用于流體分配系統的泵權限切換裝置的制作方法

本發明總體上涉及流體分配系統，并且具體而言，涉及具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統。

背景技術：

在流體分配系統中，例如在噴氣發動機的燃料系統中，熱管理通常是一個重要問題。增長的發電能力進一步增加了飛行器上的熱負荷。期望將這個過多的熱量倒入燃料流中以節省能量。發動機燃料泵送系統典型地包括推進泵、驅動泵、主泵和增壓泵，其中，驅動泵是可變排量容積式泵，并且主燃料泵和增壓泵是高速離心泵。

典型地，用于噴氣發動機的常規燃料系統在高倒爐(turndown)條件(即，低燃燒流量)下具有最小至無的熱容量以適應增加的熱負荷。這些常規燃料系統以及在其上采用這些常規燃料系統的飛行器經常由于熱負荷而被報告可操作性有限。此外，通常為高速離心泵的燃料泵可能是低效的，并且在高倒爐條件下對燃料熱負荷有顯著貢獻。因此，希望具有與常規的流體分配系統相比，能夠在高倒爐條件下以降低的流體熱負荷進行操作的系統。

本發明的實施例提供這種系統。從本文中所提供的對本發明的描述中，本發明的這些和其它優點以及附加的創新特征將是顯而易見的。

技術實現要素：

在特定實施例中，本發明提供了一種用于噴氣發動機(例如戰斗機噴氣發動機)的先進燃料熱管理系統(ftms)，其中，主燃料泵是具有關閉閥的高速離心泵，關閉閥與可變容積式高壓驅動泵配對。在替代的實施例中，可變容積式泵可以由固定容積式泵或固定和可變容積式泵的任何組合代替。

在本發明的特定實施例中，泵切換設備利用驅動泵的過量容量在高倒爐條件下為燃燒流供應燃料。在這些高倒爐條件下，關閉主燃料泵，從而有效地消除了主燃料泵的熱負荷，由此增加了燃料系統吸收飛行器熱負荷的熱容量。當發動機燃料和驅動流量需求超過驅動泵容量時，主燃料泵返回到聯機狀態以提供燃燒器燃燒流。在切換點處，驅動系統壓力和主燃料泵壓力可以大體上不同，典型地，驅動系統壓力高于主燃料泵壓力。

在主燃料泵與驅動泵之間轉移權限(即，燃料供應的源到燃燒器)導致在燃料計量系統的入口處的壓力變化。突然的轉變可能挑戰典型燃料計量系統的保持穩定計量流量以及驅動系統壓力調節器和離心泵的動態響應的能力。本發明的實施例提供了用于當在高速離心泵和固定容積式驅動泵之間轉移流權限時在計量單元的入口處平滑地轉變壓力的裝置。

在一個方面，本發明提供了一種流體分配系統，其包括提供流體流的推進供應源和位于推進供應源下游的流體計量系統。流體計量系統被配置為以最小壓力將流體供應到下游設備。主流體泵被配置為將流體流的至少一部分供應到流體計量系統。關閉閥位于主流體泵入口的上游。驅動系統位于推進供應源的下游。驅動系統被配置為將流體供應到一個或多個液壓操作的設備。驅動泵被配置為將流體流的至少一部分供應到流體計量系統和驅動系統。第一閥位于驅動泵與流體計量系統之間。第一閥和關閉閥可操作用于在主流體泵作為至流體計量系統的流體供應的源與驅動泵作為至流體計量系統的流體供應的源之間進行切換。

在特定實施例中，當主流體泵是至流體計量系統的流體供應的源時，關閉閥打開并且第一閥關閉，并且其中，當驅動泵是至流體計量系統的流體供應的源時，關閉閥關閉并且第一閥打開。在某些實施例中，在從主流體泵作為流體供應的源到驅動泵作為流體供應的源的轉變、或從驅動泵作為流體供應的源到主流體泵作為流體供應的源的轉變期間的任何時間，流體計量系統在整個轉變中始終保持穩定的流體流速。

在另外的實施例中，燃料計量系統能夠通過控制第一閥和關閉閥的初始啟動時間和流量增益來保持穩定的流速。在一些實施例中，主流體泵是離心泵，并且驅動泵是固定或可變容積式泵。第一閥可以包括活塞型閥構件和附接到閥構件的偏置元件。在特定實施例中，第一閥和關閉閥都由相應的電動液壓伺服閥進行電控制。

