对燃料流量进行调节的涡轮机燃料供应系统的制作方法

本发明涉及涡轮机的燃料供应系统，在涡轮机的燃料供应泵的驱动出现故障然后超速运行的情况下，该燃料供应系统对燃料流量进行调节，以确保燃料流量适中。

背景技术

现有技术特别包括文献EP 0 694 120A1。

以飞行器涡轮机特别是飞行器涡轮喷气发动机作为非限制性示例，这些涡轮机装备了燃料调节系统。这些系统包括将燃料输送到燃烧腔室的容积式高压主泵。

可选择地，还可使用离心泵。然而，现在将描述的内容涉及正排量泵。

参考图1，示出了流量F作为涡轮机的电动机轴的旋转速度ω的函数而变化，燃料需求F1作为涡轮机的状态的函数而以非线性方式变化。

涡轮机的电动机轴的旋转速度ω在涡轮机点火时的最小值ωmin和起飞时的最大值ωmax之间变化。与巡航飞行相对应的状态介于这两个极限情况之间。

根据应用，关键点位于低速点火或高速起飞处。在图1中，该关键点位于点火水平处。

为了确保在所有飞行条件下都有足够的流量，泵的排量必须以泵的线性特征等于值K.Cyl1的方式进行选择。

参考值K是泵的速度与涡轮喷气发动机的轴速度之比，且在图1中该比值乘以泵的排量值。

该K.Cyl1值可能显著高于在某些飞行条件下所需的最小K.Cylmin值，甚至高于在起飞期间所需的K.Cyl2值。

根据该尺寸，泵提供的流量遵循图1中的流量/旋转速度图上的直线L1。因此，在驱动速度的大部分阶段期间，特别是在巡航飞行过程中，泵输送的流量高于所需的燃料流量，并因此输送过剩的燃料F2。

因此，液力机械单元必须根据要求，使多余的燃料F2经由再循环环路返回到泵。

这种运行模式导致从涡轮喷气飞机齿轮箱汲取过剩的动力，过剩的机械动力转化成热能，在再循环环路中耗散。

再循环环路是热排放的来源，对燃料/润滑油交换器的表面面积有影响，因此必须大幅减小。

特别地，在文献WO2018/138454中提出，通过以适应流量和压力方面的正确需求的方式来控制泵的速度，以消除这种再循环环路。该速度控制通常通过使用电机来实现。

参考图2，该文献公开了一种用于涡轮机的燃料供应系统，燃料供应系统包括燃料回路，燃料回路具有加压装置202，加压装置202布置在燃料供应管道中，燃料供应管道正好位于所述回路的出口3的上游，出口3设置有截止阀。

泵1布置成将燃料流输送到回路中，燃料流是泵1的轴的旋转速度的递增函数。系统在出口3处给涡轮机输送一定量的燃料。

泵1可由电动机6直接或间接地驱动，替代地，还可由两个电动机直接或间接地驱动，这两个电动机的转矩和速度由专用于每个电动机的变换器输送的电流的电功率和频率来控制，每个变换器由控制箱来控制。

回路包括布置在泵1的出口和加压装置202之间的燃料供应管道中的流量传感器201。

流量传感器201包括滑动抽取器211、返回装置206以及用于所述抽取器的位置的传感器212，有利地，该位置传感器是线性位移的被动感应式电传感器，由缩写LVDT表示，意思为“Linear Variable Differential Transformer(线性可变差动变压器)”。

抽取器211的位置由流量传感器201两侧的压力差控制，压力差成形为补偿由返回装置206施加在所述抽取器211上的力，回路布置成使得所述抽取器211的位置指示行进穿过流量传感器201的注射燃料流量。

