ES2269633T3 - Dispositivo dosificador de combustible para inyector de turbomaquina. - Google Patents

Abstract

Dispositivo dosificador (12) de fluido que comprende una válvula dosificadora (14) que puede deslizar dentro de un casquillo (26) bajo una presión de alimentación de fluido con el fin de permitir la admisión de un fluido y después su eyección hacia medios de utilización (24) de este fluido, comprendiendo la válvula, en una primera extremidad, una abertura (16) que desemboca en un ánima longitudinal (18) de admisión del fluido y, en una segunda extremidad, que forma fondo, una cabeza de válvula (20) provista de ranuras dosificadoras (22) de fluido que se abren hacia el ánima longitudinal y que definen secciones de paso variables hacia los citados medios de utilización del fluido, caracterizado porque la citada cabeza de válvula comprende, además, al menos, un orificio (38) sensiblemente transversal formado a través de la citada cabeza de válvula y dispuesto aguas abajo de las ranuras dosificadoras en el sentido de flujo del fluido, comunicando el citado orificio con el ánima longitudinal y definiendo, al menos, una sección de paso fija hacia los citados medios de utilización del fluido.

Description

Dispositivo dosificador de combustible para inyector de turbomáquina.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere al ámbito general de los dispositivos de regulación de caudal de un fluido y, de modo más particular, al de los dispositivos de regulación del caudal de alimentación de los inyectores de combustible previstos para las cámaras de combustión de turbomáquinas.

Un motor de turbomáquina comprende, de modo conocido, varios inyectores que permiten alimentar carburante y aire a la cámara de combustión durante el arranque y el funcionamiento normal del motor de la turbomáquina. Existen, principalmente, dos tipos de inyectores: los inyectores denominados "aeromecánicos" concebidos para dos caudales de carburante (primario y secundario) según las fases de funcionamiento del motor (encendido, de baja a plena potencia), y los inyectores denominados "aerodinámicos" que comprenden un solo circuito de carburante para todas las fases de funcionamiento. La presente invención se refiere, de modo más particular, a los inyectores que pertenecen a esta segunda categoría.

Como es en sí conocido, por ejemplo por el documento US 2.704.035, un inyector de combustible para motor de turbomáquina comprende, especialmente, una válvula dosificadora dispuesta para abrirse bajo una presión de alimentación del combustible predeterminada y permanecer abierta en respuesta a un aumento de esta presión de alimentación con el fin de permitir la admisión del combustible y después su eyección hacia la nariz del inyector a nivel de la cual el combustible se difunde en la cámara de combustión. En el documento US 5.732.730, la regulación del caudal de alimentación de combustible se realiza por intermedio de ranuras dosificadoras previstas a nivel de una cabeza de la válvula y cuyas secciones de paso varían en función de la presión de alimentación aplicada: cuando más elevada es esta presión, mayores son las secciones de paso de las ranuras.

En la práctica, se constata que en una cámara de combustión alimentada de carburante y de aire por varios inyectores como el descrito anteriormente, existen diferencias de caudal en la apertura y/o el cierre de su válvula respectiva cuando estos inyectores están sometidos a una misma presión de alimentación. Estas diferencias de caudal entre inyectores son generadas por un fenómeno de histéresis que proviene del rozamiento entre la válvula del inyector y el casquillo dentro del cual ésta desliza. Así, dos inyectores idénticos sometidos a la misma presión de alimentación pueden presentar secciones de paso diferentes a nivel de sus ranuras dosificadoras. Se obtiene, así, una heterogeneidad de alimentación de carburante en la cámara de combustión que puede llegar a ser del 45%, lo que puede provocar dificultades de encendido del motor de la turbomáquina e incluso impedir este encendido.

