專利名稱：除水系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及從燃料箱除水的方法和設備。
背景技術：
US4809934描述了一種用于在機上處理航空器燃料箱中的水的系 統。水被抽入噴射泵并散布在燃料箱中以供航空器發動機消耗。 US4809934的結構的一個問題在于，只有在燃料箱為空時才能完全除水。 而且，散布在燃料箱中的水在低溫下可能在燃料箱中產生"雪花"或導 致結冰。同時，提供了僅一個燃料泵，所以在該泵出現故障的情況下沒 有冗余。
發明內容
本發明的第一方面提供了一種燃料注入及除水系統，該系統包括-第一燃料泵和第二燃料泵，該第一燃料泵和第二燃料泵各構成為從相 同的燃料箱中收集燃料并將向發動機中注入該燃料；以及除水線路，其 將燃料箱中的進水口聯接到所述第一泵，其中，所述第一泵構成為以
比所述第二泵更高的速率向所述發動機注入燃料，除非所述第一泵發生 故障。
本發明的第二方面提供了一種利用第一方面的系統從燃料箱中去除
水的方法，所述方法包括以下步驟利用所述除水線路將水供給至所述 第一泵；利用所述第一泵以比所述第二泵更高的速率向所述發動機注入 燃料；以及在所述第一泵發生故障時，利用所述第二泵以比所述第一泵 更高的速率向所述發動機注入燃料。
在第一泵發生故障的情況下，第二泵提供了冗余性的部件。將第一 泵構成為以比第二泵更高的速率向發動機注入燃料，這確保了第二泵不會干擾第一泵的除水功能。
可以采用各種技術來確保第一泵以比第二泵更高的速率向發動機注 入燃料。在一個實施方式中，第一燃料泵還包括帶有在第一壓力下關閉 的閥門的再循環出口 ，并且第二燃料泵還包括帶有在比第一壓力低的第 二壓力下關閉的閥門的再循環出口。在另一個實施方式中，泵具有彼此 并聯聯接的各自的輸出線路，并且第一燃料泵的出口壓力比所述第二燃 料泵的出口壓力高。可以設想到用于實現相似結果的其他技術。
水可以通過電泵噴射到第一泵中。然而，這將帶來要將電源線布置 到燃料箱中的問題。因此，優選借助噴射泵將水噴射到第一泵中。使用 噴射泵(代替電泵)意味著不需要額外的電力、以及附隨的線纜、控制 和安全方面的考慮。
噴射泵可以設置在將燃料入口聯接到第一泵的泵輸入線路中，或者 噴射泵可以設置在再循環線路中，再循環線路將燃料從第一泵的出口再 循環至第一泵的入口。在前者的情況下，水的流速與泵輸入線路中燃料 的流速成比例，因此泵輸入線路中的水的濃度保持相對恒定，而與燃料 流速無關。在一些情況下可以優選后者，這是因為在泵輸入線路中不需 要收縮部，并且在泵輸入線路中不需要額外的構造。
噴射泵可以包括文丘里收縮部，除水線路的出口位于該文丘里收縮 部附近。可選地，噴射泵可以包括吸入管。
第一燃料泵可以包括再循環輸出部以及再循環線路，再循環線路將 再循環出口聯接到第一泵的入口。再循環輸出部可用于使泵"降速率
(de-rate)"，再循環輸出部并未通至燃料箱，而是利用再循環線路使流動 聯接回泵入口。這確保噴射到泵中的水不會重新散布到燃料箱中。如上 所述，再循環輸出部還可以用于為噴射泵提供動力。
本發明第一和第二方面的方法和系統可以用于航空器燃料箱中，或 者任何其他類型的傾向于收集水的燃料箱。
在航空器的起飛和爬升期間，燃料速率相對較高，因此在飛行的這 些階段可以更快地從燃料箱中去除水。因此，優選所述除水線路構成為 從一個或更多個進水口收集水，燃料箱具有位于箱的底部的區域，在起
5飛或爬升期間水蓄積在該區域中，并且進水口中的至少一個進水口位于 該區域的附近以在起飛或爬升期間收集水。
本發明的第三方面提供了一種安裝在航空器的燃料箱中的除水系 統，該除水系統構成為從一個或更多個進水口收集水，并將水供給至 所述航空器的發動機，所述燃料箱具有位于所述箱的底部的第一區域， 在起飛或爬升期間水蓄積在該第一區域中，其中，所述進水口中的至少 一個進水口位于所述第一區域的附近以在起飛或爬升期間收集水。