提供了从燃料箱8向泵1供给燃料的装置7，有利地，向第二泵供给燃料，第二泵是低压泵。液力机械群组被限定为包括：流量传感器201及其专用元件206、211、212、加压装置202及其截止阀、控制伺服阀204以及再循环阀203。燃料供给系统还连接到可变几何形状致动器10。为此，有利地，燃料回路包括位于泵1的出口管上的接入部，以向可变几何形状致动器10供应控制环路，且燃料回路包括过滤系统205，给可变几何形状10和所有控制回路的供应行进穿过过滤系统205。接入部布置在泵1和液力机械单元的流量传感器201之间。燃料再循环环路5将使用过的燃料以及可变几何形状10的冷却流从这些可变几何形状10返回到泵1。

伺服阀204控制加压装置202和再循环阀203。仍然需要加压装置202，以确保用于可变几何形状10的正确运行的最小压力，以及确保注射流的切断。

当控制再循环阀203的伺服阀204激活该切断时，由泵1(有利地是容积泵)输送的流必须被排出，以不增加回路中的压力。

因此，增加再循环阀203以确保在泵的旋转速度降低所花费的时间内进行这种再循环。这种再循环将只存在于停止阶段期间或准备点火期间。

在点火时，泵将以最小旋转速度来驱动。一些流将行进穿过流量传感器201，并通过再循环阀203进行再循环。

然后对泵1的旋转速度进行调整以达到正确的设定点火流量。随后伺服阀204被激活，这将导致与加压装置202相关联的截止阀打开，再循环阀203关闭，并因此使得能够注射点火流。

最后，在由于泵的速度控制出现故障导致超速的情况下，再循环阀203将提供保护。

在与可变几何形状10相关的流量需求的情况下，在给定旋转速度下，流量传感器201将倾向于关闭，迫使驱动组件加速以保持所要求的正确的注射流量。

因此，基于流量传感器的位置，监控环路使得能够对任何运行点都有合适的泵速度，无论可变几何形状是否活跃。

在这种系统中，泵的旋转速度要适应于需要，且不再需要建立燃料再循环环路，因此可取消在之前的现有技术中提供的调节阀。

因此，例如可想象一种解决方案：电动机以希望的速度直接驱动泵。在这种情况下，电动机控制可能出现故障，导致给泵施加最大速度，对于其他形式的泵驱动，也可能出现这种情况。在这种情况下，如果没有特定的系统，则注射的流量会过高从而导致超速。

如上文所述，流量是旋转速度的反映。如果泵的电动机控制出现故障，导致泵的轴的旋转速度过高甚至最大，则无法控制计量的流量且必须关闭计量的流量。

关于控制的故障率，希望在泵驱动出现故障的情况下有合适的设备来确保正确的运行。

因此，本发明的问题在于在涡轮机的燃料供应系统中，燃料供应系统包括泵，泵布置成通过泵的轴以受控制的速度进行旋转而将燃料流输送到系统中，以便即使在出现故障，使得泵的轴以过快且不希望的速度进行旋转的情况下，准确地对系统的输出处的燃料量进行计量。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于涡轮机的燃料供应系统，该燃料供应系统包括：燃料回路，燃料回路包括位于所述回路的出口处的加压装置；泵，泵布置成将燃料流量输送到所述回路中，燃料流量是泵的轴的旋转速度的递增函数，回路包括流量传感器，流量传感器布置在泵的出口和加压装置之间的燃料供应管道中，流量传感器包括滑动抽取器、返回装置以及用于所述抽取器的位置的传感器，所述抽取器的位置由流量传感器的端子处的压力差控制，压力差成形为补偿由返回装置施加在所述抽取器上的力，回路布置成使得所述抽取器的位置指示行进穿过流量传感器的注射燃料流量，其特征在于，燃料回路包括用于对泵和流量传感器之间的通道横截面进行调节的设备，且该设备由控制装置进行激活，泵的轴与记录轴的旋转速度的检测装置相关联，如果这些检测装置记录的旋转速度超过可变的预定阈值，则调节设备构造成被激活以减少和计量输送到流量传感器的注射燃料流量。