本發明的實施例可以包括位于主流體泵與流體計量系統之間的第二閥，其中，第二閥被配置為將主流體泵與流體計量系統隔離。第二閥可以包括活塞型閥構件和附接到閥構件的偏置元件，其中，第二閥參考關閉閥供應壓力。替代地，第二閥可以包括活塞型閥構件和附接到閥構件的偏置元件，其中，第二閥由電動液壓伺服閥進行電控制。在某些實施例中，第一閥具有活塞型閥構件和附接到閥構件的偏置元件，其中，第一閥參考關閉閥供應壓力。第一閥可以被配置為保持跨流體計量系統的第一恒定壓降。

本發明的實施例可以包括位于主流體泵與流體計量系統之間的第二閥，其中，第二閥由電動液壓伺服閥進行控制。在更具體的實施例中，電動液壓伺服閥被配置為：選擇第一參考壓力，以使得在主燃料泵不進行操作時使第二閥關閉；以及選擇第二參考壓力，以使得在主燃料泵進行操作時，使第二閥保持跨流體計量系統的第二恒定壓降，第二恒定壓降大于第一恒定壓降。

在本發明的另外實施例中，熱交換器位于推進供應源的下游和驅動泵及關閉閥的上游。

根據以下結合附圖的具體實施方式，本發明的其它方面、目的和優點將變得更加顯而易見。

附圖說明

并入本說明書并形成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的幾個方面，并且與本說明書一起用于解釋本發明的原理。在附圖中：

圖1是根據本發明的實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統的示意圖；

圖2是根據本發明的替代實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統的示意圖；

圖3是根據本發明的另一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統的示意圖；

圖4是根據本發明的又一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統的示意圖；

圖5是根據本發明的另一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統的示意圖；以及

圖6是根據本發明的還另一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統的示意圖。

雖然將結合某些優選實施例對本發明進行描述，但是并不旨在將其局限于那些實施例。相反，其旨在涵蓋包括在由所附權利要求限定的本發明的精神和范圍內的所有替代、修改和等同物。

具體實施方式

本文中所述的本發明的幾個實施例具體涉及噴氣式飛機中的燃料分配系統。雖然用于噴氣發動機的燃料系統代表本發明的可能應用之一，但是本領域技術人員將認識到本發明不限于這些應用。可以想到，本發明的實施例可以適當地用于必須在壓力下供應液體的各種應用中。特別地，本文中所描述和示出的系統可以被描述為燃料分配系統，或更廣泛地描述為流體分配系統。

在某些應用中，本文中所述的系統顯著增加了燃料系統吸收飛行器熱負荷的容量。這通過在高倒爐條件下消除主燃料泵的熱負荷來實現。本發明的一個特定實施例在圖1中示出，圖1是根據本發明的實施例構建的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統100的示意圖。流體分配系統100包括向驅動泵和主流體泵106供應液體流的推進供應泵102。在諸如與噴氣發動機一起使用的燃料系統應用中，主流體泵被稱為主燃料泵106，在一些實施例中，主燃料泵106是用于向燃料計量系統108供應燃料的高速離心主燃料泵。術語“主流體泵”和“主燃料泵”在下面可互換使用，術語“流體分配系統”和“燃料分配系統”也一樣。驅動泵104可以是向驅動系統110供應流的容積式驅動泵104。在本發明的特定實施例中，可選的熱交換器112可以位于推進供應泵102的下游和驅動泵102及主燃料泵106的上游。

流體分配系統100包括泵切換系統，其響應于諸如控制信號之類的命令將驅動泵104連接到燃料計量系統108。高速離心主燃料泵106被設計為使得其可以響應于至關閉閥114的命令而被關閉并且核心被排空，從而將功率輸入減小到接近零。在特定實施例中，關閉閥114由第一電動液壓伺服閥(ehsv)118控制。以此方式，供應給第一ehsv118的電信號控制關閉閥114的操作。驅動泵104被示出為可變容積式泵。替代地，可變容積式泵可以用固定容積泵或固定和可變容積式泵的任何組合來代替。

如圖1-6中所示，驅動泵104和主燃料泵106都由發動機推進系統102和熱交換器112供應。在本發明的上下文中，推進系統泵102的配置和熱交換器112在系統中的位置不是特別相關的。同樣，驅動系統110和燃料計量系統108的配置可以根據應用而變化。例如，軍用發動機可能需要增壓系統，該增壓系統未被示出。

在本文中所述的系統中，在高倒爐條件(例如，閑置、巡航)下，主燃料泵106被關閉，燃料計量系統108由驅動泵104供應。當發動機燃料和驅動流需求超過驅動泵容量時，主燃料泵106返回到聯機狀態以提供燃燒器燃燒流，并且泵切換系統將驅動泵104與燃料計量系統108隔離。流體分配系統100消除來自主燃料泵106的廢熱，這顯著增加了燃料系統100吸收飛機熱負荷的容量。該概念還通過減少返回到燃料箱的熱量來提高在低流量條件下的可操作性。

