專利名稱：具有兩種流量規(guī)律的調(diào)節(jié)器進(jìn)給控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及渦輪機(jī)中的燃料噴射系統(tǒng)，更具體地涉及帶有水力噴嘴/擋板(flap)控制的力-平衡裝置型的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
圖9示意性地顯示了適用于渦輪機(jī)中的燃料噴射系統(tǒng)的上述類型的常規(guī)流體力學(xué)調(diào)節(jié)器。它圍繞燃料進(jìn)給單元10布置，燃料進(jìn)給單元的入口管12a連接到高壓泵14，出口管12b連接到用于渦輪機(jī)的燃燒室16的多個燃料噴射器，必須從高壓泵流入噴射器的燃料流由力平衡裝置(或轉(zhuǎn)速平衡裝置20)控制。
可繞穿過密封隔板的樞轉(zhuǎn)銷22移動的平衡裝置常規(guī)上包括具有兩個臂24、26的梁，在穩(wěn)態(tài)情況下該梁在施加到其上的三個力的作用下處于平衡狀態(tài)(見圖10)。第一力F1(圖中向下作用)由燃料進(jìn)給單元的桿18通過壓簧型的第一彈性構(gòu)件28施加到該梁的第一臂24上距離樞轉(zhuǎn)銷Lf的固定點上；與第一力相對的第二力F2由噴嘴30施加在距離樞轉(zhuǎn)銷Ln的固定點處，該噴嘴向第一杠桿臂(形成檔板)噴射加壓燃料射流。第三力F3(在圖中也是向下的)施加到該梁的第二臂26上距離樞轉(zhuǎn)銷Lb的固定點處。后一個的向下的力由風(fēng)箱32上的壓力差βP3-P1產(chǎn)生，其中P3為渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)(未示出)的輸出側(cè)上的壓力，β為多重因子，其取決于渦輪機(jī)的運(yùn)行速度并由控制裝置指定以實現(xiàn)防止渦輪機(jī)的低壓壓縮機(jī)失速的“加速推進(jìn)”規(guī)律(law)，P1為該低壓壓縮機(jī)的輸入側(cè)上的壓力。用于保護(hù)風(fēng)箱32的閥34完成該調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，其當(dāng)然也具有用于高壓水力進(jìn)給HP和低壓水力進(jìn)給LP的入口和出口。
如果記下施加到平衡裝置20的梁上的力的平衡，就會發(fā)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)器作為壓力差βP3-P1的函數(shù)簡單地控制燃料進(jìn)給單元的開口位置，該位置為壓力差βP3-P1的線性函數(shù)。具體地，可以看出該位置Xf由下面的公式給出Xf＝A(βP3-P1)+B (1)A和B都為常數(shù)。
因此，對于給定的渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)加速規(guī)律，其在所示的例子中提供具體特征，該例子由作為βP3-P1的函數(shù)的噴射燃料流量的曲線圖中的簡單的幾何等式(例如線性規(guī)律50或拋物線規(guī)律52)所表達(dá)，如圖11所示，以及對應(yīng)于線性進(jìn)給流量規(guī)律54或拋物線進(jìn)給流量規(guī)律56，如圖12所示。
但是，這種簡單結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)器在僅有一個加速規(guī)律的情況下才有可能。這是因為如果想要應(yīng)用兩種不同的加速規(guī)律，諸如圖11所示的那些，很明顯代表相應(yīng)進(jìn)給流量規(guī)律的兩條曲線在x軸上重疊(見圖12)，這使得不可能為進(jìn)給單元產(chǎn)生單個開口，并且因此必需使用兩個燃料進(jìn)給單元。在重量和成本方面、可靠性或進(jìn)給的精確度上，這會導(dǎo)致很多缺點。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其消除上述缺點并因此允許僅使用單個燃料進(jìn)給單元時存在兩種不同的加速規(guī)律。本發(fā)明的另一目的是確保在兩種加速規(guī)律間切換且沒有燃料過渡進(jìn)給或進(jìn)給不足的危險。