不作为限制，用于调节泵和流量传感器之间的通道横截面的设备可以是双级伺服阀、单级伺服阀或者抽取器和衬套组件。可变的预定阈值是高于轴的设定旋转速度的阈值，具体取决于要喷射的燃料流量。该阈值取决于涡轮机的运行条件。

本发明的目的是：当与对应于希望的燃料流量的速度相比，泵的轴超速旋转时，因此在泵的驱动出现故障而导致泵的轴超速旋转期间，避免多余的燃料流量被输送到供应系统的出口。

这使得能够通过现有技术中所提出的实时供应系统来完成燃料流量的调节，然而，在导致泵的轴超速的这种故障期间，现有技术不起作用。

在正常的运行过程中，当泵的轴以与希望注射的燃料流量相对应的速度旋转时，没有电流被输送到调节设备。因此调节设备不起作用，使得没有燃料流量穿过调节设备，或者使得调节设备没有通过改变通道横截面来在燃料供应管道中产生压降。

一旦记录到泵的轴超速，调节设备就被激活，且可使输送到回路的流量传感器的注射燃料流量减少。

在检测到导致泵的轴的不希望的最大旋转速度的故障的情况下，要给调节设备供应。

因此，根据输送到调节设备的电流和调节设备的增益，能够控制穿过调节设备的流，该流从泵送的流中减去，或者能够使穿过调节设备的通道横截面改变。

因此，虽然泵的速度很高，但是能够继续以与正常运行时相同的精度水平来对注射燃料流量进行计量。因此，导致泵的轴超速的故障情况得到了很好的处理，而没有影响系统的正常运行。

有利地，供应系统包括监控单元，监控单元确定要从泵注射到流量传感器的设定流量且集成了用于控制调节设备的装置，可变的预定阈值是设定流量的函数，用于控制调节设备的装置对通向流量传感器的燃料流量进行调节，以获得根据设定流量注射到流量传感器的流量。

在本发明的第一实施例中，调节设备布置在流量传感器的旁路、通向燃料供应管道的第一旁路中，调节设备在被激活时被供应有从输送到流量传感器的注射流量中减去的燃料流量。

在正常的运行过程中，根据流量传感器的希望的位置，通过控制泵的速度(该泵为正排量泵)来对流量传感器的入口处的压力进行调整。控制调节设备完全关闭，使得通向流量传感器的燃料流量不会减少。

当检测到泵的轴不希望地超速旋转时，打开调节设备，并获取从离开泵、朝向流量传感器的流量中减去的流。有利地，调节设备的打开是可调节的，使得减去的流的量可多可少。

有利地，减去的燃料流量通过第一再循环环路返回到泵，第一再循环环路将调节设备连接到泵。

在本发明的第二实施例中，调节设备布置成在供应管道中与流量传感器串联，调节设备一旦激活就在供应管道中产生压降，从而减少输送到流量传感器的注射燃料流量，泵是高压离心泵。

因此，通过调节设备在流量传感器的上游产生通道横截面的变化，以调节离心泵下游的回路的通过率。有利地，使通道横截面变窄的调节设备的关闭是可调节的，使得通向流量传感器的流量的重要性可大可小。

在正常的运行过程中，根据流量传感器的希望的位置，通过控制离心泵的速度来对流量传感器的入口处的压力进行调整。控制调节设备处于完全打开，以使通道的变窄最小化。

有利地，燃料回路包括控制环路，控制环路旨在对涡轮机的可变几何形状进行操作，所述控制环路通过使布置在第一旁路上游的第二旁路或调节设备在泵的出口处接入到供应管道上来开始，燃料的第二再循环环路从可变几何形状返回到泵。

当可变几何形状被致动时，流量传感器和(如果适用的话)位于可变几何形状的第二旁路之后的调节设备经历了流量降低，这可能需要驱动设备的控制装置增加泵的速度以增大流量来供应注射腔室，并保持供应管道中的压力，为此目的，控制装置与加压阀合作。