Objeto y resumen de la invención

La presente invención tiene, pues, por objeto paliar estos inconvenientes, proponiendo un dispositivo dosificador de fluido para inyector de turbomáquina que permita suprimir los efectos originados por la histéresis, utilizando el recorrido muerto de la cabeza de válvula, es decir, el recorrido entre el inicio de la apertura de ésta y el momento en que ésta llega a las ranuras dosificadoras. Ésta tiene por objeto, además, un procedimiento de dosificación de fluido que pone en práctica un dispositivo de este tipo.

Con este fin, está previsto un dispositivo dosificador de fluido de acuerdo con la reivindicación 1.

El dispositivo permite, así, obtener un caudal fijo de fluido hacia los medios de utilización que depende únicamente de la sección de paso del orificio transversal. Éste desemboca en los medios de utilización a partir de una presión predeterminada de alimentación de fluido que es inferior a una presión para la cual las ranuras dosificadoras alimentan los medios de utilización. De este modo, se evita cualquier retardo debido al fenómeno de histéresis y que conduzca a una heterogeneidad de alimentación. La histéresis no tiene, pues, efecto sobre los caudales bajos.

Ventajosamente, el dispositivo dosificador de acuerdo con la invención comprende un primer diafragma dispuesto aguas arriba del orificio transversal en el sentido del flujo del fluido. Este primer diafragma permite fijar en un valor determinado el caudal de fluido que atraviesa el orificio transversal.

El dispositivo dosificador de fluido de acuerdo con la invención encuentra aplicación, particularmente, como dispositivo de dosificación de combustible de inyector para motor de turbomáquina. En esta aplicación, la histéresis no tiene efecto sobre los caudales bajos y se obtiene una mejor homogeneidad de alimentación de combustible en la cámara de combustión del motor, especialmente, durante la fase delicada de encendido del motor.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la presente invención se deducirán de la descripción hecha a continuación, refiriéndose a los dibujos anejos que ilustran un ejemplo de realización sin ningún carácter limitativo. En las figuras:

- la figura 1 es una vista en corte longitudinal de un inyector de combustible de motor de turbomáquina que comprende un dispositivo dosificador de acuerdo con la presente invención;

- las figuras 2 a 4 representan vistas en corte del dispositivo dosificador de la figura 1 de acuerdo con tres modos de funcionamiento diferentes; y

- la figura 5 es un gráfico que ilustra la evolución de la histéresis en el inyector de la figura 1 y en un inyector de la técnica anterior.

Descripción detallada de un modo de realización

Se hace referencia, en primer lugar, a la figura 1, que representa, en corte longitudinal, un inyector de combustible para motor de turbomáquina que comprende un dispositivo dosificador de acuerdo con la invención.

El inyector de combustible 2 comprende un cuerpo de inyector 4 que comprende una brida 6 adaptada para ser fijada a un cuerpo de turbomáquina (no representado). El inyector de combustible 2 ilustrado es del tipo "aerodinámico", es decir, que comprende un solo circuito de combustible.

El cuerpo de inyector 4 comprende un orificio de admisión 8 de combustible destinado a recibir el combustible a presión que proviene de una bomba apropiada (no representada). El combustible desemboca en una cámara de admisión 10 antes de atravesar un dispositivo dosificador 12 de acuerdo con la invención.

El dispositivo dosificador 12 de combustible está montado directamente dentro de la cámara de admisión de combustible 10. Éste comprende una válvula dosificadora 14 que permite controlar el flujo de combustible que atraviesa el dispositivo. Esta válvula dosificadora está provista, en una primera extremidad, de una abertura 16 que desemboca en un ánima longitudinal 18 de admisión del combustible y, en una segunda extremidad, que forma fondo, de un resalto sensiblemente circular que forma la cabeza de válvula 20. Esta cabeza de válvula comprende en su contorno ranuras dosificadoras 22 del combustible que se abren hacia el ánima longitudinal 18 y que definen secciones de paso variables hacia medios de utilización del combustible. Estas ranuras 22 están conformadas de modo muy preciso para dosificar la cantidad de combustible que fluye desde la cámara de admisión 10 hacia una cámara de recepción 24 del combustible, formada dentro del cuerpo de inyector 4.

