专利名称：供应发动机放出空气到航空器的集成喷射器阀组件和方法
技术领域：
本发明的领域大体涉及放出空气(bleed air)系统，且更具体而言涉及用于向航空器供应放出空气的集成喷射器阀组件的方法和系统。
背景技术：
至少某些已知的航空器使用发动机放出空气用于机舱加压，在航空器上的防冰和其它功能。在大部分操作条件下必须减小放出空气压力以提供调节的空气供应。发动机放出空气压力随着发动机速度和操作海拔而显著地变化。发动机典型地具有两个放气提取端口 低压(LP)端口，只要可能就使用该低压(LP)端口 ；以及高压(HP)端口，其仅用于高海拔和/或低发动机速度条件下当LP放气压力不足以供应航空器的需要时。喷射器常常能有益地使用某些调节的HP放出空气来促进LP流和在LP压力低于所需时提取LP流。压力调节和截止阀控制放出空气系统压力。通常提供LP止回阀(NRV) 以保证没有从HP放气端口到LP放气端口的回流。当LP空气压力不足时，HP压力调节和截止阀控制空气从HP放气端口的流动。典型喷气发动机具有两个放出空气提取端口，低压(LP)放气端口和高压(HP)放气端口。每当LP放气端口压力充足时通过使用LP空气而使得发动机效率最高。HP放气端口仅当需要时用于供应放出空气。在控制放出空气系统压力时以LP模式和HP模式从每个发动机提取相等的放出空气流量常常是有利的。已知的放出空气系统包括在放气端口下游的压力调节器，其也可提供截止功能， 因此它们被称作压力调节截止阀(PRS0V)。当LP压力大于所需放气系统压力时，LP NRV防止回流到发动机LP放气端口内。当LP空气压力不足时，打开高压截止阀(SOV)。在某些情况下，这种阀也为压力调节阀(HPI3RSOV)。从LP到HP的过渡通常是突然的。当LP压力不足时，HP截止阀(SOV)或HPTOSOV 在某些情况下打开。来自HP部分的更高压力关闭LP逆止阀以防止回流。整个流动然后由 HP放气端口供应。在某些构造中，LP NRV和LP逆止阀功能由同一部件来执行。但是，这些系统包括许多部件，每个部件各包括很多零件。个别零件必须有存货以用于维护和维修操作且部件数量添加了航空器的重量，从而造成了效率损失。
发明内容
在一实施例中，一种集成喷射器阀组件包括第一阀组件，其构造成控制来自第一入口端口的相对较低压力流体流；第二阀组件，其构造成控制来自第二入口端口的相对较高压力流体流；第一促动腔室，其构造成关闭第一阀组件；第二促动腔室，其构造成关闭第二阀组件；以及第三促动腔室，其构造成打开第二阀组件。在另一实施例中，一种使用第一集成喷射器阀组件将发动机放出空气供应到航空器的方法包括使用第一阀组件控制在第一集成喷射器阀组件处接收的相对较低压力流体流；使用第二阀组件控制在第一集成喷射器阀组件处接收的相对较高压力流体流；使用受控制的相对较低压力流体流和受控制的相对较高压力流体流来维持在第一集成喷射器阀组件的出口中的压力。在又一实施例中，一种航空器系统包括第一燃气涡轮发动机，其包括第一高压放气端口和第一低压放气端口 ；第二燃气涡轮发动机，其包括第二高压放气端口和第二低压放气端口 ；发动机放出空气集管，其构造成引导处于可选择压力的放出空气到航空器。该航空器系统还包括第一集成喷射器阀组件，其在第一高压放气端口和第一低压放气端口与发动机放出空气集管之间联接成流动连通；第二集成喷射器阀组件，其在第二高压放气端口和第二低压放气端口与发动机放出空气集管之间联接成流动连通；控制器，其通信地联接到第一集成喷射器阀组件和第二集成喷射器阀组件，该控制器构造成基本上匹配第一集成喷射器阀组件与第二集成喷射器阀组件的输出流量。
图1至图3示出本文所述的方法和系统的示例性实施例。图1为根据本发明的示例性实施例的航空器放出空气系统的示意方块图；图2为根据本发明的示例性实施例在图1所示的集成喷射器阀组件的示意方块图；以及图3为根据本发明的示例性实施例在图1所示的集成喷射器阀组件的等距截面图。
