管2进入燃油喷嘴8(图4中示出)，发动机开始点火并在小状态运行。此时，第一计量活门32和第二计量活门33处于关闭状态。

在第二状态，P31<P32<P1<P33，第一燃油油路101、第二燃油油路102流通，第三燃油油路103关闭，第一燃油总管21以及第二燃油总管22向燃油喷嘴供给燃油。具体的，例如，当运行至中等工况状态时(如进场)，燃油总管2的入口的压力P1不断增大，当P1的压力增大至P32时，第一计量活门32打开，燃油通过第二燃油总管22进入燃油喷嘴8。此时，第一单向活门31和第一计量活门32保持流通状态，第一燃油总管21和第二燃油总管22同时向燃油喷嘴8内供油。

在第三状态，P31<P32<P33<P1，第一燃油油路101、第二燃油油路102、以及第三燃油油路103流通，第一燃油总管21、第二燃油总管22以及第三燃油总管23向燃油喷嘴供给燃油。具体的，例如，当运行至大工况状态时(如爬升、起飞)，燃油总管2的入口的压力P1进一步增大，当P1的压力增大至P33时，第二计量活门33打开，燃油通过第三燃油总管23进入燃油喷嘴8。此时，第一单向活门31、第一计量活门32和第二计量活门33保持流通状态，第一燃油总管21、第二燃油总管22和第三燃油总管23同时向燃油喷嘴8内供油。

如此设置的有益效果在于，实现多油路燃油的分配和分级控制，且控制简单。

继续参考图2所示，在一些实施例中，如权利要求2的燃油供给系统100，燃油分配活门1与第三燃油总管23的入口231之间构成的第三燃油油路103包括主油路1031以及旁路1032，主油路1031具有第二计量活门33，旁路1032具有第二单向活门34，第二单向活门34的开启压力为P34，P31<P32<P33<P34。如此设置的有效果在于，通过设置旁路第二单向活门分流，将大部分的燃油可以供应到第三燃油总管所对应的主燃级，可以达到降低燃烧室的污染排放和优化出口温度分布的效果。

继续参考图2所示，在一些实施例中，燃油供给系统100的具体结构可以是，在第三状态，第一燃油油路101、第二燃油油路102、以及第三燃油油路103的主油路1031流通，第三燃油油路103的旁路1032关闭。燃油供给系统100还具有第四状态，P31<P32<P33<P34<P1，第一燃油油路101、第二燃油油路102、第三燃油油路103的主油路1031、以及第三燃油油路103的旁路1032流通。具体的，例如，当第一单向活门31、第二计量活门32和第三计量活门33同时保持流通状态时，燃油总管2的入口压力P1进一步增大，达到第二单向活门34开启压力P34时，第二单向活门34打开，第三燃油油路103的燃油有一部分通过第二单向活门34进行分流，使得进入大工况状态才有燃油流通的第三燃油总管23中的燃油由第二计量活门33和第二单向活门34两部分组成。如此设置的有效果在于，保证在大工况状态时，大部分燃油都可以供应至主燃级，降低污染排放、优化出口温度分布。

参考图3所示，在一些实施例中，燃油供给系统100的具体结构可以是，还包括从上游至下游依次设置的燃油泵4、燃油油滤5、燃油计量装置6以及流量计7，分配活门1位于流量计7的下游。此处的“燃油泵4、燃油油滤5”是指大部分的燃油经过该燃油泵、由燃油油滤5进行过滤被输送至燃油喷嘴，也可以称为主燃油泵、主燃油油滤。如此设置的有益效果在于，构成完整的燃油供给系统，且结构简单。

参考图4所示，在一个实施例中，燃烧室1000的具体结构可以是，包括燃油喷嘴8以及如上所述的燃油供给系统100，燃油供给系统100与燃油喷嘴8连接，以将燃油输送至燃油喷嘴8。如此设置的有益效果在于，保证供给至燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定，实现对多油路燃油喷嘴的燃油分配和分级控制，保证燃烧室的各项性能指标、寿命及及污染物排放。同时，在燃油总管的入口上游加装单向活门/计量活门，相比在燃油喷嘴的入口加可以减少整个燃烧室的元器件，从而降低燃烧室的重量。