這些目的是通過用于控制通過燃料進(jìn)給單元噴射入渦輪機(jī)的燃料流的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)的，該調(diào)節(jié)器包括具有由兩個臂構(gòu)成的梁的轉(zhuǎn)速平衡裝置，該梁可以在通過燃料進(jìn)給單元的驅(qū)動桿經(jīng)第一彈性構(gòu)件施加的至少第一力的作用下繞樞轉(zhuǎn)銷移動，其特征在于，它還包括與控制活塞相聯(lián)的桿，用于通過第二彈性構(gòu)件對平衡裝置的所述梁施加與所述第一力相反的力，以使燃料進(jìn)給單元在從第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律轉(zhuǎn)變到第二發(fā)動機(jī)加速規(guī)律期間進(jìn)一步打開。
因此，采用這種結(jié)構(gòu)，從一個發(fā)動機(jī)加速規(guī)律轉(zhuǎn)變到另一個發(fā)動機(jī)加速規(guī)律漸進(jìn)地發(fā)生且燃料流動不會有任何突變，并且僅使用單個進(jìn)給單元。
優(yōu)選地，所述第一力施加到第一杠桿臂上距離所述樞轉(zhuǎn)銷Lf的固定點上，所述相反的力施加到所述第一杠桿臂上距離所述樞轉(zhuǎn)銷Lc的另一固定點上。
有利地，驅(qū)動活塞的所述桿進(jìn)一步連接到用于在所述第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律和所述第二發(fā)動機(jī)加速規(guī)律之間切換的開/關(guān)氣動閥，并且在其一側(cè)連接到參考壓力P0，在其另一側(cè)通過氣嘴S0和S1連接到渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)的輸出側(cè)上的壓力P3。
對于給定的發(fā)動機(jī)加速規(guī)律，所述壓力P0對應(yīng)于高壓壓縮機(jī)的入口側(cè)上的壓力或大氣壓力。優(yōu)選地，所述氣嘴中的一個是可調(diào)節(jié)的，以允許調(diào)節(jié)所述第二加速規(guī)律。
本發(fā)明還涉及用在前述流體力學(xué)調(diào)節(jié)器中的燃料進(jìn)給單元以及包括該調(diào)節(jié)器的渦輪機(jī)。因此，該進(jìn)給單元包括單個進(jìn)給開口，該開口確保從第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律轉(zhuǎn)到第二發(fā)動機(jī)加速規(guī)律時噴射入渦輪機(jī)的燃料流的連續(xù)變化。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點將從下面結(jié)合附圖以非限制性例子給出的描述中變得更加明顯，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明處于第一位置中、對應(yīng)于第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明處于第二位置中、對應(yīng)于第二發(fā)動機(jī)加速規(guī)律的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器的示意圖；圖3顯示圖1和圖2的調(diào)節(jié)器中力的平衡；圖4和圖6為顯示渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)兩種不同運(yùn)行狀態(tài)的不同發(fā)動機(jī)加速規(guī)律的兩個例子的曲線；圖5和圖7分別是顯示圖4和圖6的兩種發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)給單元流量的變化規(guī)律的兩個例子的曲線；圖8顯示作為圖1和圖2的調(diào)節(jié)器內(nèi)的計量單元的位置的函數(shù)的進(jìn)給開口的截面積變化；