具体实施例方式下文的详细说明以举例方式而不是限制方式说明了本发明的实施例。应预期本发明具有在工业、商业和住宅应用中的放出空气系统的通常应用。如本文所用的，以单数形式陈述且前面有词“一”的元件或步骤应理解为并不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述这种排除。另外，在本发明中对“一个实施例”的提及不意图理解为排除也合并所陈述的特点的额外实施例的存在。图1为根据本发明的示例性实施例的航空器放出空气系统100的示意方块图。在该示例性实施例中，航空器放出空气系统100包括放出空气集管102，多个放出空气负载 104从放出空气集管102抽取预定压力的放出空气供应。在放出空气集管102内的压力使用包括集成喷射器阀组件的一个或多个放出空气控制回路而维持在预定范围。在该示例性实施例中，航空器放出空气系统100包括带第一集成喷射器阀组件106的第一放出空气控制回路105且包括带第二集成喷射器阀组件108的第二放出空气控制回路107。每个集成喷射器阀组件供应有来自相关燃气涡轮发动机114、116的低压(LP)放气端口 110、112的相对较低压力放出空气，并且供应有来自高压(HP)放气端口 120和122的较高压力放出空气。集成喷射器阀组件能在所有操作条件下控制下游放出空气压力，在LP压力足够时排它地使用LP放出空气且当LP压力不足时利用HP流进行增大。在本发明的一实施例中，在集成喷射器阀组件106和108内的阀元件受到电子控制器124的控制，电子控制器IM包括处理器126。在替代实施例中，使用常规气动信号来控制阀元件。促动阀元件的压力从HP放气端口 120和122引导且由受电子或气动控制器
51 控制的力矩马达伺服阀(在图1中未示出)运送到各个腔室。由于这种控制灵活性，阀元件可用作流量控制阀，压力调节阀或者截止阀，而没有硬件变化。集成喷射器阀组件106 和108也用于使得燃气涡轮发动机114与116之间的流量相等。在示例性实施例中，集成喷射器阀组件106和108被描述为使用从下游流量计128 和130引导到控制器124的流量信号的流量控制阀，控制器124控制位于集成喷射器阀组件106和108内的阀元件(例如但不限于针阀和提升阀)的位置。为了说明，假定放出空气压力必须维持在30psig与40psig之间。32士2psig的压力范围设置分配用于HP操作且38士2psig的压力范围设置分配用于LP操作。应当指出的是这些压力带并不重叠。每当放气系统压力高于HP设置点时，HP针阀将完全关闭。每当压力低于LP设置点时，LP提升阀将完全打开。每当压力高于LP设置点时，提升阀将完全关闭以防止从HP放气端口 120或122分别到LP放气端口 110或112的回流。图2为根据本发明的示例性实施例的集成喷射器阀组件106或108(在图1中示出)的示意方块图。为了易于描述，仅描述了集成喷射器阀组件106，集成喷射器阀组件 108基本上相同。在该示例性实施例中，集成喷射器阀组件106包括第一阀组件200，其构造成控制来自第一入口端口 202的相对较低压力流体流。第一阀组件200包括阀座204和阀构件206，诸如但不限于提升阀。集成喷射器阀组件106还包括第二阀组件208，其构造成控制来自第二入口端口 210的相对较高压力流体流。第二阀组件208包括阀座212和阀构件214，诸如但不限于针阀。集成喷射器阀组件106还包括第一促动腔室216，其构造成关闭第一阀组件200 ；第二促动腔室218，其构造成关闭第二阀组件208 ；以及第三促动腔室 220，其构造成打开第二阀组件208。在该示例性实施例中，集成喷射器阀组件106包括喷射器222，其构造成使用相对较高压力流体流来便于增加相对较低压力流体流。充当节流元件的第二阀组件208由在喷射器222的主喉部中的针形件来控制HP流。次LP流由喷射器 222夹带。第一力矩马达伺服阀(在图2中未示出)包括歧管，其具有多个通路(在图2中也未示出)，多个通路构造成控制在第一促动腔室216中的压力。第二力矩马达伺服阀223 包括歧管224，其具有多个通路226，多个通路构造成控制在第二促动腔室218与第三促动腔室220之间的压差。在该示例性实施例中，第一阀组件200构造成维持在集成喷射器阀组件106的出口 2 处的压力大于第一预定压力范围，并且第二阀组件208构造成维持在集成喷射器阀组件106的出口处的压力大于第二预定压力范围，其中第一压力范围大于第二压力范围且其中第一范围和第二范围并不重叠。