專利名稱：用于旋轉凸輪環葉片泵的凸輪軸承流量控制的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可變排量泵，更特別涉及一種旋轉凸輪環葉片泵，該葉片泵應用流體軸承來支撐凸輪環。
背景技術：
現有的旋轉環葉片泵使用從泵送元件被供應高壓的凸輪環流體或軸頸軸承。這種軸頸軸承作為流體靜壓和流體動壓組合軸承使用。由該軸承支撐的凸輪環通過凸輪環在接口處與葉片之間的摩擦力驅動。在低速時，通常在最大速度的大約百分之二十(20%)左右或更小的速度時，葉片和凸輪環之間產生的摩擦力不足以高到啟動凸輪環的旋轉。當凸輪環不旋轉時，機械效率降低。這與由于穿過凸輪軸承環的泄漏所導致的容積效率的降低相結合，將導致在低速條件下，通常在小于最大速度的百分之十(10%)左右的條件下，泵送元件的尺寸設定點(sizing point)。泵的物理尺寸和重量對于系統的設計非常重要。為了使物理尺寸和重量最小化，希望使泵的流量最小化。在許多包含正排量類型泵的燃料系統中，泵的流量可以在發動機動力輸出(take-off)狀態下或者在發動機啟動狀態下設定。通過在動力輸出狀態下設定泵的流量大小，使單元的尺寸和重量達到最小。在發動機啟動狀態下設定泵的流量大小通常是燃料系統的寄生內部泄漏水平的結果。由于燃料系統的寄生內部泄漏是可以由特定系統設計控制的量，所以泄漏的最小化將導致在更希望的動力輸出狀態下設定尺寸的泵。凸輪軸承流量形成了燃料系統寄生泄漏量的一部分。因此，在低速時，例如在風力發動機啟動時，消除凸輪軸承流量有助于實現在動力輸出狀態下的泵的尺寸設定。在特定運行狀況下，凸輪軸承流量的縮減導致更高的泵流量；因此，提供發動機啟動狀態作為用于縮減凸輪環軸承流量的代表性狀態，并且可以 在希望額外的泵流量的任何狀況下執行。雖然縮減凸輪環軸承流量確實增加了泵送系統的容積效率，但是，其可能伴隨著顯著的機械效率損失。更進一步地，機械效率上的損失可能超過容積效率上的收益，因此導致泵的總效率更低。由于這個原因，希望凸輪環軸承流量的可選擇應用。在對提高效率的需求不斷增加的情況下，制造者在不斷尋求盡可能地減少單個部件的重量。凸輪環軸承流量的可選擇應用導致在可變排量裝置通常遇到的寬的運行狀況范圍上的泵的性能的優化。因此，系統的重新設計和燃料泵的運行可導致顯著的節約。
發明內容
—種泵組件，包括具有與入口和出口連通的腔的殼體。旋轉環可變排量葉片泵容納在所述腔內。所述泵，特別是旋轉環，由流體軸承支撐在所述腔內。設有控制器，以便響應流體動壓軸承壓力、增壓流壓力和泵的沖程之一選擇性地改變流到軸承的流體流量。優選地，在流體動壓壓力低時，控制器限制流到軸承的流體。例如,在系統運行、啟動和動力輸出的熱夾點(thermal pinch points)期間,控制器限制流到軸承的流體。在一個示例性實施例中，控制器包括具有壓力表面的流量閥，所述壓力表面與來自增壓泵的排出壓力和來自增壓泵的入口壓力連通。 在另一優選實施例中，控制器響應流體動壓壓力。在又一優選配置中，流量閥位于殼體的壓力板內。作為替代，控制器可包括電磁閥，該電磁閥與增壓排出壓力和泵排出壓力連通，用于調整向所述泵的凸輪軸承流體的供應，或者在又一配置中，控制器響應泵的沖程。一種減小泵的尺寸需求的方法，包括提供具有與泵入口和泵出口連通的腔的殼體，使旋轉環可變排量葉片泵在所述腔內旋轉，通過流體軸承在所述腔內支撐所述泵，以及響應流體動壓軸承壓力、增壓流壓力和泵的沖程之一選擇性地改變流到軸承的流體。 一個主要優點在于能夠顯著降低泵的尺寸需求。另一個相關的優點涉及與泵的尺寸減小相關的重量減輕。另一優點是能夠選擇性地調整流到支撐凸輪環的流體軸承的流體流量。另一優點是，當系統需要基本上所有的流量(例如在全沖程位置)時，流到凸輪環軸承的流量可以顯著減小或終止。通過閱讀和理解下面的詳細描述，本發明的其它特征和優點將變得更加明顯。