本發明的第四方面提供了一種從航空器的燃料箱中去除水的方法， 該方法包括在起飛或爬升期間從位于所述燃料箱的底部的蓄積部收集 水，并將所述水供給至航空器的發動機。
優選地，燃料箱具有位于箱底部的第二區域，當航空器處于地面上 時水蓄積在第二區域中，并且所述系統沒有鄰近該第二區域的進水口。
典型地，第一區域相對于所述航空器的行進方向，朝所述燃料箱的 后側偏移。
現在參照附圖描述本發明的實施方式，附圖中 圖1表示航空器；
圖2表示航空器的燃料系統的一部分； 圖3是除水泵的詳細圖4表示在除水泵上沒有再循環線路的可選燃料系統的一部分； 圖5表示圖4的燃料箱和除水泵的詳細圖； 圖6表示吸入管的變型；以及
圖7是表示另一可選燃料系統的一部分的平面圖。
具體實施例方式
參照圖l,航空器1包括載有一對機翼的機身2，左機翼標為3。每 個機翼載有發動機，在圖1中左側發動機標為4。發動機包括高壓燃料泵 (未示出)，高壓燃料泵要求最小入口壓力，通常達到5-10 psig (磅力/平方英寸，表壓pound-force per square inch gauge)。
各個發動機的燃料儲存在中央箱和一個或更多個機翼箱中。在以下 圖2-7給出的示例中，僅描述了單個機翼箱，但實際上還存在另外的機翼 箱。
圖2是表示中央箱10和用于左側機翼3的機翼箱11的示意圖。
中央箱10具有電驅動的燃料泵12，電驅動的燃料泵12具有從箱10 收集燃料的輸入線路13、以及結合有止回閥以防止回流入泵的出口 14, 出口 14串聯聯接到通向發動機4的燃料線路15。
機翼箱11包括一對結構類似(而且也與燃料泵12類似)的電驅動 的燃料泵20、 21，因此等同的部件使用相同的參照標記。各個燃料泵20、 21包括用于從箱收集燃料的輸入線路22、 31、以及結合有止回闊以防止 回流入泵的主出口 23。主出口 23串聯聯接到輸出線路24。多條輸出線 路24又彼此并聯地聯接到燃料線路15，并且輸出線路24與中央箱10中 的泵12并聯。各個泵20、 21還具有再循環出口 25，再循環出口 25與主 出口和止回閥23并聯地聯接到入口線路22、 31。再循環出口25通向減 壓閥26，當燃料壓力超過24psig時減壓閥26打開。閥26包括與閥座接 合的彈簧加載部件，并且在壓力超過24psig時克服彈力而打開。從而可 通過調節彈簧的壓縮程度來調節閥打幵的壓力點。隸屬于第二泵20的閥 26通向燃料箱，而隸屬于第一(除水)泵21的閥26通向再循環線路30， 再循環線路30用于使流動再循環回輸入線路31 。
所述箱按如下順序工作。
1. 中央箱僅僅在飛行超過約2小時的情況下使用。因為從機翼箱提 供所有燃料，所以在不用時該箱為空，并且泵12未接通。
2. 當在起飛之前發動機啟動時，中央箱泵12和機翼箱泵20、 21工 作。來自中央箱泵12的燃料供給壓力約為40psig，該壓力使得減壓閥26 自動完全打開以對機翼箱泵20、 21進行"降速率(de-mte)"。也就是說， 在中央箱泵工作時，減壓閥26打開，來自中央箱的流動優先于來自機翼 箱的流動，因為機翼泵20、 21僅僅使燃料再循環。止回閥23防止任何 來自中央箱的高壓燃料流入機翼箱中。3.在起飛時，中央箱泵12被切斷，第一泵21上的減壓閥26響應 于壓力降低而自動關閉，并且從機翼箱提供所有燃料。為了冗余性而在 機翼箱中設置兩個泵20、 21。也就是說，如果一個泵發生故障，那么另 一泵獨自能夠以在起飛和爬升期間所需的速率注入燃料。在起飛后的短 時間內，中央箱泵12接通，第一泵上的減壓閥26再次打開以允許機翼 箱中完全再循環，使得發動機全部由中央箱供給。當中央箱為空時，燃 料線路15中的壓力下降，使得減壓閥26再次自動關閉。因而繼續從機 翼箱提供燃料，并且中央箱泵12再次切斷。