La válvula dosificadora 14 puede deslizar dentro de un casquillo 26 cilíndrico, del cual una extremidad comprende un vaciado circular 28 que forma asiento de válvula. Este casquillo es mantenido dentro del cuerpo de inyector 4 de modo estanco por intermedio de un medio de estanqueidad 30 de tipo junta. El casquillo 26 forma, igualmente, una superficie de apoyo para una extremidad de un muelle helicoidal 32 cuya extremidad opuesta está montada en un elemento anular de retención 34 fijado a la extremidad de la válvula que comprende el ánima longitudinal 18 de admisión de combustible. El muelle 32 está regulado de manera que permita a la válvula dosificadora 14 abrirse para una presión de combustible predeterminada y permanecer abierta bajo el aumento de esta presión de alimentación.

De acuerdo con la invención, el dispositivo dosificador 12 está provisto, además, al menos, de un orificio sensiblemente transversal 38 dispuesto a nivel de la cabeza de válvula 20, aguas abajo de las ranuras dosificadoras 22 en el sentido del flujo del combustible. Este orificio transversal desemboca en el ánima longitudinal 18 de admisión de fluido y comunica con la cámara de recepción 24 del combustible. Este orificio permite, así, definir una sección de paso fija hacia los medios de utilización del combustible y asegurar de modo eficaz el caudal de encendido del motor de la turbomáquina correspondiente a los bajos caudales de combustible (inferior a 30 litros por hora, aproximadamente).

Siempre de cuerdo con la invención, el caudal de combustible que atraviesa el orificio transversal 38 puede ser fijado, ventajosamente, en un primer valor determinado colocando un primer diafragma 40 en la trayectoria del combustible, entre el ánima longitudinal y este orificio transversal. El paso de combustible es, así, controlado por la abertura practicada en el primer diafragma 40. Esta abertura está conformada de manera que permita un caudal de combustible que la atraviesa sensiblemente menor que el que atraviesa el orificio transversal 38. De este modo, el caudal de combustible que atraviesa el primer diafragma 40 y después el orificio transversal 38 es únicamente función de la abertura practicada en el primer diafragma. Esta característica es particularmente ventajosa para los caudales muy bajos de combustible. En efecto, es delicado mecanizar en la cabeza de válvula 20 un orificio transversal 38 que tenga una sección de paso muy pequeña. El primer diafragma 40 permite, así, evitar una operación de este tipo. El primer diafragma 40 puede ser, por ejemplo, un bol perforado montado ajustado en el fondo de la cabeza de válvula 20.

El inyector de combustible representado en la figura 1 comprende un segundo diafragma 42 para los caudales grandes (superiores a 100 litros por hora, aproximadamente) interpuesto entre la válvula dosificadora 14 y los medios de utilización del combustible. De modo más preciso, este segundo diafragma 42, igualmente en forma de bol perforado, está dispuesto en el fondo de la cámara de recepción 24 de combustible. El segundo diafragma está fijado de modo estanco al cuerpo de inyector 4 por intermedio de medios de estanqueidad 44 de tipo junta y permite fijar en un segundo valor determinado el caudal de combustible que le atraviesa. La abertura practicada en este segundo diafragma desemboca en un canal de inyección 46 del combustible que dirige éste hacia una nariz de inyector (no representada). Con la ayuda de medios en sí conocidos, esta nariz de inyector permite asegurar, ya sea la pulverización del combustible de modo mecánico o aerodinámico, o bien su vaporización.

Se describirá ahora el funcionamiento del dispositivo dosificador de acuerdo con la invención, refiriéndose, de modo más particular, a las figuras 2 a 4.

La figura 2 representa el dispositivo dosificador de combustible en posición inicial de reposo; la válvula dosificadora 14 está cerrada y reposa en su asiento 28. El combustible que penetra en la cámara de admisión 10 y en el ánima longitudinal 18 por intermedio de la abertura 16 ejerce una presión que no es suficiente para permitir la apertura de la válvula dosificadora.