纵向轴线227从入口 202延伸通过集成喷射器阀组件106到出口 228，并且在各种实施例中延伸通过与出口 2 流动连通的混合腔室2四。在操作期间，集成喷射器阀组件106能控制在所有操作条件下的下游放出空气压力，在LP压力足够时排它地使用LP放出空气且当LP压力不足时利用HP流进行增大。集成喷射器阀组件106的元件受到控制器124的控制。在该示例性实施例中，控制器IM为电子控制器。在替代实施例中，控制器IM为气动控制器，其构造成利用气动信号来控制阀元件。促动第一阀组件200和第二阀组件208的压力从HP放气端口 120(在图 1中示出)引导且由受控制器1 控制的力矩马达伺服阀223运送到各个腔室。由于这种控制灵活性，第一集成喷射器阀组件106和第二集成喷射器阀组件108可用作流量控制阀，压力调节阀或者截止阀，而没有硬件变化。喷射器阀也可用于使得多发动机航空器的发动机之间的流量相等。在该示例性实施例中，集成喷射器阀组件106和108被描述为使用从下游流量计 1 和130引导到控制器IM的流量信号的流量控制阀，控制器IM控制位于集成喷射器阀组件106和108内的阀元件(例如但不限于针阀和提升阀)的位置。如上文所述，如果假定放出空气压力要维持在30psig与40psig之间。例如 32士2psig的压力范围设置可选择用于HP操作且例如38士2psig的压力范围设置可选择用于LP操作。每当放气系统压力高于HP设置点时，HP针阀将完全关闭。每当压力低于LP 设置点时，LP提升阀将完全打开。每当压力高于LP设置点时，提升阀将完全关闭以防止从 HP放气端口 120或122分别到LP放气端口 110或112的回流。首先将一侧的操作认为是HP和LP压力调节器。在闲置时，第一弹簧230保持第一阀组件200关闭。第二阀组件208由第二弹簧232保持关闭，第二弹簧232具有足够的力来保持无动力的第二阀组件208在最大下游管压力下关闭以防止回流且保证截止。无动力的力矩马达伺服阀223将HP放出空气导向至腔室216和218，从而在发动机起动期间保持第一阀组件200和第二阀组件208关闭。当发动机运行且促动放出空气系统时，在放出空气系统压力较低时，最初促动LP 和HP流动控制回路。HP空气经由喷射器222抽吸LP空气。由于放出空气压力升高到高于32psi，故第二阀组件208缓慢地关闭。如果压力继续升高，指示存在来自LP管的足够压力来供应放出空气需要，则第二阀组件208将完全关闭且该系统将仅从调节为38psi的LP空气供应。较大需求，诸如机翼防冰系统的促动，使得系统压力降低。如果存在不足LP放出能力来在此较高流量维持38psi，则压力将继续降低，直到其降低到HP针阀操作范围内。针阀缓慢地打开，从而抽吸LP空气以与HP空气混合。针阀继续打开直到压力到达32psi。如果LP压力降低到如此低而使得抽吸停止，则将不存在来自LP放气端口 110的流动，并且不存在流动力维持第一阀构件206打开，因此第一阀构件206将关闭，从而充当逆止阀以防止回流。当LP压力升高到高于32psi时，横跨第一阀构件206的ΔΡ将使得第一阀构件 206打开，从而恢复来自LP放气端口 110的流动。这种流动可使得压力升高到高于32psi 的HP设置点，在此情况下，第二阀组件208将关闭，或者其可维持中间位置以在喷射器222 的辅助下供应总流动的部分。在使用两个发动机的航空器的操作期间，其中每个发动机配备有独立地操作以维持共同的下游放气系统压力的集成喷射器阀组件106或108，控制器IM也用于平衡左发动机流量和右发动机流量。如之前所述，第二阀组件208试图在其相应集成喷射器阀组件106或108的出口处维持32psi，并且第一阀组件200试图在其相应集成喷射器阀组件106或108的出口处维持38psi。同时，控制器1 监视通过每个回路105和107的流量。如果通过一个回路的流量高于通过另一回路的流量，则控制器1 传输信号以偏压相关的第一阀组件200和第二阀组件208更加关闭。此偏压信号逐渐地增加直到左发动机流量和右发动机流量近似相等。这种流量平衡意图比压力控制功能更缓慢地响应，但是持久且继续，使得在压力瞬变后流量再次重新平衡。