再循環泵20、 21的問題在于，供入泵中的任何水都將被霧化并重新 散布到箱ll中，從而在高空遇到低溫時在箱中產生"雪花"或導致結冰。 一旦航空器處于巡航高度，外部溫度就很低并且箱溫度在約30分鐘內將 冷卻至水的凝固點以下。在水凝固后直到航空器解凍都無法從箱中去除 水。
圖2所示的除水線路30從機翼箱11的儲槽中收集水，并將水噴射 到泵21的輸入線路31中。再循環管30防止這些水再循環到機翼箱11 中，并且防止可能導致上面描述的"雪花"或結冰問題。
在圖3中更具體地示出了除水系統。輸入線路31具有燃料入口 36 (結合有過濾器)和包括文丘里管33的噴射泵，燃料入口 36位于燃料 箱的箱體內，文丘里管33圍繞泵輸入線路的周邊延伸。文丘里管33位 于Y型連接匯合部34的上游，再循環線路30與入口線路31在Y型連 接匯合部34處連通。除水線路32具有位于燃料箱的儲槽中的進水口 35、 以及位于文丘里管33的喉部的出口孔。文丘里管33的喉部的低壓將水 從進水口 35吸入到泵輸入線路31中，并將其噴射到主流中。通過在燃 料入口 36的下游的匯合部(即，文丘里管33的喉部中的出口)將水噴 射到泵輸入線路31中，從而系統可以確保將水直接輸送到泵21。
使用文丘里管的效果在于，確保以與通過泵輸入線路的燃料流成比 例的速率進行送水。將文丘里管33設計成只在起飛和爬升期間以高速 流吸入足量的水。因此水的濃度被自動限制在發動機可接受的水平。
再循環線路30防止任何吸入的水散布回箱11中。因為匯合部34位于文丘里管33的下游，因此再循環線路30還將通過文丘里管33的流限 制到離開機翼箱的泵流中。在起飛和爬升期間，這主要是發動機流。
圖3所示的除水系統是完全自動的并且通過入口線路31中的燃料的 液壓作用來提供動力。因此，對于除水系統而言，不需要通向燃料箱的 供電線路或數據線。
圖3的系統的缺點是
與第二泵20的性能相比，第一泵21的性能可能降低。
與泵20上的順序閥26的性能相比，泵21上的順序閥26的性能 可能降低。
再循環線路30可能具有使其不便于安裝的尺寸和復雜度。 圖4 6所示的燃料系統解決了這些問題。圖4 6所示的燃料系統 與圖2所示的燃料系統類似，并且對類似的特征給予相同的參照標記。 在圖4 6的系統中，省略了再循環線路30，并且第一泵21上的順序閥 26'將燃料再循環至箱中(與第二泵20上的順序閥26類似)。如圖5所示， 除水系統擁有一對除水線路32a、 32b，除水線路32a、 32b并排地位于噴 射泵文丘里管33的喉部兩側。
水趨向于在機翼箱底部43的最低區域蓄積，該區域根據航空器的方 位不同而改變。當航空器位于地面上時，最低區域是圖6中42所指的區 域。在圖6的示例中，機翼箱的底部是彎曲的，因此區域42接近機翼箱 的中央。在起飛時航空器向上傾斜很陡的角度，因此水的蓄積部移動到 圖6中41所指的不同區域上，該區域41相對于航空器的行進方向，朝 水箱的后側偏移。在爬升期間中，該角度變得不那么陡，從而蓄積部移 動到區域40，該區域40仍然相對于航空器的行進方向朝機翼箱的后側偏 移，但比區域41的偏移程度小。除水線路32a的入口 35a位于區域40 附近，而除水線路32b的入口35b則位于區域41附近。這確保在順序閥 26，關閉時，只在起飛和爬升期間抽取(pickup)水。當航空器位于地面 上時，順序閥26，打開(由于中央箱泵正在輸送較高壓燃料)，但沒有水 將被抽取并被再循環到箱中。這是因為在航空器位于地面上時水趨向 于聚集的區域42附近，沒有鄰近區域42的清除入口。隸屬于除水泵21的順序閥26，的壓力設置被設定為高于泵20上的順 序閥26的壓力設置。這就確保了在起飛和爬升期間只有泵21將輸送燃 料，除非該泵發生故障，而在該泵發生故障時泵20將接管。圖2的系統 中的順序閥26也具有這樣的差壓設置。