圖I是應用由流體軸承支撐的旋轉凸輪環的可變排量葉片泵的橫截面圖。圖2是大體上沿著圖I的線2-2剖開的橫截面圖。圖3是示出結合在壓力板中的用于調節到達凸輪軸承的流量的凸輪軸承流量閥的放大的橫截面圖。圖4是應用電磁閥控制凸輪軸承供給的示意圖。
具體實施例方式圖I和2概括示出了旋轉環可變排量葉片泵100，該葉片泵100具有殼體102，在殼體102內形成與入口和出口連通的泵腔104，從而流體，例如噴射燃料，被提供給入口且在腔內增壓，以便通過泵出口將流體分配到航空器系統中的下游用途(未示出)。轉子106安裝成在驅動軸例如花鍵軸108上旋轉。在轉子的外周邊上的沿圓周間隔開的位置設有一系列槽以接收相應的葉片110，隨著轉子在泵腔中旋轉，所述葉片在每個槽內沿大體上徑向方向相對于轉子的其余部分移動。在轉子的外部和相鄰葉片之間限定各個沿圓周間隔開的凹口，以便從入口泵送流體通過所述腔到達出口。雖然在所示的泵中示出了 9個葉片，但是本發明不限于葉片的特定數量或所示的配置。圍繞葉片和轉子的是凸輪環120，所述凸輪環120在凸輪套130中自由旋轉。凸輪套包括第一和第二凸角或致動表面132、134，它們與第一和第二致動器組件136、138協作以便選擇地改變泵的沖程。凸輪套130相對于間隔環140滾動，更特別地沿著其大體上平面的或平坦的表面142滾動。致動器組件136、138的延伸或收縮為凸輪套提供選擇性移動，這繼而以本領域公知的方式改變泵的沖程或排量。凸輪環被支撐在泵腔中，更特別地是由充滿泵流體(這里為噴射燃料)的軸頸軸承170支撐在凸輪套130內。軸頸軸承170限定了流體靜壓、流體動壓、或流體靜壓/流體動壓混合軸承。由于在葉片的外部末端和旋轉凸輪環之間產生的摩擦力，凸輪環以與轉子的葉片相同、稍大、或稍低的速度在凸輪套130中轉動。換句話說，由于沒有互鎖凸輪環以便與轉子一起旋轉的結構性元件，凸輪環相對于轉子自由旋轉。由于凸輪環120被流體膜軸承170支撐，凸輪環120具有幅值低得多的粘性阻力，所述粘滯阻力否則會導致機械損失和泵效率的降低。軸頸軸承170所帶來的提高的效率是現有的泵所希望的一個特征。為了向軸頸軸承170供應凸輪軸承流體，供給孔160貫穿凸輪套130延伸且與軸頸軸承170連通(見圖2)。端口板190、192(圖2)設置在轉子的相對兩側，且包括從中穿過的通道194，該通道194在一端與凸輪軸承供給孔160連通且在相對端與壓力板200、202中的通道196連通。這種泵的結構和操作的更具體細節可以在共同擁有的美國專利NO. 7，108，493中找到，該專利的細節結合在此作為參考。圖3示出了所提出的配置，該配置將響應預先選定的條件選擇性地切斷或調節凸 輪軸承流量。更特別地，例如為滑閥210的閥具有壓力表面或感應區(sense land) 212,214，其分別通過通道216與增壓進口壓力連通和通過通道218與增壓排出壓力連通。偏壓元件，例如彈簧220，在防止通道230 (其與泵排出壓力連通)與凸輪軸承供給孔160之間通過端口板中的中間通道194連通的方向上推動閥芯。在該優選配置中，閥組件位于圖2的圓圈區域中，也就是說，閥裝置位于壓力板202中。