继续参考图4所示，在一些实施例中，燃烧室1000的具体结构可以是，包括预燃级(图中未示出)以及主燃级(图中未示出)，燃油供给系统100的第一燃油油路101仅与预燃级的燃油喷嘴连通。如此设置的有益效果在于，实现对燃油供给的分级控制且燃油供给控制简单，并可保证主燃级在大工况状态下，燃油供应充足，降低污染排放、优化出口温度分布。

继续参考图4所示，在一些实施例中，燃烧室1000的具体结构可以是，燃油供给系统100的第三燃油油路103仅与主燃级的燃油喷嘴连通。如此设置的有益效果在于，便于对燃油供给的分级控制，使大工况状态下，燃油大部分供应至主燃级，降低污染排放、优化出口温度分布。

继续参考图4所示，在一个实施例中，燃气涡轮发动机(图中未示出)的具体结构可以是，包括如上所述的燃烧室1000以及位于其下游的涡轮，燃烧室1000产生的高温燃气驱动涡轮输出动力。如此设置的有益效果在于，保证对多油路燃油喷嘴的燃油供应的压力和流量相对恒定，使燃油喷嘴高精度、高可靠性工作，保证燃烧室的各项性能指标，延长燃烧室及涡轮的使用寿命，降低污染排放。

继续参考图4所示，在一些实施例中，燃气涡轮发动机的具体结构可以是，包括小工况、中等工况以及大工况；在小工况，燃油供给系统100为第一状态；在中等工况，燃油供给系统100为第二状态；在大工况，燃油供给系统100为第三状态。此处的“小工况”是指燃气涡轮发动机的运行功率小于30％额定功率。此处的“中等工况”是指燃气涡轮发动机的运行功率为30％～70％额定功率。此处的“大工况”是指燃气涡轮发动机的运行功率为70％～100％额定功率。如此设置的有益效果在于，实现多油路燃油的分配和分级控制，且控制简单。

参考图2至图4所示，在一个实施例中，燃油供给方法的具体步骤可以是，燃油供给的油路被配置为：燃油分配活门1与第一燃油总管21的入口211之间构成的第一燃油油路101具有第一单向活门31；燃油分配活门1与第二燃油总管22的入口221之间构成的第二燃油油路102具有第一计

量活门32；燃油分配活门1与第三燃油总管23的入口231之间构成的第三5燃油油路103具有第二计量活门33；其中，第一单向活门31、第一计量活

门32、第二计量活门33的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。

如此设置的有益效果在于，通过在燃油油路上加装单向活门、计量活门，降低对燃油供给控制的复杂性，实现对超过两条油路的燃油供给分配和分级控制，保证供给至燃油喷嘴的燃油压力和流量相对恒定。

0本发明虽然以较佳实施例公开如上，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例所作的任何修改、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)

1.一种燃油供给系统(100)，其特征在于，包括：

燃油分配活门(1)，与位于其下游的多个燃油总管(2)分别连接；

所述多个燃油总管(2)至少包括：

第一燃油总管(21)，

第二燃油总管(22)，

第三燃油总管(23)；

其中，所述燃油分配活门(1)与所述第一燃油总管(21)的入口(211)之间构成的第一燃油油路(101)具有第一单向活门(31)；

所述燃油分配活门(1)与所述第二燃油总管(22)的入口(221)之间构成的第二燃油油路(102)具有第一计量活门(32)；

所述燃油分配活门(1)与所述第三燃油总管(23)的入口(231)之间构成的第三燃油油路(103)具有第二计量活门(33)；

其中，所述第一单向活门(31)、第一计量活门(32)、第二计量活门(33)的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。

2.如权利要求1所述的燃油供给系统(100)，其特征在于，所述燃油总管(2)的入口的压力为P1，所述燃油供给系统(100)至少具有第一状态、第二状态以及第三状态：

