使用雙壓力高速離心泵裝置的燃料系統的制作方法
【專利摘要】一種用以提供燃料的改進的系統使用提供雙壓力的離心泵裝置。雙壓力泵組件包括：離心泵，其用于給相關的下游用戶供應加壓流體；以及輔助泵級，其選擇性地升高所輸送的流體的壓力。在一個優選裝置中，輔助泵級包括起動和渦輪泵級，在該起動和渦輪泵級處，來自相關機身的入口燃料被供給到渦輪泵的離心泵部分，該渦輪泵的離心泵部分的出口通往離心泵的入口。在另一個裝置中，輔助泵級包括與高速離心泵的出口相連通的再循環通道和渦輪，來自起動和渦輪泵級的輸出對高速離心泵的入口進行供給，并且一流動閥布置在再循環通道中。在又一個裝置中，輔助泵級包括用于起動的電動馬達。
【專利說明】使用雙壓力高速離心泵裝置的燃料系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于噴氣發動機應用的燃料系統，并更具體地涉及一種提供系統的不同壓力需求的噴氣發動機燃料泵裝置。
【背景技術】
[0002]噴氣發動機應用需要高的起飛壓力輸出。當將高速離心泵技術應用到這些噴氣發動機應用時，為了平衡操作條件需求(例如，怠速，巡航，爬升)，泵通常變得非常巨大。這樣非常巨大的泵又導致一系列圍繞系統熱沖擊的系統問題。
[0003]噴氣發動機典型地使用由發動機燃料系統產生的液壓動力來驅動發動機的許多可變幾何致動器。許多當前的噴氣發動機燃料系統結合有諸如伺服燃料加熱器或類似裝置的部件，以保持供應到致動器(伺服供給)的燃料高于燃料系統冰點溫度，例如理想地高于40° F，以避免與形成冰有關的潛在問題。伺服燃料加熱器典型地設置在燃料過濾器的下游、以及向低壓致動器和高壓致動器供應加壓流體的致動控制模塊的上游。
[0004]從而，存在更好地處理這些競爭的系統要求的系統和方法的需求。
【發明內容】
[0005]提供了一種用于向噴氣發動機應用提供燃料的改進系統，其使用提供雙壓力的離
心泵裝置。
[0006]所述系統包括雙壓力泵組件，其具有用于給相關的下游用戶供應加壓流體的離心泵。輔助泵級操作地與所述離心泵相連，以選擇性地升高往相關的下游終端用戶輸送的流體的壓力。
[0007]在一個優選布置中，輔助泵級包括起動和渦輪泵級，在該起動和渦輪泵級處，來自相關機身的入口燃料被供給到渦輪泵的離心泵部分，該渦輪泵的離心泵部分的出口通往離心泵的入口。
[0008]在一個布置中，輔助泵級包括與高速離心泵的出口相連通的再循環通道和渦輪，來自起動和渦輪泵級的輸出對高速離心泵的入口進行供給，并且一流動閥布置在再循環通道中。
[0009]在另一個布置中，所述輔助泵級包括與高速離心泵的出口相連通的再循環通道和渦輪(并且一流動閥布置在再循環通道中)，來自高速離心泵的出口(i)對離心起動泵的入口進行供給和(ii)(取決于流動閥)可選地對渦輪泵的渦輪部分進行供給，起動泵的出口升高被導向下游相關終端用戶的燃料的壓力，并且從渦輪輸出(的燃料)被導向高速離心泵的入口。
[0010]在一個布置中，輔助泵級優選地包括用于起動的電動馬達。
[0011]輔助泵級優選地包括再循環通道，所述再循環通道接收來自離心泵出口的流動的一部分且將該部分流動引導到離心泵的入口。
[0012]在另一個布置中，輔助泵級進一步包括位于再循環通道中的閥，以用于控制通過其中的流動。
[0013]在一個優選布置中，輔助泵級進一步包括噴射泵，其被設置在所述閥和離心泵入口之間，以用于接收來自離心泵出口的流動部分并提高被引導至離心泵入口的入口流體的壓力。
[0014]本發明的一個好處是能從離心泵裝置提供不同的壓力輸出。
[0015]本發明的另一個優點涉及潛在地通過取消對伺服燃料加熱器或附加的熱交換器的需求而減少了系統成本、重量、和需要的殼體。
