CN106662016B - 用于涡轮机的不具有容积式泵的可变几何体流体供给回路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于给涡轮机供给流体的供给系统(10)，所述供给系统(10)包括低压泵送单元(101)，所述低压泵送单元用于增大朝向下游回路(50，60)流动的流体的压力。根据本发明，所述下游回路(50，60)在入口节点(E)处划分为供给喷射系统(62)的回路(60)和可变几何体供给回路(50)，所述入口节点位于所述低压泵送单元(101)与高压容积式泵(102)之间。供给所述喷射系统的回路(60)包括高压容积式泵(102)。可变几何体供给回路(50)构造成将流体朝向可变几何体(54)从入口节点(E)输送至出口节点(S)，所述出口节点将所述可变几何体供给回路(50)连接至上游回路(100)，所述出口节点位于所述低压泵送单元的两个泵(101a，111a)之间。
Description
技术领域
本发明总体涉及用于给涡轮机供给流体、尤其是供给润滑剂或供给燃料的系统的技术领域。更准确地，本发明涉及一种用于给涡轮机的燃烧室和可变几何体涡轮机供给流体的系统。
背景技术
图1示出根据现有技术的已知设计的用于给涡轮机1供给燃料的系统10。供给系统1包括低压泵11，低压泵构造成增大朝向水阻104流动的燃料的压力。低压泵11具体是离心泵。低压泵11的下游的流体随后在高压容积式泵102的方向上流动。
高压容积式泵102用于以恒定流量给可变几何体54供给回路50和燃烧室2的燃料供给回路60供给流体。
可变几何体54供给回路50设计成将燃料从将可变几何体54供给回路50与燃烧室2的燃料供给回路分开的入口节点E传输至位于低压泵11与高压容积式泵102之间的出口节点C。该可变几何体54供给回路50用于给可变几何体54供给可变的液力动力。
燃烧室2的燃料供给回路60包括用于对燃料进行计量的装置64，该对燃料进行计量的装置构造成调节通过供给管道68并用于燃烧室2的喷射系统62的燃料的流量。为此，对燃料进行计量的装置64用于允许过多量的燃料通过流体再循环环路610从位于入口节点E的下游的第一节点A流动至出口节点C。
然而，在流体再循环环路610中流通的过多流体在供给系统10中产生大量的热量消散。更通常地，消散于图1的供给系统10中的热能是高的。这导致包括供给系统10的涡轮机1的总体性能的下降。
发明内容
本发明旨在至少部分地解决现有技术的方案中遇到的问题。
在这方面，本发明的目的在于具有一种给涡轮机供给流体的供给系统，所述供给系统包括上游回路和连接至所述上游回路的下游回路，
所述上游回路包括低压泵送单元，所述低压泵送单元用于增大朝向所述下游回路流动的流体的压力并且所述低压泵送单元包括第一离心泵，
所述下游回路在入口节点处划分为供给用于燃烧室的喷射系统的回路、和构造成将流体输送至可变几何体的另一供给回路，其中，所述喷射系统的供给回路包括高压容积式泵。
根据本发明，所述低压泵送单元缺少容积式泵并且包括与所述第一离心泵串联的至少一个其他离心泵，
所述入口节点位于所述低压泵送单元与所述高压容积式泵之间，以及
所述可变几何体供给回路在出口节点处连接至所述上游回路，所述出口节点位于所述低压泵送单元的两个泵之间。
上游回路中的流体的压力的增量用于供给可变几何体供给回路和喷射系统的供给回路，而喷射系统的流体的流量和可变几何体的液力压力的需求通过用于借助流体调节供给的架构单独处理。具体地，可变几何体不由高压容积式泵供给流体。于是减小了消散于供给系统中的总的热能。
多个离心泵用于进一步增大流动通过这些泵的流体的压力，同时仍限制妨碍和低压泵送单元的热能的消散。由低压泵送单元供给的动力的增量尤其大大地小于引起的由容积式泵供给的动力的下降。
供给系统中的流体具体是润滑剂，通常是油或燃料。
可选地，本发明可以包括或不包括单独的或组合在一起的以下特征中的一个或若干个。
根据有利的实施例，出口节点位于低压泵送单元的第二离心泵与第一离心泵之间。
优选地，低压泵送单元由串联的多个离心泵构成。优选地，低压泵送单元包括三个、四个或五个离心泵。
根据实施例的特殊性特征，高压泵是构造成由涡轮机变速箱机械驱动的容积式齿轮泵。
优选地，变速箱传输由涡轮机的高压轴传输的力矩，以机械地驱动高压容积式泵。高压容积式泵具体位于也称为“辅助变速箱”或“AGB”的辅助继电器箱的内部。高压容积式泵则根据可靠且成熟的技术，其需要有限的力以用于开发和认证。
当高压泵是容积式齿轮泵时，优选地，喷射系统的供给回路包括用于对流体进行计量的装置和喷射系统，其中，对流体进行计量的装置构造成调节喷射系统的方向上的和/或流体的再循环环路的方向上的流量，流体的再循环环路构造成输送高压泵的上游的流体。