在所述第一状态，P31<P1<P32<P33，所述第一燃油油路(101)流通，所述第二燃油油路(102)、第三燃油油路(103)关闭，所述第一燃油总管(21)向燃油喷嘴供给燃油；

在所述第二状态，P31<P32<P1<P33，所述第一燃油油路(101)、第二燃油油路(102)流通，所述第三燃油油路(103)关闭，所述第一燃油总管(21)以及第二燃油总管(22)向燃油喷嘴供给燃油；

在所述第三状态，P31<P32<P33<P1，所述第一燃油油路(101)、第二燃油油路(102)、以及所述第三燃油油路(103)流通，所述第一燃油总管(21)、第二燃油总管(22)以及第三燃油总管(23)向燃油喷嘴供给燃油。

3.如权利要求2所述的燃油供给系统(100)，其特征在于，所述燃油分配活门(1)与所述第三燃油总管(23)的入口(231)之间构成的第三燃油油路(103)包括主油路(1031)以及旁路(1032)，所述主油路(1031)具有第二计量活门(33)，所述旁路(1032)具有第二单向活门(34)，所述第二单向活门(34)的开启压力为P34，P31<P32<P33<P34。

4.如权利要求3所述的燃油供给系统(100)，其特征在于，在所述第三状态，所述第一燃油油路(101)、第二燃油油路(102)、以及所述第三燃油油路(103)的主油路(1031)流通，所述第三燃油油路(103)的旁路(1032)关闭；

所述燃油供给系统(100)还具有第四状态，P31<P32<P33<P34<P1，所述第一燃油油路(101)、第二燃油油路(102)、第三燃油油路(103)的主油路(1031)、以及第三燃油油路(103)的旁路(1032)流通。

5.如权利要求2所述的燃油供给系统(100)，其特征在于，还包括从上游至下游依次设置的燃油泵(4)、燃油油滤(5)、燃油计量装置(6)以及流量计(7)，所述分配活门(1)位于所述流量计(7)的下游。

6.一种燃烧室(1000)，其特征在于，包括燃油喷嘴以及如权利要求1-5任意一项所述的燃油供给系统(100)，所述燃油供给系统(100)与所述燃油喷嘴连接，以将燃油输送至所述燃油喷嘴。

7.如权利要求6所述的燃烧室(1000)，其特征在于，所述燃烧室(1000)包括预燃级以及主燃级，所述燃油供给系统(100)的第一燃油油路(101)仅与所述预燃级的燃油喷嘴连通。

8.如权利要求7所述的燃烧室(1000)，其特征在于，所述燃油供给系统(100)的第三燃油油路(103)仅与所述主燃级的燃油喷嘴连通。

9.一种燃气涡轮发动机，其特征在于，包括如权利要求6-8任意一项所述的燃烧室(1000)以及位于其下游的涡轮，所述燃烧室(1000)产生的高温燃气驱动所述涡轮输出动力。

10.如权利要求9所述的燃气涡轮发动机，其特征在于，所述燃油供给系统(100)为权利要求2-5任意一项所述的燃油供给系统(100)，所述燃气涡轮发动机包括小工况、中等工况以及大工况；在所述小工况，所述燃油供给系统(100)为所述第一状态；在所述中等工况，所述燃油供给系统(100)为所述第二状态；在所述大工况，所述燃油供给系统(100)为所述第三状态。

11.一种燃油供给方法，其特征在于，

燃油供给的油路被配置为：

燃油分配活门(1)与第一燃油总管(21)的入口(211)之间构成的第一燃油油路(101)具有第一单向活门(31)；

燃油分配活门(1)与第二燃油总管(22)的入口(221)之间构成的第二燃油油路(102)具有第一计量活门(32)；

燃油分配活门(1)与第三燃油总管(23)的入口(231)之间构成的第三燃油油路(103)具有第二计量活门(33)；

其中，所述第一单向活门(31)、第一计量活门(32)、第二计量活门(33)的开启压力分别为P31、P32、P33，P31<P32<P33。