[0016]再另一個好處在于離心泵裝置可以被容易地結合到現有的系統設計中。
[0017]通過閱讀和理解下面的詳細描述，本發明的其它特點和好處會變得明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1示意性地示出一燃料系統，其包括雙壓力水平的泵裝置的第一優選【具體實施方式】；
[0019]圖2示意性地示出一燃料系統，其包括雙壓力水平的泵裝置的第二優選【具體實施方式】；
[0020]圖3示意性地示出一燃料系統,其包括一雙壓力水平泵；
[0021]圖4示意性地示出一優選的雙壓力高速離心泵裝置，其處于高壓輸出模式；
[0022]圖5示意性地示出一優選的雙壓力高速離心泵裝置，其處于低壓輸出模式。
【具體實施方式】
[0023]首先參考圖1，示出了燃料系統100的至少一部分，其包括泵組件或泵裝置102。該泵裝置102從機身接收入口燃料104并以較高壓力將燃料輸送到至少一個下游終端用戶或多個終端用戶106、108。更具體地，第一終端用戶106通常稱為燃料控制設備，從而使得燃料通過泵裝置被輸送通過燃料/油熱交換器110、并隨后到達燃料過濾器112，在該處然后被輸送到燃料控制設備。典型地，燃料在被引導至燃料控制設備106時通過燃料過濾器112，其中燃料在114所示處被燃燒。來自泵裝置102的加壓燃料的一部分同樣地供應通過燃料/油熱交換器110和燃料過濾器112、傳輸到第二終端用戶，該第二終端用戶同樣被稱為致動控制模塊108。這為以120指示的低壓致動或以122指示的高壓致動提供期望的加壓流體。伺服燃料加熱器或熱交換器124設置在致動控制模塊108的上游以將燃料充分地加熱到燃料系統冰點溫度以上，例如40° F的等級。但是，為了下面將更詳細地進行描述的原因，伺服燃料加熱器108可以被移除而相應地節省費用、重量和殼體尺寸需求(因此用虛線引導線表示)。
[0024]泵裝置102結合有一雙壓力水平的高速離心泵，其具有高速離心泵級130、起動和渦輪泵級140、用以選擇性地將來自高速離心泵130的加壓流體的一部分再循環至渦輪泵的渦輪部分的控制或流動閥150、以及用以輔助起動渦輪泵級的電動馬達160。通常，閥150選擇使用或不使用渦輪泵140，所述渦輪泵140示意性地位于高速離心泵級的入口 132處(圖1)或位于高速離心泵級的排出/出口 134’處(圖2)。當控制閥150打開時，該閥允許來自高速離心級出口 134的運動流體施加到渦輪泵運動端口 142，并因此引起渦輪泵級提高通往高速離心泵的入口 132的壓力。更具體地，當控制閥150被打開時，渦輪泵140的離心泵部分出口 146通過施加來自電動馬達160和/或來自渦輪泵級的渦輪部分的運動能量而被加壓至第一壓力水平。渦輪泵級140的渦輪部分的出口 148也連接或連通到高速離心泵級的入口 132。因而，高速離心級提高壓力并導致在出口 134處的更高的泵排出壓力，該更高的泵排出壓力被供應到下游終端用戶106、108。
[0025]當閥150被關閉時，閥阻礙來自高速離心級出口 134的運動流體施加到渦輪泵馬達端口 142，并且因此導致渦輪泵級140用作通往高速離心泵級的入口流的穿流通道或者來自高速離心泵級的排出/出口流的穿流通道，而不增加通往/來自高速離心泵級的入口 /排出(出口)壓力。進而，高速離心級130提高流體(例如燃料)的壓力，并導致與當施加運動流體時相比要減少的泵排出壓力。
[0026]當在高壓模式下操作時(即當閥150打開時)，高速離心泵級130導致相當大的燃料加熱。在燃料系統的下述操作條件期間——其中燃料溫度接近燃料系統冰點，泵裝置102的高壓模式可以被選擇性地使用以維持燃料系統溫度高于冰點溫度而不需要使用伺服燃料加熱器124來額外地伺服供應熱量。在這種情況下，伺服燃料加熱器124和相關的管道可以被從系統移除，同時減小成本、重量并顯著地減小殼體空間。