圖9是現(xiàn)有技術(shù)的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器的示意圖；圖10顯示圖9的調(diào)節(jié)器內(nèi)的力的平衡；圖11是顯示渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)的兩種不同運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)動機(jī)加速規(guī)律的兩個例子的曲線；和圖12是顯示圖11的兩種發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)給單元流量規(guī)律的兩個例子的曲線。
具體實施例方式
圖1和圖2示意性地顯示了適于用在渦輪機(jī)中的根據(jù)本發(fā)明的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器用于通過改變?nèi)剂线M(jìn)給單元的進(jìn)給嘴的截面積調(diào)節(jié)噴射入渦輪機(jī)的燃料流。該改變的目的是服從與渦輪機(jī)加速的燃料需求對應(yīng)的兩種運(yùn)行規(guī)律并允許在這兩種規(guī)律間切換。第一規(guī)律對應(yīng)于起動狀態(tài)，第二規(guī)律對應(yīng)于從空轉(zhuǎn)到油門全開的運(yùn)行狀態(tài)，這取決于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制杠桿的位置。
圖1顯示了處于第一位置中的調(diào)節(jié)器，該第一位置對應(yīng)于遵循第一加速規(guī)律(β＝1)的渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)規(guī)律的運(yùn)行狀態(tài)；圖2顯示了處于第二位置中的相同的調(diào)節(jié)器，該第二位置對應(yīng)于遵循第二加速規(guī)律(β＝0.5)的渦輪機(jī)發(fā)動機(jī)規(guī)律的運(yùn)行狀態(tài)。
和現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)中一樣，也有高壓燃料泵14，其從燃料箱(未示出)抽取燃料以將它通過燃料進(jìn)給單元10送到渦輪機(jī)的燃燒室16的噴射器。進(jìn)給嘴的截面積由進(jìn)給單元的桿18的位移改變，該桿由力平衡裝置20通過壓簧28驅(qū)動，該力平衡裝置20可繞它的樞轉(zhuǎn)銷22移動并包括具有兩個臂24、26的梁。
如圖3所示，該梁受到如下幾個力由進(jìn)給單元的桿18通過第一彈性構(gòu)件28施加在第一杠桿臂24上距離樞轉(zhuǎn)銷Lf的固定點上的向下的力F1；由噴嘴30施加在距離樞轉(zhuǎn)銷Ln的固定點上的向上的力F2，該噴嘴向著該第一杠桿臂噴射加壓燃料射流；以及第二臂26上距離樞轉(zhuǎn)銷Lb的固定點上的向下的力F3，該力由風(fēng)箱32上的壓力差βP3-P1產(chǎn)生。和以前一樣，用于保護(hù)風(fēng)箱32的安全閥34完成了該調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，其當(dāng)然也包括用于高壓進(jìn)給和低壓進(jìn)給的入口和出口。
但是，根據(jù)本發(fā)明，力平衡裝置20的梁還受到額外的向上的力F4，該力由與控制活塞38相聯(lián)的桿36通過壓簧型的第二彈性構(gòu)件40施加到第一杠桿臂24上距離樞轉(zhuǎn)銷Lc(其小于所示例子中的距離Lf)的固定點上，該第二彈性構(gòu)件40的剛度為Kc，且靜止?fàn)顟B(tài)下的力為Fc0。在汽缸42中滑動了行程Xc的活塞由進(jìn)給該汽缸的入口42A的控制壓力Pc驅(qū)動，該汽缸的出口42B連接到高壓進(jìn)給HP。施加該控制壓力以及因此導(dǎo)致的相應(yīng)的力F4到平衡裝置20的杠桿的結(jié)果是強(qiáng)加了進(jìn)給單元10的額外的位移(沿打開方向)，其效果是確保了在從第一加速規(guī)律轉(zhuǎn)變到第二加速規(guī)律期間作為其位置的函數(shù)進(jìn)給單元所噴射的燃料流的連續(xù)性，如下面結(jié)合圖4至8所作說明。