在这种情况下，在本发明的第一实施例中通过使调节设备的打开减小或者在本发明的第二实施例中通过使调节设备的打开增大，能够使得泵的轴的速度不再对应于超速，且可减小由调节设备影响的减去的流量或通道限制。

有利地，调节设备是双级伺服阀或者与换向阀相关联。

有利地，如果检测装置检测的旋转速度低于预定阈值，则调节设备不被激活，且减去的流量为零，或者输送到流量传感器的流量减少为零。

有利地，再循环阀布置在流量传感器和加压装置之间的旁路中，并连接到第三再循环环路，辅助调节设备基本上对加压装置和再循环阀进行控制，第一再循环环路、第二再循环环路以及第三再循环环路在泵的入口处接合。

本发明还涉及一种包括这种供应系统的涡轮机。

最后，本发明涉及一种对从燃料泵到流量传感器的注射燃料流量进行调节的方法，流量传感器布置在飞行器中的这种涡轮机的燃料供应系统的燃料供应管道中，方法执行用于对泵的轴的旋转速度进行控制的定律，当流量传感器指示的流量减小或增大时，定律相应地使该速度增大或减小，使得在回路的出口处的流量和压力遵循适应于飞行器的飞行条件的设定值，其特征在于，当检测到泵的轴的旋转速度表示轴的驱动出现故障且相对于预定可变设定阈值过高时，使从泵输送到流量传感器的注射燃料流量减小。

在最接近的现有技术中公开的方法使得能够精确且快速地对具有受控的燃料回路的供应系统进行调节，该供应系统的泵根据要求被驱动。

然而，很明显，在泵的轴的旋转超速的情况下，驱动装置的故障率可使根据现有技术的这种方法的使用存在问题。

因此，需要实施如下解决方案：在根据要求使用燃料回路不存在问题的情况下，使得能够消除这种阻塞故障情况，以尽可能减少回路消耗的能量。

在正常的运行过程中根据控制定律来维持对轴的旋转速度进行调节处理的同时，通过采用这种燃料供应系统和这种调节方法，本发明正是要使得以上解决方案能够实现。

通过避开不利的故障情况，消除了根据现有技术所要求的燃料系统的使用的主要障碍，而不会在其他情况下使得控制系统的性能劣化。

附图说明

通过以下详细描述和附图，本发明的其他特征、目的和优点将变得显而易见，附图作为非限制性的示例给出且在附图中：

[图1]图1示出了速度和流量图，该速度和流量图示出了燃料泵供应的流量和飞行器中的涡轮机的燃料供应系统的要求之间的差异，

[图2]图2是根据现有技术的用于涡轮机的燃料供应系统的示意性表示，

[图3]图3是根据本发明的第一实施例的涡轮机的燃料供应系统的示意性表示，

[图4]图4是根据本发明的第二实施例的涡轮机的燃料供应系统的示意性表示。

应当注意，附图作为示例给出，并不是对本发明的限制。附图构成原理的示意性表示，旨在促进理解本发明，而不一定按照实际应用的比例绘制。特别地，所示出的各种元件的尺寸并不表示真实尺寸。

具体实施方式

在下文中，结合所有的附图特别是图2至图4来进行参照。在参照一个或多个特定附图的情况下，这些附图应当与其他附图结合以识别指定的附图标记。

主要参照示出了用于涡轮机的燃料供应系统的两个实施例的图3和图4，但是还参照之前关于图2所述的涉及根据现有技术的供应系统的、图2至图4的系统所共有的元件的描述，本发明涉及用于涡轮机的燃料供应系统。

该系统包括：燃料回路，燃料回路包括位于所述回路的出口3处的加压装置202；泵1，泵1布置成将燃料流量输送到所述回路中，燃料流量是泵1的轴的旋转速度的递增函数。

该系统的回路包括流量传感器201，流量传感器201布置在泵1的出口和加压装置202之间的燃料供应管道14中。流量传感器201包括滑动抽取器211、返回装置206以及所述抽取器211的位置传感器212。