单个放气系统压力信号由控制器1 用于控制所有压力和流量调节功能。这个信号可为两个或更多个压力传感器的平均值，或者三个传感器可进行表决(vote)以排除有故障的传感器。使用单个复合信号使得任何压力漂移相等地影响两侧和所有压力。为了便于系统压力稳定性，充当LP压力调节器的第一阀组件200构造成响应相对较快，充当HP压力调节器的第二阀组件208构造成响应更慢，且流量平衡偏压构造成响应最慢。图3为根据本发明的示例性实施例的集成喷射器阀组件106(在图1中示出)的等距截面图。本发明的替代实施例包括将逆止阀定位于第二阀组件208上游且移除提升返回弹簧230。在各种实施例中，提升端或针形端可具有锥形截面、球形截面或仿形截面。一个或两个阀元件可利用直接来自气动参考调节器的气动压力进行促动，从而避免了对电子控制器的需要。在单个集成喷射器阀组件中实现的放出空气控制功能包括HP放出空气和 LP放出空气的截止；LP逆止阀用于防止HP空气的回流；在HP放气提取模式与LP放气提取模式中的放出空气压力调节；在左发动机与右发动机之间的流量平衡；每当充分LP放气压力可用时LP放出空气的优先使用；以及当LP压力在边际时经由喷射器利用HP空气抽吸 LP空气以提取LP放出空气。如本文所用的术语处理器指中央处理单元，微处理器、微控制器、精简指令集合电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能实行本文所述的功能的任何其它电路或处理器。如本文所用的术语“软件”和“固件”是可互换的，且包括存储于存储器中由处理器126实行的任何计算机程序，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM 存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上文所述的存储器类型只是示例性的，且因此并不限制可用于存储计算机程序的存储器类型。如将基于前文的说明书所理解的那样，本公开的上文所述的实施例可使用计算机编程或工程设计的技术来实施，包括计算机软件、固件、硬件或其任何组合或子集，其中技术效果为基于输出流量来控制集成喷射器阀组件的偏压以使用LP放出空气和(若需要)HP 放出空气来匹配该流量。任何这样得到的程序，具有计算机可读的代码工具，可实施或设于一个或多个计算机可读媒体中，从而做出根据本公开的讨论实施例的计算机程序产品，即制品。计算机可读媒体可为(例如但不限于)固定(硬)驱动、软盘、光盘、磁带、诸如只读存储器(ROM)的半导体存储器，和/或任何传输/接收媒体，诸如因特网或其它通信网络或链路。通过实行直接来自一个媒体的代码，通过将代码从一个媒体复制到另一媒体或者通过在网络上传输代码，可做出和/或使用包含计算机代码的制品。使用单个外壳集成低压(LP)和高压(HP)集成喷射器阀组件来供应放出空气的方法和系统的上述实施例提供成本节约的且可靠的手段来供应放出空气到航空器。集成喷射器阀组件在单个外壳中合并了 LP调节器组件、HP调节器组件、喷射器和截止阀构件，从而提供具有更少零件和减少重量的更简单的组件。简易性提供更高可靠性和更低制造成本。 低重量总是航空器设备的优点。因此，本文所述的方法和系统便于以成本节约的且可靠的方式进行与航空器相关的操作和维护活动。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，且也能使本领域技术人员实践本发明，包括做出和使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种集成喷射器阀组件，包括第一阀组件，其构造成控制来自第一入口端口的相对较低压力流体流； 第二阀组件，其构造成控制来自第二入口端口的相对较高压力流体流； 第一促动腔室，其构造成关闭所述第一阀组件； 第二促动腔室，其构造成关闭所述第二阀组件；以及第三促动腔室，其构造成打开所述第二阀组件。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一阀组件包括提升阀。