此外，桿36連接到形成兩個位置切換的氣動開/關(guān)閥44。在“閉合”位置(如圖1所示)，風(fēng)箱32的入口與參考壓力P0隔離，并因此直接連接到壓力P3；在“打開”位置(如圖2所示)，風(fēng)箱32的入口通過由兩個嘴，即安裝在壓力為P0的進(jìn)給管路中的排氣嘴S0和安裝在壓力為P3的進(jìn)給管路中的吸入嘴S1形成的氣動分壓器連接到壓力P0和壓力P3。由于壓力P0優(yōu)選地與高壓壓縮機(jī)的輸入側(cè)上的壓力或大氣壓力對應(yīng)，并且由于氣嘴S0和S1相同，比率β的值可以為1和0.5，分別對應(yīng)于兩種想要的加速規(guī)律。只要嘴S0中的流動為聲速(當(dāng)βP3/P0＞1.89時可獲得)，則該比率為常數(shù)。優(yōu)選地，為了精確調(diào)節(jié)第二加速規(guī)律，氣嘴中的一個(優(yōu)選地，排氣嘴S0)是可調(diào)節(jié)的(例如通過固定螺釘)。
因此，采用這種特殊的結(jié)構(gòu)，β的值以及切換力F4的值由一個以及同一個流體力學(xué)構(gòu)件控制，因而確保了在從一個加速規(guī)律轉(zhuǎn)變到另一個加速規(guī)律的過程中的同步。
起初，可以從杠桿的平衡方程確定新的進(jìn)給單元位置XfF3Lb＝F1Lf-F2Ln-F4Lc其中F3＝Sbellow(βP3-P1)并且F1＝XfKf+Ff0，Sbellow為風(fēng)箱32的截面積，Kf和Ff0分別為彈簧28的剛度和靜止?fàn)顟B(tài)下的力。
因此Xf＝[(SbellowLb)/(KfLf)](βP3-P1)+(F2Ln-Ff0Lf)/(KfLf)+(F4Lc)/(KfLf)(2)即，與方程(1)相比，沒有F4Xf＝A(βP3-P1)+B+δXf其中，δXf＝(F4Lc)/(KfLf)對應(yīng)于進(jìn)給單元由于控制力F4的作用產(chǎn)生的額外的位移。
下面將結(jié)合圖4到圖8解釋根據(jù)本發(fā)明的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器的運(yùn)行，圖4到圖8顯示了發(fā)動機(jī)的兩個極端運(yùn)行點的發(fā)動機(jī)加速規(guī)律的變化，其中第一極端運(yùn)行點對應(yīng)于最大高度和最小馬赫數(shù)，第二極端運(yùn)行點對應(yīng)于最小高度和最大馬赫數(shù)。在這些曲線圖中，可以看出進(jìn)給流量Wf在兩種發(fā)動機(jī)加速規(guī)律之間漸進(jìn)地變化且沒有過度進(jìn)給或進(jìn)給不足的情況，因此，根據(jù)本發(fā)明，該調(diào)節(jié)器允許在使用單個進(jìn)給單元的情況下發(fā)動機(jī)加速規(guī)律漸進(jìn)并連續(xù)地變化。
圖4和圖6每個都顯示了兩條曲線，一條曲線50對應(yīng)于線性加速規(guī)律(再點火與空轉(zhuǎn)之間的過渡運(yùn)行狀態(tài))，另一條曲線52對應(yīng)于拋物線加速規(guī)律(空轉(zhuǎn)與油門全開之間的運(yùn)行狀態(tài))。這兩條曲線重疊，并且第一加速規(guī)律的最大流量小于第二加速規(guī)律的最小流量。圖4是圖6所示的兩種加速規(guī)律的重疊區(qū)域的放大圖。圖5和圖7每個都顯示進(jìn)給流量變化的規(guī)律，換言之，作為進(jìn)給單元的位置Xf的函數(shù)的所噴射燃料的流量Wf的變化?？梢钥闯?，在過渡狀態(tài)下當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行點從第一加速規(guī)律上的點A切換到第二加速規(guī)律上的點B(圖4)時，進(jìn)給單元的位移在進(jìn)給單元流量曲線58上連續(xù)地從點A′移動到點B′(圖5)。同樣，當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)行點從第一加速規(guī)律上的點C切換到第二加速規(guī)律上的點D(圖6)時，進(jìn)給單元的位移從點C′連續(xù)地移動到點D′(圖7)。
進(jìn)給單元10的單個進(jìn)給槽(或開口)的截面積在圖8(為了更清晰，圖沒有按比例畫出)中示出。它具有由兩種前述加速規(guī)律所確定的形狀并作為Xf的函數(shù)線性變化。矩形槽部分60對應(yīng)于線性加速規(guī)律(再點火與空轉(zhuǎn)之間的過渡運(yùn)行狀態(tài))，三角形槽部分62對應(yīng)于拋物線加速規(guī)律(空轉(zhuǎn)與由門全開之間的運(yùn)行狀態(tài))，可以通過優(yōu)選地與進(jìn)給單元平行設(shè)置的嘴來調(diào)節(jié)初始流量。