[0027]此外，電動馬達160被用于起動發動機和在低的發動機軸180速度操作期間給渦輪泵級提供動力。當起動噴氣發動機時，軸速不足以導致常規高速離心泵級130的任何顯著的壓力增加。在低發動機軸速區間中，通過使用電動馬達160來給渦輪泵140提供動力，可以通過渦輪泵級建立足夠的壓力，因此，使發動機起動并進入到怠速動力設定(狀態)，其中發動機軸速本身就足以獲得需要的壓力和從高速離心泵級130的流體輸出。圖1和2的系統結構示出了一簡單的布置，其沒有象其它方案中那樣要求使用隔離閥來引導起動階段的流動。進一步地，用于起動階段的泵類型是離心類型，并因此在起動上與用于常規發動機操作的相同燃料控制系統很好地協作。因為高速離心泵130即使在低壓下也能夠在低發動機軸速時形成一些液壓動力，所以此液壓動力源可以與電動馬達一起使用以實現發動機起動，因此，使得由渦輪泵起動特征所需要的電氣動力最小化。
[0028]如圖2中可清楚看出的(其中上標(‘)與相似的附圖標記一起使用以表示相似的部件)，入口燃料104’被供應到離心泵入口 132’并從高速離心泵出口 134’引導到渦輪泵級140’。該流動的一部分進入到渦輪泵級的離心泵部分，其中，壓力在被引導至下游終端用戶106’、108’之前被進一步提高。取決于流動閥150’的位置，來自高速離心泵130’的出口的流體的一部分被供應到渦輪泵級140’的渦輪部分以選擇性地輔助電動馬達一該電動馬達與渦輪泵級操作地相連。來自渦輪泵級的出口流動然后被再循環到高速離心泵級的入口。
[0029]在圖中也示出，泵裝置、特別是例如閥150和電動馬達連接到電子控制單元(ECU) 170。這不表示燃料系統的其它部件不連接到ECU，而是僅僅表示流動閥的操作可以是可由ECU170控制的簡單的開-關操作、或可以是可變或可調流動。同樣地，為了圖解和描述簡單還移除了其它部件，但是可以明白的是雙壓力高速離心泵裝置以可靠、方便和經濟的方式滿足了系統的不同壓力需求。
[0030]參考圖3-5，“200”系列的相似的附圖標記指代相似的部件(例如，圖1和2中的泵裝置102被標示為泵裝置202)，泵裝置202結合有雙壓力水平的高速離心泵，該高速離心泵結合有高速離心泵級230、噴射泵級240、和選擇噴射級功能的控制閥250。總體而言，控制閥250選擇使用或不使用噴射泵240，所述噴射泵240示意性地描述為位于高速離心泵230的入口處。當控制閥250如圖4所示打開時，該閥允許來自高速離心級排出出口 232的運動流體施加到噴射泵運動端口 242，并因此導致噴射泵240提高通往高速離心泵230的入口 234的入口壓力。進而，由軸236驅動的高速離心泵實現工作流體(即燃料)的壓力增力口，這導致在出口 232處更高的泵排出壓力。
[0031]當閥250關閉時(圖5)，閥阻礙來自高速離心泵出口 232的運動流體施加到噴射泵運動端口 242，并因此導致噴射泵240用作從燃料入口 204前往高速離心泵230的入口流動(該入口流動可以從一獨立的電子起動泵260接收，該電子起動泵260獨立地被電力地驅動)的穿流通道，而沒有增加高速離心泵入口 234處的入口壓力。進而，高速離心泵230給流體施加或增加壓力，并導致與施加運動流體時(即當閥時如圖4所示打開時)相比要減小的泵排出壓力。