La figura 3 ilustra el dispositivo dosificador cuando se llega a una presión predeterminada que define una primera presión de umbral S1. En este caso, la válvula dosificadora 14 se desplaza bajo el efecto de la presión de alimentación y desliza dentro del casquillo 26 provocando una apertura de la cabeza de válvula 20. El combustible presente en la cámara de admisión 10 y en la válvula dosificadora 14 sale hacia la cámara de recepción 24 por intermedio del orificio transversal 38 después de haber atravesado el primer diafragma 40. Esta fase puede corresponder, por ejemplo, a la fase de encendido de un motor de turbomáquina equipado con este dispositivo dosificador. El caudal de combustible es fijo y es función, ya sea de la sección de paso del orificio transversal 38, o bien de la abertura practicada en el primer diafragma 40 si ésta es más pequeña.

En la figura 4 el dispositivo dosificador está en una posición de semiapertura en la cual la presión de alimentación es superior a una segunda presión de umbral S2, que a su vez es superior a la primera presión de umbral S1. Esta segunda presión de umbral S2 corresponde a una presión de alimentación predeterminada a partir de la cual las ranuras dosificadoras 22 de la cabeza de válvula 20 desembocan en la cámara de recepción 24. El muelle 32 se comprime bajo el efecto de la presión de alimentación y el combustible continúa atravesando la válvula dosificadora 14 por intermedio del orificio transversal 38. Además, el combustible presente en el ánima 18 de la válvula dosificadora sale, igualmente, a través de las ranuras dosificadoras 22. Las secciones de paso variables de estas ranuras permiten asegurar la regulación del caudal de inyección, por ejemplo, en funcionamiento normal del motor de la turbomáquina.

Así, el funcionamiento del dispositivo dosificador de acuerdo con la invención consiste en que se define un primer caudal D1 de combustible que atraviesa un orificio fijo sensiblemente transversal dispuesto a nivel de la válvula dosificadora aguas abajo de las ranuras dosificadoras y que fluye hacia los medios de utilización a partir de una presión de alimentación predeterminada que define una primera presión de umbral S1 inferior a la segunda presión de umbral S2. Además, se inyecta combustible hacia los medios de utilización de este combustible (a nivel de la nariz de la inyección) a través de la válvula dosificadora que puede deslizar dentro de un casquillo bajo una presión de alimentación del combustible, definiendo un segundo caudal de fluido D2 que atraviesa las ranuras dosificadoras de combustible que definen secciones de paso variables practicadas a nivel de la válvula dosificadora, y que fluye hacia los medios de utilización a partir de una presión de alimentación predeterminada que define la segunda presión de umbral S2. El primer caudal D1 puede ser, por ejemplo, inferior al segundo caudal D2.

La figura 5 ilustra bien el efecto del orificio transversal 38 y del primer diafragma 40 sobre el dispositivo dosificador. Esta figura representa un gráfico que muestra la evolución de la histéresis para un dispositivo dosificador de acuerdo con la invención (curva 100) y para un dispositivo dosificador de la técnica anterior (curva 102). En la curva 100, se observa una ausencia de heterogeneidad para los caudales comprendidos entre X e Y litros por hora aproximadamente. Sin embargo, más allá de estos caudales, la heterogeneidad se mantiene aceptable hasta aproximadamente Z l/h. La adición del orificio transversal 38 y del primer diafragma 40 permite, por tanto, obtener una heterogeneidad satisfactoria en todo el intervalo de encendido de un motor de turbomáquina que comprende un dispositivo de este tipo utilizado como dispositivo dosificador de combustible.