流体的再循环环路具体构造成将来自计量装置的流体输送至位于低压泵送单元与高压泵之间的移除节点。移除节点例如将喷射系统的供给回路连接至上游回路。
移除节点定位成尽可能地靠近高压容积式泵的入口，以限制消散于流体的再循环环路中的热能。然而，移除节点通常位于包括例如过滤器和/或流量计的水阻的上游。
优选地，供给系统在低压泵送单元与高压泵之间包括水阻，其中，水阻包括以下元件中的至少一个：交换器、过滤器、截止阀或流量计。
根据实施例的另一特殊性特征，所述高压容积式泵是由用于调节所述涡轮机的电子系统控制的电动泵。
此外，使用电动容积式泵使得能够限制质量、妨碍和消散于供给系统中的动力。更准确地，由电动容积式泵供给的相对低的动力使得无需增加涡轮机大量动力电子设备而能够控制电动容积式泵。此外，再循环环路和计量装置可以被供给系统抑制。最后，能够调节由电动容积式泵输送的流量，以限制与过多量的流体在供给系统中的循环关联的热损耗。
更优选地，电动容积式泵由全权限电子控制模块经由电子控制模块控制。全权限电子控制模块、电子控制模块和电动容积式泵则提供在燃烧室的方向上流动的流体的流量的控制。
在该构型中，更优选地，喷射系统的供给回路缺少构造成调节喷射系统的方向上的流量的流体计量装置。
根据另一有利实施例，可变几何体供给回路缺少容积式泵。
有利地，上游回路缺少容积式泵。
根据实施例的另一特殊性特征，可变几何体供给回路包括可变几何体(géométries variables)的至少一个液力致动器。
有利地，可变几何体供给回路包括含有一个或若干个离心泵的补充的泵送组。优选地，补充的泵送组由一个或若干个离心泵构成。
替代性地，可变几何体供给回路缺少泵。在该情况下，供给每个可变几何体的流体的压力最后由低压泵送单元产生。
本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括诸如上文限定的供给流体的供给系统。
本发明还涉及一种涡轮机，该涡轮机包括差动变速箱，所述差动变速箱构造成驱动至少一个螺旋桨旋转并且用于由诸如上文限定的供给系统供给润滑剂。在该情况下，涡轮机是例如具有以“开式转子”名称公知的非管道式对转螺旋桨组的涡轮机。
附图说明
参照附图，当阅读以信息而非限制目的给出的实施方式的描述时，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1是根据现有技术的已知设计的用于给航空器涡轮机供给燃料的系统的局部图解示意图；
-图2是根据本发明的第一实施例的用于给涡轮机供给流体的系统的局部图解示意图；
-图3是根据本发明的第二实施例的用于给涡轮机供给流体的系统的局部图解示意图；
-图4是根据本发明的第三实施例的用于给涡轮机供给流体的系统的局部图解示意图。
具体实施方式
各附图的相同、类似或等同的部件具有相同的附图标记，以利于从一个附图转换至另一附图。
图2示出用于给航空器涡轮机1供给流体的系统10。在描述的实施例中，流体是燃料。然而，当涡轮机1包括构造成驱动至少一个螺旋桨旋转的差动变速箱(未示出)时，流体还可以是润滑剂，通常为油。
涡轮机1包括供给系统10、一个或若干可变几何体54和燃烧室2。这些可变几何体54是涡轮机1的需要摄取液力动力以便运行的设备。可变几何体54可以是各种类型，例如，汽缸、伺服阀、可调节压缩机放气阀、瞬态压缩机放气阀、和/或用于在低压涡轮或高压涡轮的转子叶片的顶部处控制游隙的系统控制空气流量的阀。
燃烧室2由与对应的燃料喷射系统62配合的多个燃料喷射器供给燃料。
供给系统10包括上游回路100和下游回路50、60。下游回路50、60连接至上游回路100并且位于上游回路100的下游。术语“上游”和“下游”参照供给系统10中的流体在燃烧室2的方向上的总体流动方向而限定。
上游回路100包括低压泵送单元101，该低压泵送单元增大朝向下游回路50、60流动的燃料的压力。低压泵送单元101增大燃料的压力，以限制/防止高压泵102内部的空穴现象的风险，该高压泵按照发动机转速输送恒定流量的燃料。
上游回路100可以包括如图1中示出的水阻104，该水阻位于低压泵送单元101与下游回路50、60之间或位于低压泵送单元101的两级之间。术语“水阻”用于在该文献中通过类推电学领域而限定，由供给系统的元件的入口与出口之间的流体压差在流动通过该元件的流体的流量上之间的关系产生的量级。通过转喻并仍通过类推电学领域，术语“水阻”还用于指示供给系统的由该量级表征的元件。上游回路100的水阻104包括例如交换器、燃料过滤器、截止阀和/或流量计。