[0032]當在閥250打開的高壓模式下操作時，高速離心泵230導致相當大的燃料加熱。在燃料系統的下述操作條件期間——其中燃料溫度接近燃料系統冰點，泵的高壓模式可以被選擇性地使用以維持燃料系統溫度高于冰點溫度而不需要使用伺服燃料加熱器224 (圖3)來額外地伺服供應熱量。在這種情況下，伺服燃料加熱器224和相關的管道可以被從系統移除，同時減小成本、重量并顯著地減小殼體空間。
[0033]圖3中還示出，泵裝置、特別是例如噴射流動閥250操作地連接到電子控制單元(ECU) 270。這不表示燃料系統的其它部件不連接到ECU，而是僅僅表示流動閥250的操作可以是可由ECU270控制的簡單的開-關操作、或可以是可變或可調流動。同樣地，為了圖解和描述簡單還移除了其它部件，但是可以明白的是雙壓力高速離心泵裝置以可靠、方便和經濟的方式滿足了系統的不同壓力需求。
[0034]本說明書使用包括最佳模式的示例來描述本發明，并且還使得本領域技術人員可以制造和使用本發明。本發明的專利權范圍由權利要求限定，并可以包括其它對于本領域技術人員可能的示例。如果具有與權利要求的文字記載沒有不同的結構元件，或如果包括與權利要求的文字記載略有差異的等同結構元件，則這些其它示例落在權利要求的范圍內。還有，在此公開的每個【具體實施方式】的每個特征不認為是該【具體實施方式】所必不可少的，并且，在一個【具體實施方式】中披露的特征可以被增加到另一個【具體實施方式】中或由另一個【具體實施方式】替代。
【權利要求】
1.一種用于燃料系統的雙壓力泵組件，包括: 離心泵，其用于給相關的下游用戶供應加壓流體；以及 輔助泵級，其操作地與所述離心泵相連，以選擇性地升高往相關的下游終端用戶輸送的流體的壓力。
2.根據權利要求1所述的雙壓力泵組件，其中所述輔助泵級包括起動和渦輪泵級，在該起動和渦輪泵級處，來自相關機身的入口燃料被供給到第二離心泵，該第二離心泵的出口通往離心泵的入口。
3.根據權利要求2所述的雙壓力泵組件，其中所述起動和渦輪泵級包括與渦輪泵出口相連通的再循環通道，以給起動級的入口進行供給。
4.根據權利要求3所述的雙壓力泵組件，其中所述起動和渦輪泵級包括位于所述再循環通道中的閥，以選擇性地控制從高速離心泵出口至渦輪泵級的渦輪部分的流動。
5.根據權利要求2所述的雙壓力泵組件，其中所述輔助泵級包括用于起動的電動馬達。
6.一種使用用于燃料系統的雙壓力泵組件來選擇性地升高往相關下游終端用戶輸送的流體的壓力的方法，所述雙壓力泵組件包括離心泵和輔助泵級，所述方法包括: 從離心泵給相關的下游用戶供應加壓流體；以及 使用輔助泵級選擇性 地升高從離心泵輸送的流體的壓力。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述輔助泵級包括起動和渦輪泵級，所述方法進一步包括:將來自相關機身的入口燃料供給到第二離心泵，其中該第二離心泵的出口通往離心泵的入口。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述起動和渦輪泵級包括再循環通道，所述方法進一步包括:與渦輪泵的出口連通、從而給起動級的入口進行供給。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述起動和渦輪泵級包括位于所述再循環通道中的閥，所述方法進一步包括:選擇性地控制從高速離心泵出口至渦輪泵級的渦輪部分的流動。
10.其中輔助泵級包括電動馬達，所述方法包括:使用所述電動馬達進行起動。
【文檔編號】F02C9/26GK103958856SQ201280040181
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年8月15日 優先權日:2011年8月15日
【發明者】M·A·克萊蒙茨 申請人:伊頓公司