在本文所述的實施例中，驅動泵104和主燃料泵106都由發動機推進系統泵102和熱交換器112供應。在本發明的上下文中，推進系統泵102的配置和位置流體分配系統100中的熱交換器112的溫度不一定相關。同樣，驅動系統110和燃料計量系統108的構造將根據具體應用而變化。在高倒爐條件(例如，怠速，巡航)下，主燃料泵106被關閉，燃料計量系統108由驅動泵104供應。當發動機燃料流量和驅動流量需求超過驅動泵容量時，主燃料泵104回到在線以提供燃燒器燃燒流量，并且泵開關系統將驅動泵104與燃料計量系統108隔離。流體分配系統100消除了來自主燃料泵106的廢熱，這大大增加了燃料系統100吸收飛機熱負荷的容量。該概念還通過減少返回到燃料箱的熱量來提高在低流量條件下的可操作性。

本文中所描述的閥的組合滿足對上述泵切換系統的要求，并且是上述泵切換系統的具體實施方式。流體分配系統100包括位于驅動泵104的排出口與計量系統108的入口之間的第一泵切換閥116以及響應于電命令信號控制第一泵切換閥116的第一電動液壓伺服閥122(ehsv)。在第一位置，第一泵切換閥116將驅動泵104排出流連接到燃料計量系統108的入口。在第二位置，第一泵切換閥116將驅動泵104與燃料計量系統108隔離。當在第一位置與第二位置之間轉變時，第一泵切換閥116控制流體/燃料相對于從驅動泵104到燃料計量系統108的時間的流速。第一泵切換閥116的位置由發動機控制結合主燃料泵關閉閥114的命令位置來控制。每個命令的計時以及每個閥的流量增益被設計為使得燃料計量系統108的入口處的壓力轉變不會導致不可接受的流動擾動，其中，流量增益是由端口增益和轉換速率控制的、流速相對于時間的變化率。

響應于來自發動機控制的命令，從主燃料泵106關閉到主燃料泵106開啟的轉變按照以下順序進行。在高倒爐條件下(例如，地面閑置)開始，主燃料泵106關閉，并且第一泵切換閥116處于第一位置。主燃料泵關閉閥114響應于發動機控制命令而開始打開。主燃料泵106開始建立與其動態響應分布一致的壓力。最初，主燃料泵106不供應流量，因為燃料計量單元108供應壓力高于主燃料泵106排出壓力，從而關閉主燃料泵排出止回閥120。當主燃料泵106開始聯機時，命令第一泵切換閥116關閉。當第一泵切換閥116關閉時，端口面積減小，限制流量，從而使燃料計量單元108供應壓力下降。控制燃料計量單元108供應壓力變化率，以使得燃料計量系統108大體上不受影響。

當主燃料泵106排出壓力超過燃料計量系統108供應壓力時，主燃料泵排出止回閥120打開，并且主燃料泵106現在能夠向燃料計量單元108供應流量。為了完成轉變，第一泵切換閥116到達位置二，以將驅動泵104從燃料計量系統106關閉。該描述內容描述了系統的一個特定實施例。響應于來自發動機控制的命令(未示出)，從主燃料泵106開啟到主燃料泵106關閉的轉變按照以下順序進行。在主燃料泵106開啟且第一泵切換閥116處于第二位置的條件下開始。響應于來自發動機控制的命令，第一泵切換閥116開始打開到第一位置。當第一泵切換閥116打開時，端口面積增加，從而允許驅動泵104開始將一部分流供應到燃料計量系統108。然后命令主燃料泵關閉閥114關閉，從而導致主燃料泵106排出壓力按照其響應分布而衰減。

當主燃料泵106排出壓力小于通過第一泵切換閥116提供的燃料計量系統108供應壓力時，主燃料泵排出止回閥120關閉。控制燃料計量系統108供應壓力變化率，以使得燃料計量系統108大體上不受影響。驅動泵104現在供應燃料計量系統108，主燃料泵106關閉。包括相對閥計時、轉換速率和端口增益的切換系統的設計取決于燃料計量系統108、主燃料泵106和驅動泵壓力調節器的動態特性。