所述抽取器211的位置由流量传感器201两侧的压力差控制，压力差成形为补偿由返回装置206施加在所述抽取器211上的力。

回路布置成使得所述抽取器211的位置指示行进穿过流量传感器201的注射燃料流量。

所有这些特征是根据现有技术的系统和根据本发明的实施例的系统共有的。

当泵的轴以不希望的高速度进行旋转且与要注射到流量传感器201的燃料的设定点不一致(这是由泵1及其驱动设备6的故障造成的)时，为了防止泵1将不希望的多余燃料输送到系统中，燃料回路包括用于调节的设备3a、3b：该设备用于调节泵1和流量传感器201之间的通道横截面并由控制装置激活。

在图3和图4中，附图标记3a示出了可以是伺服阀的调节设备，附图标记3b示出了可以是第二伺服阀级或抽取器/锁定组件的致动器。这对于本发明的目的而言不是限制性的。泵1的轴与记录轴的旋转速度的检测装置相关联。如果或一旦这些检测装置检测到旋转速度超过可变的预定阈值，则激活调节设备3a、3b，以减少输送到流量传感器201的注射燃料流量。

可变的预定阈值可以是要穿过燃料回路输送到流量传感器201的设定燃料流量的函数。该设定流量取决于涡轮机的旋转速度和运行条件，例如涡轮机的启动、加速或减速。

因此，供应系统可包括监控单元(图中未示出)，监控单元包括用于确定要从泵1注射到流量传感器201的设定流量的装置且集成了用于控制调节设备3a、3b的装置。

可根据由流量传感器201的抽取器的位置传感器212给出的流量指示来对调节设备3a、3b进行控制。该设定流量取决于涡轮机的旋转速度和运行条件，例如涡轮机的启动、加速或减速。

监控单元可包括微处理器，微处理器具有用于存储可变的预定阈值的装置，并通过集成在涡轮机的监控单元中来连接到涡轮机的该监控单元。

用于控制调节设备3a、3b的装置可调节通向流量传感器201的燃料流量，以获得作为设定流量的函数的、注射到流量传感器201中的流量。

现在将描述本发明的两个实施例。这些实施例不是对本发明的限制。

如图3所示，在本发明的第一实施例中，调节设备3a、3b可布置在流量传感器201的旁路、第一旁路12中，或者将旁路12引导到燃料供应管道14。

在该可选构造中，调节设备3a、3b一旦激活就可被供应有从供应给流量传感器201的注射流量中减去的燃料流量，减去的燃料流量行进穿过旁路导管12。

减去的燃料流量可通过第一再循环环路4在调节设备3a、3b的出口处返回到泵1，第一再循环环路4将调节设备3a、3b连接到泵1。

如图4所示，在本发明的第二实施例中，调节设备3a、3b可布置成在燃料供应管道14中与流量传感器201串联。

在该可选构造中，调节设备3a、3b一旦激活就可使燃料供应管道14中的通道变窄，从而减少输送到流量传感器201的注射燃料流量。

有利地，在该第二实施例中，泵1是高压离心泵。

在驱动组件出现故障的情况下，驱动组件达到不希望的最大速度或超速，离心泵1将在流量传感器201的上游产生太大的压力，这将使注射流量的控制定律不起作用。

对该故障的检测将导致调节设备3a、3b或者单级伺服阀组件或双级伺服阀组件3a、3b与换向阀一起产生朝向流量传感器201的流量变化。

通过调节离心泵1下游和流量传感器201上游的回路的通过率，即使在这种类型的故障期间，也因此始终保证对燃料回路的调节能使用。

至少有两种类型的泵1可以在本发明的环境中使用，即正排量泵1，例如齿轮泵1，或者离心泵1。

对于任何类型的泵1，都能够在泵1和燃料箱8之间插入低压泵7。

虽然未在附图中示出，但是正排量泵1可由涡轮机的附件齿轮箱的出口轴进行驱动，该出口轴又由涡轮机的主体的轴进行驱动。

驱动设备通常可安装在附件中继齿轮箱的轴和泵1之间，以匹配这两个设备之间的旋转状态，并确定在上文关于图1提到的泵1的速度与涡轮机的电动机轴的旋转速度ω之间的比率K。