由于在起飛和爬升期間僅從除水泵21輸送燃料，因此輸送至發動機 的水量被最大化。這是因為，由泵21抽取的流量的絕大部分(在70% 95%之間)將被輸送至發動機，而只有一小部分(在5% 30%之間)將 被再循環至箱中。相反，如果在起飛和爬升期間順序閥26、 26'都打開， 則由泵21抽取的流量中的一小部分(在35% 46%之間)會被輸送至發 動機，而其余部分(在54% 65%之間)會再循環到箱中。
在圖6中示出了除水線路與泵輸入線路之間的噴射泵接口的變型。 在該情形下，泵輸入線路31的壁平行(即，不存在文丘里管)，并且除 水線路32a、 32b插入到吸入管50內，吸入管50穿過泵輸入線路31的 壁并向流動方向彎曲90。。吸入管50在線路31中產生收縮部，從而致 使在管50的出口壓力下降。在文丘里效應的作用下，該下降后的壓力將 水從吸入管50抽入到線路31的中央部。
中央箱10可以具有US4809934中所描述的類型的除水系統(未圖 示)，或者具有以上參照圖4 6 (但不具有再循環出口)而描述的類型的 除水系統。
圖7所示的燃料系統與圖2和圖4所示的燃料系統類似，因此對類 似的特征賦予相同的參照標號。注意，圖7是航空器的X方向(即，行 進方向)垂直指向下方的俯視圖，而圖6是X方向(未圖示)水平指向 左方的側視圖。
在圖7中示出了中央箱10的燃料清除系統。該燃料清除系統包括一 組3個連接至噴射泵61的清除入口。噴射泵61的動力流由線路60提供， 線路60從燃料線路15分支出來，并將燃料供給回輸入線路13。
源自泵20、 21的輸出線路24在匯合部68處彼此并聯地聯接，順著 主燃料線路，匯合部68在匯合部69的上游。
在圖7中，64指示出了航空器位于地面上時的最低區域。在起飛和
10爬升時航空器以很陡的角度向上傾斜，因此水的蓄積部移回到不同區域
65，該區域65相對于航空器的行進方向X，朝水箱11的后側偏移。這 確保了在順序閥26'關閉時，只在起飛和爬升期間抽取水。當航空器位于 地面上時，順序閥26，打開，但沒有水將被抽取并且被再循環到箱中。這 是因為在航空器位于地面上時水趨向于聚集的區域64附近，沒有清除 入口。
與圖2和圖4中噴射泵形成在泵輸入線路31中的結構相反，使用了 獨立噴射泵70，該噴射泵70的動力流由用于將燃料再循環回輸入線路 31中的再循環線路66提供。這意味著在燃料輸入線路31中不需要任何 構造。
再循環線路66的出口 74位于燃料入口 72上游的燃料箱中，但是與 燃料入口 72充分接近(并且朝向燃料入口 72)，使得來自再循環線路66 的絕大部分流量都能夠被燃料入口 72抽取。可選地，再循環線路66的 輸出部可以位于燃料入口 72下游的輸入線路31內。
線路73將來自泵20、 21 二者的燃料都供給至外部的機翼箱，以為 另外的燃料清除線路(未圖示)提供動力流。
在泵20、 21二者都發生故障時，重力供給線路74通過重力作用向 發動機供給燃料。
在上述實施方式中，泵20、 21相同并具有相同的出口壓力。第一泵 21配置成為通過將第一泵21的順序閥設定為具有更高的壓力，而以比 第二泵20更高的速率向發動機注入燃料。在本發明的其他的實施方式中， 可以完全省略順序閥26、 26，，并且在此情況下第一泵21是比第二泵20 具有更高出口壓力的更大的泵。這種出口壓力的不同與將順序閥設定為 不同二者的效果類似，即可以確保只有很少的燃料或者沒有燃料由第 二泵20供給發動機，除非第一泵21發生故障。
盡管以上已經參照一個或更多個優選實施方式描述了本發明，但應 理解，在不脫離所附權利要求書限定的本發明范圍的情況下可進行各種 改變或修改。
ii
權利要求
1、一種燃料注入及除水系統，該系統包括第一燃料泵和第二燃料泵，該第一燃料泵和第二燃料泵各構成為從相同的燃料箱中收集燃料并向發動機注入燃料；以及除水線路，其將所述燃料箱中的進水口聯接到所述第一泵，其中，所述第一泵構成為以比所述第二泵更高的速率向所述發動機注入燃料，除非所述第一泵發生故障。