總之，由于通過使用單個進(jìn)給系統(tǒng)來提供兩種流量規(guī)律，實現(xiàn)了減重并節(jié)省了空間，所以本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特別有利。此外，僅使用單個獨立系統(tǒng)而不使用兩個系統(tǒng)增加了可靠性并減少了可能的故障次數(shù)。另外，這種單個進(jìn)給系統(tǒng)允許從一個規(guī)律切換到另一個規(guī)律，且在轉(zhuǎn)變過程中沒有燃料流突變的任何風(fēng)險，因此不存在發(fā)動機(jī)過速或燃燒中斷的問題。
權(quán)利要求
1.一種流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其用于通過燃料進(jìn)給單元(10)控制噴射入渦輪機(jī)的燃料流，包括具有由兩個臂(24，26)構(gòu)成的梁的轉(zhuǎn)速平衡裝置(20)，該梁在通過燃料進(jìn)給單元的驅(qū)動桿(18)經(jīng)第一彈性構(gòu)件(28)施加的至少第一力(F1)的作用下可以繞樞轉(zhuǎn)銷(22)移動，其特征在于，該調(diào)節(jié)器還包括與控制活塞(38)相聯(lián)的桿(36)，其用于通過第二彈性構(gòu)件(40)對平衡裝置的所述梁施加與所述第一力相反的力(F4)，以使得燃料進(jìn)給單元在從第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律轉(zhuǎn)變到第二發(fā)動機(jī)加速規(guī)律的過程中進(jìn)一步打開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述第一力施加在第一杠桿臂(24)上離所述樞轉(zhuǎn)銷距離Lf的固定點處，并且所述相反的力施加在第一杠桿臂(24)上離所述樞轉(zhuǎn)銷距離Lc的另一固定點處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其特征在于，驅(qū)動活塞的所述桿進(jìn)一步連接到用于在所述第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律與所述第二加速規(guī)律之間切換的開/關(guān)氣動閥(44)，并且在其一側(cè)連接到參考壓力P0，在其另一側(cè)通過氣嘴S0和S1連接到渦輪機(jī)的高壓壓縮機(jī)的輸出側(cè)上的壓力P3。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述壓力P0對應(yīng)于高壓壓縮機(jī)的入口側(cè)上的壓力或大氣壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述氣嘴中的一個是可調(diào)節(jié)的，以允許調(diào)節(jié)所述第二加速規(guī)律。
6.一種燃料進(jìn)給單元，其用于根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料進(jìn)給單元，其特征在于，該燃料進(jìn)給單元包括單個進(jìn)給開口(60，62)，其確保從第一發(fā)動機(jī)加速規(guī)律轉(zhuǎn)變到第二發(fā)動機(jī)加速規(guī)律時噴射入渦輪機(jī)的燃料流的連續(xù)變化。
8.一種渦輪機(jī)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的流體力學(xué)調(diào)節(jié)器。
全文摘要
一種流體力學(xué)調(diào)節(jié)器，其用于通過燃料進(jìn)給單元(10)控制噴射入渦輪機(jī)的燃料流，包括具有由兩個臂(24，26)構(gòu)成的梁的轉(zhuǎn)速平衡裝置(20)，該梁在通過燃料進(jìn)給單元的驅(qū)動桿(18)經(jīng)第一彈性構(gòu)件(28)施加的至少第一力(F
文檔編號F02C7/22GK1740538SQ20051008857
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月4日
發(fā)明者西爾萬·普瓦圖 申請人:伊斯帕諾-敘扎公司