下游回路50、60包括用于燃烧室2的喷射系统62的供给回路60、和可变几何体供给回路50。可变几何体供给回路50和喷射系统62的供给回路60在位于低压泵送单元101的下游处的入口节点E的级(niveau)处分开。
可变几何体供给单元50构造成将穿过可变几何体54的流体从入口节点E输送至出口节点S，该出口节点将可变几何体供给回路50连接至上游回路100。
图2至图4示出的供给系统10可以与图1的供给系统的区别主要在于：上游回路100缺少高压容积式泵，低压泵送单元101由多个离心泵110a、111a、111b构成，下游回路50、60包括高压容积式泵102。
可以在图2至图4中看到，相对于图1的低压离心泵11，低压泵送单元101还增大高压泵102的方向上的流体的压力。图2的高压容积式泵102则供给更加如此低的流体的压力的增量。这导致供给系统10的热损耗的总体减少。
高压泵送单元102从上游回路100移位至喷射系统62的供给回路60使得能够减小由容积式泵102供给的燃料的流量。这还减小了供给系统10的总体的热损耗。可变几何体供给回路50缺少容积式泵。
图2至图4的低压泵送单元101包括多个离心泵101a、111a、111b。这样，应注意的是，仅通过较大容量的低压泵11替换图1的低压泵11仍不完全令人满意。实际上，离心泵的终端处的压差与泵的半径的平方成比例。尤其是，离心泵的能量转换效率与该泵的半径的立方成比例。通过构造成进一步增大流过该泵的流体的压力的离心低压泵替换图1的低压泵11，因此不会产生供给系统10的总体热平衡方面的显著优点。
图2至图4的供给系统10的出口节点S位于低压泵送单元101的两个泵101a、111a之间，以保持补充的泵送组51的下游与出口节点S之间的足够压差并且仍限制供给系统10中的热能的消散。图2和图3的供给系统10尤其构造成使得在供给系统10的运行期间，这些附图的供给系统的补充的泵送组51的下游与出口节点S之间的压差大致与图1中的压差相同。
更准确地并且参照图2至图4的实施例，低压泵送单元101由串联安装的三个离心泵101a、111a、111b构成。出口节点S位于包括离心泵的上游泵送单元101a与包括两个离心泵111a、111b的下游泵送单元110之间。
总体上，上游泵送单元101a可以包括若干离心泵，下游泵送单元110的离心泵的数目可以根据涡轮机1的液力动力和流体流量的需要变化。同样，低压泵送单元101的泵不必相同。
此外，相对于图1的供给系统10，由图2至图4的低压泵送单元101供给的压力的增量更加如此有利，使得这些供给系统10的可变几何体供给回路50的液力压力的需要大致与图1的供给系统的那些可变几何体相同。
在图2和图3的实施例中，高压泵102是构造成由涡轮机1的变速箱机械驱动的容积式齿轮泵。移除节点B位于低压泵送单元101与高压容积式泵102之间。
高压容积式泵102按照发动机转速输送恒定流量的燃料。不管与涡轮机1的飞行的相关的阶段如何，高压容积式泵102的出口处的燃料的流量以已知方式大于供给喷射系统62所需要的流量。具体地，由高压容积式泵102供给的恒定的流量按照涡轮机1的最约束运行速度所需要的流量确定，该流量即例如用于低速的流量。因此，存在于再循环环路610中流通的流体的流量，这产生热损耗。该再循环环路610位于入口节点E的下游处的第一节点A与位于低压泵送单元101的下游处的移除节点B之间。
喷射系统的供给回路60包括放气阀和燃料计量装置，放气阀和燃料计量装置由单元64表示并且调节喷射系统62的方向上的流量。放气阀和燃料计量装置64设计成将喷射系统62的供给回路60中的过多燃料通过燃料再循环环路610重新导向至上游回路100。
图2的可变几何体供给回路50可以与图3的可变几何体供给回路的区别在于其包括补充的泵送组51。补充的泵送组51使得能够抑制压力的源于容积式泵102在上游回路100的抑制的任何下降，并且这不会通过低压泵送单元101的多个离心泵101a、111a、111b被完全抵消。
补充的泵送组51使得能够例如在致动器液压缸的移位的期间响应可变几何体54的流量的一次性大量需求。
补充的泵送组51包括一个或若干离心泵、或除容积式泵的其他类型的泵。在图2的实施例中，补充的泵送组101由离心泵构成。
特别参照图4，喷射系统的供给回路60包括诸如为燃料过滤器的水阻69、和喷射系统的位于水阻69与喷射系统62之间的供给管道68。
容积式泵102是电动的，这使得能够抑制燃料计量装置64，该燃料计量装置控制燃烧室2的方向上的流量。燃料的再循环环路610也消失。这获得供给系统10的质量的增加、以及由再循环环路610中的燃料的再循环产生的热损耗的抑制。