在驱动设备中可使用周转减速齿轮，周转减速齿轮包括围绕齿轮的轴线旋转的中心行星齿轮、与中心行星齿轮啮合并由行星架承载的行星齿轮，行星架布置成可围绕齿轮的轴线旋转。

周转齿轮还可包括外部环形齿轮，行星齿轮还与外部环形齿轮啮合，环形齿轮布置成可围绕齿轮的轴线旋转。

调节设备3a、3b可以是单级伺服阀、双级伺服阀或者与换向阀相关联的单级伺服阀。根据泵是正排量泵还是离心泵，伺服阀在回路中的位置可能不同。

在检测装置记录的旋转速度低于预定阈值的情况下(这与泵1的驱动未出故障相对应)，调节设备3a、3b不被激活。

在这种情况下，根据第一实施例减去的流量为零，或者根据第二实施例输送到流量传感器201的流量减少为零。

在本发明的两个实施例中，燃料回路可包括控制环路13、5，控制环路13、5旨在对涡轮机的可变几何形状10进行操作。控制环路13、5可通过使布置在调节设备3a、3b上游的第二旁路13在泵1的出口处接入到供应管道14上来开始。然后，第二燃料再循环环路5可从可变几何形状10返回到泵1。

类似于根据现有技术的系统，在本发明中，再循环阀203可布置在流量传感器201和加压装置202之间的旁路中，并连接到第三再循环环路4a。

第一再循环环路4、第二再循环环路5以及第三再循环环路4a可以在泵1的入口处接合。

应该注意，可实现其他形式的返回到泵1，且附图中所示的形式是纯说明性的，而不是限制性的。例如，环路可能是公用的或者返回到燃料回路的其他位置。辅助调节设备204(例如呈伺服阀的形式且不同于上述调节设备)基本上可对加压装置202和再循环阀203进行控制。虽然这不是限制性的，但是第四再循环环路11还可从辅助调节设备204开始并通过与泵1上游的第一再循环环路4、第二再循环环路5以及第三再循环环路4a进行接合来开通到泵1中。

加压装置202确保了用于可变几何形状10的正确运行的最小压力以及注射流量的切断。

再循环阀203确保了由泵1输送的流被排出，使得当辅助调节设备204激活该切断时，回路中的压力不会上升。

然而，仅在泵1的旋转速度减小的关闭阶段期间或准备点火期间，才存在该再循环。

本发明还涉及一种包括这种供给系统的涡轮机。

最后，本发明涉及一种对注射燃料流量进行调节的方法，该注射燃料流量从燃料泵1到流量传感器201、然后在该系统的出口3处到达涡轮机，流量传感器201布置在飞行器中的这种涡轮机的燃料供应系统的燃料供应管道14中。

该方法实现用于控制泵1的轴的旋转速度的定律，当传感器指示的流量减小或增大时，该定律相应地使该速度增大或减小，使得在回路的出口处的流量和压力遵循适应于飞行器的飞行条件的设定值。这些控制定律可以在燃料系统的监控单元中实现。

根据本发明，当检测到泵1的轴的旋转速度相对于系统的监控单元根据控制定律发送的当前设定值明显过高时，减少从泵1输送到流量传感器201的注射燃料流量。

通过减去穿过调节设备3a、3b的流量或者通过在调节设备3a、3b的作用下使供应管道14中的通道变窄来实现这种流量减少，因此调节设备可作为伺服阀集成在供应管道14中。

本发明绝不限制于所描述和所示出的实施例，这些实施例仅作为示例给出。