在低增壓級壓力上升時，泵的速度低，凸輪軸承流量不是必需的。因此，通道218處于足夠低的壓力以致于作用在表面214上的合力不足以克服彈簧220的偏壓以及作用在閥表面212 (其通過通道216被提供增壓入口壓力)上的力。通過這樣的方式，滑閥的端部240切斷供應泵壓力的泵排出壓力通道230與供給凸輪軸承流體的通道194、160之間的連通。在高增壓級壓力上升時，泵的速度高，凸輪軸承流量對于旋轉環葉片泵的功能是必要的。因此，滑閥210向右移動到打開位置，允許通道230和通道194連通，所述通道194對與流體軸承相關聯的凸輪軸承供給孔160進行供給。一種可替代的配置是監視軸頸軸承的流體動壓壓力。這在圖3中通過虛線250表示。前面描述的配置監視增壓級上的壓力變化，這必然需要較大的閥，因為增壓泵上的壓力沒有關聯的大的變化。另一方面，流體動壓壓力呈現大的壓力上升，因此由于與壓力上升相關聯的大的力邊界值(force margin),可以使用較小的閥。繼而，由于通過合適的監視路徑250使用較高流體動壓壓力以及導致對凸輪軸承供給通道160的軸承流體供應的關聯控制，閥的尺寸可以減小。圖I中的虛線260代表另一種泵的條件或參數，其可以被監視以確定何時可能調節或切斷流到軸頸軸承的軸承流量。特別地，線260表示監視泵的沖程。這里，可以根據其中一個致動組件的位置所檢測的泵的沖程260來致動閥。所述閥可以簡化為在有關軸承流量的全部流量和切斷位置之間，或者可以是調節流到軸頸軸承的軸承流量的更為復雜的閥裝置。當泵需要可能的全部流量時，泵被定位在全沖程。在這樣的情況下，凸輪環軸承流體流量可以終止。此外，這種泵參數容易被檢測或感知，例如在改變泵的排量沖程的致動器組件處。這種信息可以用在控制流到軸承供給通道的流量的閥中。圖4是應用電磁閥300來打開或關閉凸輪軸承流量的示意圖。例如，優選的電磁閥的一個實施例選擇是否將高壓供給軸承。這通過簡單的三通電磁閥實現。可替代地，電磁閥300選擇將低壓或高壓供給凸輪環軸承。更特別地，通過通道302供給低壓，所述通道302與來自上游增壓泵306的增壓排出壓力304連通，所述上游增壓泵306對在入口通道308處提供給增壓泵的入口壓力加壓。電磁閥300可將來自管線302的增壓排出壓力與凸輪軸承供給通道310連通，所述凸輪軸承供給通道310與示意性表示在上述類型的旋轉環葉片泵314上的外部 端口 312相關聯。可替代地，來自通道316的高壓在管線318中接收泵排出壓力，該管線318可替代地通過三通電磁閥300與凸輪軸承供給通道310連通。因此，電磁閥有利地選擇是否提供低壓或高壓給所述軸承。當然，本領域技術人員將認識到，可以結合其它外部閥裝置。在沒有不適當限制本發明的情況下，其它閥裝置可包括電動液壓伺服閥，或者與圖3中示出的類似的、但位于泵送元件外部的滑閥裝置。所述電動液壓伺服閥和滑閥裝置同樣允許對凸輪軸承流量的主動控制以達到任何所需的量。總而言之，所提出的裝置在各種運行條件下，例如低速下，選擇性地切斷或調整凸輪軸承流量。安放(ride)在軸承中的凸輪環由凸輪環和泵的葉片之間的摩擦力驅動。在低速時，其通常小于最大速度的百分之二十(20% )，葉片和凸輪環之間產生的摩擦力不足以高到啟動凸輪環的旋轉，因此凸輪環軸承流量是不需要的。在低速條件下軸承流量的減小或取消增加了泵送元件的容積效率，從而對于給定的流量，所需的泵排量較小，且因此允許泵送系統的尺寸設定點處于更希望的動力輸出條件下。這繼而減小了包裝尺寸和重量。在較高速度時，所提出的裝置將開啟凸輪軸承流量。在較高速度時，需要凸輪軸承流量以便適當地運行軸承和從而運行旋轉環葉片泵。本發明已參考優選實施例予以說明。通過閱讀和理解此說明書，可以想到其它修改和變型。本發明旨在包括所有這樣的修改和變型，只要它們在所附權利要求或其等同方案的范圍內。