由高压容积式泵102供给的动力的减小使得无需求助大量的动力电子设备而能够控制电动容积式泵102。求助高压电动容积式泵102而不是由涡轮机变速箱驱动旋转的更常规的容积式齿轮泵，因此在质量、妨碍物、和消散于供给系统10的热能方面提供了优势。
电动容积式泵102由涡轮机的全权限电子控制模块120经由电子控制模块122控制，全权限电子控制模块以“FADEC”或“全权限数字发动机控制”名称公知。常规地，电子控制模块120包括发动机控制单元，该发动机控制单元具有两个对称且冗余的通道且具有全权限。该发动机控制单元用于考虑许多参数以便控制由高压容积式泵102输送的流量，诸如为：例如，航空器的飞行员的控制、涡轮机1的高压体的转速、和由流量计67测量的喷射系统62的方向上的流量的测量。
当然，在不离开本发明的公开内容的范围的情况下可以由本领域技术人员对刚描述的本发明进行各种修改。
Claims (13)
1.用于给涡轮机供给流体的供给系统(10)，其中，所述供给系统(10)包括上游回路(100)和连接至所述上游回路(100)的下游回路(50，60)，
所述上游回路(100)包括低压泵送单元(101)，所述低压泵送单元用于增大朝向下游回路(50，60)流动的流体的压力并且所述低压泵送单元包括第一离心泵(101a)，
所述下游回路(50，60)在入口节点(E)处划分为用于燃烧室(2)的喷射系统的供给回路(60)和构造成将流体输送至可变几何体(54)的可变几何体供给回路(50)，其中，所述喷射系统的供给回路(60)包括高压容积式泵(102)，
其特征在于，所述低压泵送单元(101)缺少容积式泵并且包括与所述第一离心泵(101a)串联的至少一个其他离心泵(111a，111b)，
所述入口节点(E)位于所述低压泵送单元(101)与所述高压容积式泵(102)之间，以及
所述可变几何体供给回路(50)在出口节点(S)处连接至所述上游回路(100)，所述出口节点位于所述低压泵送单元(101)的两个泵(101a，111a)之间。
2.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述出口节点(S)位于所述低压泵送单元(101)的第二离心泵(111a)与所述第一离心泵(101a)之间。
3.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述低压泵送单元(101)由串联的三个、四个或五个离心泵(101a，111a，111b)构成。
4.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述高压容积式泵(102)是构造成由涡轮机变速箱(1)机械驱动的齿轮泵。
5.根据权利要求4所述的供给系统(10)，其中，所述喷射系统的供给回路(60)包括流体计量装置(64)和喷射系统(62)，其中，所述流体计量装置(64)构造成调节所述喷射系统(62)的方向上和/或流体再循环环路(610)的方向上的流动，所述流体再循环环路构造成输送所述高压泵(102)的上游的流体。
6.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述高压容积式泵(102)是由用于调节所述涡轮机的电子系统控制的电动泵。
7.根据权利要求6所述的供给系统(10)，其中，所述高压电动容积式泵(102)由全权限电子控制模块(120)经由电子控制模块(122)控制。
8.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述可变几何体供给回路(50)缺少容积式泵。
9.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述上游回路(100)缺少容积式泵。
10.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述可变几何体供给回路(50)包括可变几何体的至少一个液力致动器(54)。
11.根据权利要求1所述的供给系统(10)，其中，所述可变几何体供给回路(50)包括含有至少一个离心泵的补充的泵送组(51)。
12.涡轮机(1)，包括根据权利要求1所述的供给流体的供给系统(10)。
13.根据前一项权利要求所述的涡轮机(1)，包括差动变速箱，所述差动变速箱构造成驱动至少一个螺旋桨旋转并且用于由根据权利要求1所述的供给系统(10)供给润滑剂。
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