2、 根據權利要求1所述的系統，該系統還包括將燃料入口聯接到所 述第一泵的泵輸入線路，其中，所述除水線路經由位于所述燃料入口下 游的匯合部將所述進水口聯接到所述泵輸入線路。
3、 根據權利要求2所述的系統，其中，所述泵輸入線路具有收縮部， 并且所述匯合部位于該收縮部的附近，從而所述泵輸入線路中的燃料的 液壓作用通過文丘里效應將水從所述除水抽入所述泵輸入線路中。
4、 根據權利要求3所述的系統，其中，所述匯合部包括位于所述泵 輸入線路的所述收縮部中的開口 。
5、 根據權利要求3或4所述的系統，其中，所述泵輸入線路中的所 述收縮部圍繞所述泵輸入線路的周邊延伸。
6、 根據權利要求2至權利要求5中任意一項所述的系統，其中，所 述除水線路穿過所述泵輸入線路的壁。
7、 根據權利要求1所述的系統，所述系統還包括將燃料入口聯接到 所述第一泵的泵入口的泵輸入線路，其中，所述除水線路具有位于所述 燃料箱中的出口 ，該出口鄰近所述燃料入口并朝向所述燃料入口 。
8、 根據前述權利要求中任意一項所述的系統，其中，所述第一燃料 泵還包括再循環出口，并且所述系統還包括再循環線路，該再循環線路 將所述再循環出口聯接到所述泵入口 。
9、 根據前述權利要求中任意一項所述的系統，其中，所述第一燃料 泵還包括帶有在第一壓力下關閉的閥門的再循環出口，并且其中，所述 第二燃料泵還包括帶有在比所述第一壓力低的第二壓力下關閉的閥門的再循環出口。
10、 根據前述權利要求中任意一項所述的系統，其中，多個所述泵 具有彼此并聯聯接的各自的輸出線路，并且所述第一燃料泵的出口壓力 比所述第二燃料泵的出口壓力高。
11、 根據前述權利要求中任意一項所述的系統，其中，所述發動機 是航空器發動機。
12、 根據權利要求ll所述的系統，其中，所述除水線路構成為從 一個或更多個進水口收集水，所述燃料箱具有位于所述箱底部的區域， 在起飛或爬升期間中水蓄積在該區域中，并且所述進水口中的至少一個 進水口位于所述區域的附近以在起飛或爬升期間收集水。
13 、 一種利用前述權利要求任意一項所述的系統從燃料箱中去除水 的方法，所述方法包括以下步驟利用所述除水線路將水供給至所述第一泵；利用所述第一泵以比所述第二泵更高的速率向所述發動機注入燃 料；以及在所述第一泵發生故障時，利用所述第二泵以比所述第一泵更高的 速率向所述發動機注入燃料。
14、 一種從航空器的燃料箱中去除水的方法，該方法包括以下步驟 在起飛或爬升期間，從位于所述燃料箱的底部的蓄積部收集水，并將所述水供給至所述航空器的發動機。
15、 一種安裝在航空器的燃料箱中的除水系統，該除水系統構成為 從一個或更多個進水口收集水，并將所述水供給至所述航空器的發動機， 所述燃料箱具有位于所述箱的底部的第一區域，在起飛或爬升期間水蓄 積在該第一區域中，其中，所述進水口中的至少一個進水口位于所述第 一區域的附近以在起飛或爬升期間收集水。
16、 根據權利要求15所述的系統，其中，所述第一區域相對于所述 航空器的行進方向，朝所述燃料箱的后側偏移。
全文摘要
用于將燃料從燃料箱注入發動機中的燃料注入及除水系統包括第一和第二燃料泵(20，21)，該第一和第二燃料泵(20，21)各具有用于從燃料箱中收集燃料的泵入口(22，31)；以及除水線路(32)，其將進水口聯接到第一泵(21)的泵入口(31)。第一泵(21)構成為，以比第二泵更高的速率向發動機注入燃料，除非第一泵發生故障。從航空器的燃料箱中除水的方法包括以下步驟在起飛或爬升期間中，從位于燃料箱的底部的蓄積部收集水，并將水供給至航空器的發動機。
文檔編號B64D37/34GK101535130SQ200780042045
公開日2009年9月16日 申請日期2007年11月12日 優先權日2006年11月13日
發明者安德魯·明蒂 申請人:空中客車英國有限公司