La presente invención se ha descrito en su utilización a nivel de un inyector de combustible en una cámara de combustión de turbomáquina. Naturalmente, este dispositivo puede ser aplicado, de modo más general, a cualquier dispositivo dosificador que comprenda una válvula dosificadora que pueda deslizar dentro de un casquillo bajo una presión de alimentación de fluido con el fin de permitir la admisión de un fluido y después su eyección hacia medios de utilización de este fluido, comprendiendo la válvula, en una primera extremidad, una abertura que desemboca en un ánima longitudinal de admisión del fluido y, en una segunda extremidad, que forma fondo, una cabeza de válvula provista de ranuras dosificadoras de fluido que se abren en el ánima longitudinal y que definen secciones de paso variables hacia los medios de utilización del fluido. En un dispositivo de este tipo y de acuerdo con la invención, convendrá prever, a nivel de la cabeza de válvula, al menos, un orificio sensiblemente transversal dispuesto aguas abajo de las ranuras dosificadoras en el sentido de flujo del fluido, comunicando el orificio con el ánima longitudinal y definiendo, al menos, una sección de paso fija hacia los medios de utilización del fluido.

Claims (8)

1. Dispositivo dosificador (12) de fluido que comprende una válvula dosificadora (14) que puede deslizar dentro de un casquillo (26) bajo una presión de alimentación de fluido con el fin de permitir la admisión de un fluido y después su eyección hacia medios de utilización (24) de este fluido, comprendiendo la válvula, en una primera extremidad, una abertura (16) que desemboca en un ánima longitudinal (18) de admisión del fluido y, en una segunda extremidad, que forma fondo, una cabeza de válvula (20) provista de ranuras dosificadoras (22) de fluido que se abren hacia el ánima longitudinal y que definen secciones de paso variables hacia los citados medios de utilización del fluido, caracterizado porque la citada cabeza de válvula comprende, además, al menos, un orificio (38) sensiblemente transversal formado a través de la citada cabeza de válvula y dispuesto aguas abajo de las ranuras dosificadoras en el sentido de flujo del fluido, comunicando el citado orificio con el ánima longitudinal y definiendo, al menos, una sección de paso fija hacia los citados medios de utilización del fluido.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el orificio (38) de la cabeza de válvula (20) comunica con el ánima longitudinal (18) a través de un primer diafragma (40) que permite fijar en un valor determinado el caudal de fluido que atraviesa el citado orificio.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el primer diafragma (40) es un bol perforado montado ajustado en el fondo de la cabeza de válvula.

4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque constituye un dispositivo dosificador de combustible de un inyector de combustible para motor de turbomáquina.

5. Inyector (2) de combustible para motor de turbomáquina, que comprende un cuerpo de inyector (4) que tiene medios de admisión (8) de combustible a presión, caracterizado porque comprende, además, un dispositivo dosificador (12) de combustible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 montado en la citada cámara de combustión.

6. Inyector de combustible de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque comprende, además, un diafragma (42) interpuesto entre la válvula dosificadora (14) y los medios de utilización del combustible y que permite fijar en un valor determinado el caudal de combustible que atraviesa el citado diafragma.

7. Procedimiento de dosificación de fluido en el cual se inyecta un fluido hacia medios de utilización de este fluido a través de una válvula dosificadora (14) que puede deslizar dentro de un casquillo (26) bajo una presión de alimentación del fluido, un segundo caudal de fluido (D2) atraviesa ranuras dosificadoras (22) de fluido que definen secciones de paso variables practicadas a nivel de una cabeza de la citada válvula dosificadora y fluye hacia los citados medios de utilización a partir de una presión de alimentación predeterminada que define la segunda presión de umbral (S2), estando caracterizado el citado procedimiento porque se define un primer caudal (D1) de fluido que atraviesa un orificio fijo (38) sensiblemente transversal formado a través de la cabeza de la válvula dosificadora aguas abajo de las citadas ranuras dosificadoras y que fluye hacia los citados medios de utilización a partir de una presión de alimentación predeterminada que define una primera presión de umbral (S1) inferior a la citada segunda presión de umbral (S2).

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque se fija en un valor determinado, por un primer diafragma (40), el caudal de fluido que atraviesa el orificio transversal (38).