在一些系統中，打開主燃料泵106可能產生傳播通過燃料計量系統108的壓力脈動，從而在計量流量中引起不可接受的擾動。圖2是根據本發明的實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統200的示意圖。如圖2所示，為了限制壓力脈動對計量流量的影響，來自主燃料泵106的排出流可以由第二泵切換閥202與燃料計量系統108隔離。當主燃料泵106關閉時，第二泵切換閥202將主燃料泵106與燃料計量系統108隔離。在第二泵切換閥202中，閥芯(valvespool)204或活塞的兩端處于增壓壓力，并且偏置彈簧206的力設置閥位置。當主燃料泵106打開時，第二泵切換閥202的入口處的壓力以及軸向作用于閥芯204的與彈簧206相對的一端上的壓力上升，打開閥202。閥轉換速率由孔控制，并且流量變化率由閥轉換速率和端口流量增益控制。

圖3是根據本發明的另一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統300的示意圖。流體分配系統300類似于圖2的流體分配系統200，除了流體分配系統300的第二泵切換閥302由控制第二泵切換閥302的計時和轉換速率的第三ehsv304控制以外。因此，第二泵切換閥302經由類似于用于控制關閉閥114和第一泵切換閥116的電命令信號來進行操作。

在一些系統中，期望保持對于驅動系統110的較高壓力和燃料計量系統108的入口處的較低壓力。圖4是根據本發明的又一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統400的示意圖。在此情況下，流體分配系統400包括作為壓力調節器的第一泵切換閥402，如圖4中所示。在此情況下，參考壓力取自燃料計量系統108的下游和燃料歧管(未示出)的上游。第一泵切換閥402保持跨燃料計量系統108的恒定壓降，從而限制驅動瞬變對計量流量的影響。

圖5是根據本發明的另一個實施例的具有用于切換泵權限的裝置的流體分配系統500的示意圖。圖5的流體分配系統500類似于圖1的系統100，除了在圖5的系統500中，第一泵切換閥502以兩個參考壓力而不是ehsv為條件。如圖5中所示，第一泵切換閥502的一端以系統推進壓力pb為條件，而另一端以燃料計量系統108的供應壓力為條件。這具有當系統推進壓力pb相對于燃料計量系統108的供應壓力增加時關閉第一泵切換閥502以及當系統推進壓力pb相對于燃料計量系統108的供應壓力減小時打開第一泵切換閥502的效果。

在一些實例中，當轉移泵權限時限制燃料計量系統108入口壓力的變化率可能是必要的。圖6是根據本發明的實施例的具有用于在切換泵權限時限制燃料計量系統108中的變化率的裝置的流體分配系統600的示意圖。流體分配系統600包括以兩個參考壓力為條件的第一泵切換閥602，并且包括由第二ehsv606控制的第二泵切換閥604。在該實施例中，驅動泵104供應源和主燃料泵106供應源用相同的參考壓力(如所示的燃料計量系統108的下游)來調節。燃料計量系統108供應壓力的變化僅限于第一泵切換閥602的偏置彈簧608和第二泵切換閥604的偏置彈簧610之間的增量(delta)。在某些實施例中，第二泵切換閥604被配置為保持跨燃料計量系統108的壓降大于由第一泵切換閥602跨燃料計量系統108所保持的壓降。

對于圖6中所示的系統，當主燃料泵106關閉時，燃料計量系統108由驅動泵104供應。參考壓力由第二ehsv606設置為第二泵切換閥604上的ps，其驅動第二泵切換閥604關閉。第一泵切換閥602將ps設置為高于pn的固定水平，以調節驅動泵104供應源。當主燃料泵106打開時，第二泵切換閥604上的參考壓力由第二ehsv606從ps改變為pn。第二泵切換閥604將ps調節到高于pn的固定水平，其剛好大于第一泵切換閥602調節壓力。第二泵切換閥604以一定速率打開，以使得對ps的干擾受到控制并且將ps增加到更高設置。當ps增加時，第一泵切換閥602關閉，從而將驅動泵104與燃料計量系統108隔離。

本文中所引用的包括出版物、專利申請和專利的所有參考文獻通過引用并入本文，其程度如同每個參考文獻被單獨地和具體地指示為以其全文的形式在此通過引用并入本文并且加以闡述一樣。

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在本文中描述了本發明的優選實施例，其包括發明人已知的用于實施本發明的最佳模式。在閱讀前面的描述之后，那些優選實施例的變型對于本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。本發明人期望技術人員適當地采用這種變型，并且本發明人旨在以本文中詳述的內容以外的方式來實踐本發明。因此，本發明包括由適用法律所允許的所附權利要求中所述的主題的所有修改和等同物。此外，除非在本文中另行指示或與上下文明顯矛盾，否則本發明包含上述要素在其所有可能變型中的任何組合。