權利要求
1.一種泵組件，包括 殼體，所述殼體具有與入口和出口連通的腔； 旋轉環可變排量葉片泵，所述葉片泵容納在所述腔中，用于將能量賦予所述腔中的流體； 流體軸承，所述流體軸承支撐所述腔中的泵；和 控制器，所述控制器響應⑴流體動壓軸承壓力、(ii)增壓流壓力和(iii)泵的沖程之一來選擇性地改變流到軸承的流體。
2.根據權利要求I的組件，其特征在于，當液體動壓壓力低時，所述控制器限制流到軸承的流體。
3.根據權利要求2的組件，其特征在于，在系統運行、啟動和動力輸出的熱夾點期間，所述控制器限制流到軸承的流體。
4.根據權利要求I的組件，其特征在于，所述控制器包括具有壓力表面的流量閥，所述壓力表面與來自增壓泵的排出壓力和來自增壓泵的入口壓力連通。
5.根據權利要求4的組件，其特征在于，所述流量閥位于殼體的壓力板內。
6.根據權利要求4的組件，其特征在于，所述流量閥朝關閉位置被偏壓。
7.根據權利要求I的組件，其特征在于，所述控制器包括與增壓排出壓力和泵排出壓力連通的電磁閥。
8.根據權利要求I的組件，其特征在于，所述電磁閥調節凸輪軸承流體向泵的供給。
9.根據權利要求I的組件，其特征在于，泵的沖程被監視并且泵的沖程致動一閥，所述閥響應泵的沖程來調節流到凸輪軸承的流體流量。
10.一種運行泵的方法，包括 提供具有與泵的入口和泵的出口連通的腔的殼體； 使在所述腔中的可變排量旋轉環葉片泵旋轉，以用于將能量賦予所述腔中的流體； 通過流體軸承將所述泵支撐在所述腔中；和 響應(i)流體動壓軸承壓力、(ii)增壓流壓力和(iii)泵的沖程之一選擇性地改變流到軸承的流體。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于，所述方法包括使用電磁閥，所述電磁閥響應增壓流動壓力以用于控制向流體軸承的流體供給。
12.根據權利要求10的方法，其特征在于，所述方法還包括在系統運行、啟動和動力輸出的熱夾點期間，限制流到軸承的流體。
13.根據權利要求10的方法，其特征在于，所述方法還包括在流體動壓壓力低時，限制流到軸承的流體。
14.根據權利要求10的方法，其特征在于，所述方法還包括提供具有壓力表面的流量閥，所述壓力表面與來自增壓泵的排出壓力和來自增壓泵的入口壓力連通。
15.根據權利要求14的方法，其特征在于，所述方法還包括將流量閥設置在泵內。
16.根據權利要求15的方法，其特征在于，所述方法還包括將流量閥設置在殼體的壓力板內。
17.根據權利要求10的方法，其特征在于，所述方法還包括監視泵的沖程，以及響應泵的沖程致動用于調節流到凸輪軸承的流體流量的閥。
全文摘要
本發明涉及一種泵組件，其包括具有與入口和出口連通的腔的殼體。旋轉環可變排量葉片泵容納在所述腔中。所述泵，特別是旋轉環，由流體軸承支撐在所述腔中。設有控制器，以便響應流體動壓軸承壓力、增壓流壓力和泵的沖程之一選擇性地改變流到軸承的流體流量。
文檔編號F04C14/06GK102933849SQ201080057536
公開日2013年2月13日 申請日期2010年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者R·J·尼振, M·A·克萊蒙茨 申請人:伊頓公司