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第二阀组件包括针阀。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括喷射器，其构造成使用所述相对较高压力流体流来便于增加所述相对较低压力流体流。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括第一歧管，其包括多个通路，所述多个通路构造成控制所述第一促动腔室中的压力。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，还包括第二歧管，其包括多个通路，所述多个通路构造成控制在所述第二促动腔室与所述第三促动腔室之间的压差。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一阀组件构造成维持在所述集成喷射器阀组件的出口处的压力大于第一预定压力范围，所述第二阀组件构造成维持在所述集成喷射器阀组件的出口处的压力大于第二预定压力范围，其中，所述第一压力范围大于所述第二压力范围，并且其中，所述第一范围和第二范围并不重叠。
8.一种使用第一集成喷射器阀组件将发动机放出空气供应到航空器的方法，所述方法包括使用第一阀组件控制在所述第一集成喷射器阀组件处接收的相对较低压力流体流； 使用第二阀组件控制在所述第一集成喷射器阀组件处接收的相对较高压力流体流； 使用受控制的相对较低压力流体流和受控制的相对较高压力流体流来维持在所述第一集成喷射器阀组件的出口中的压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括从燃气涡轮发动机上的放气端口接收所述相对较低压力流体流和所述相对较高压力流体流中的至少一个。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，控制相对较低压力流体流还包括，使用所述相对较高压力流体流通过位于所述第一集成喷射器阀组件内的喷射器来抽吸所述相对较低压力流体流。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括基于来自所述第一集成喷射器阀组件的出口流偏压所述第一阀组件和所述第二阀组件中的至少一个。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括使用第二集成喷射器阀组件来将所述发动机放出空气的一部分供应到航空器。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将第二集成喷射器阀组件的出口联接到所述第一集成喷射器阀组件的出口。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将发动机放出空气供应到航空器包括 将发动机放出空气供应到航空器，使用第一集成喷射器阀组件供应所述发动机放出空气的第一部分和使用第二集成喷射器阀组件供应所述发动机放出空气的第二部分； 测量所述第一部分的流量和所述第二部分的流量；以及调整所述第一部分和所述第二部分中的至少一个的流量，使得所述第一部分和所述第二部分的流量基本上相等。
15.一种航空器系统，包括第一燃气涡轮发动机，其包括第一高压放气端口和第一低压放气端口 ；第二燃气涡轮发动机，其包括第二高压放气端口和第二低压放气端口 ；发动机放出空气集管，其构造成引导处于可选择压力的放出空气到所述航空器；第一集成喷射器阀组件，其在所述第一高压放气端口和所述第一低压放气端口与所述发动机放出空气集管之间联接成流动连通；第二集成喷射器阀组件，其在所述第二高压放气端口和所述第二低压放气端口与所述发动机放出空气集管之间联接成流动连通；控制器，其通信地联接到所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件， 所述控制器构造成基本上匹配所述第一集成喷射器阀组件与所述第二集成喷射器阀组件的输出流量。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的至少一个包括第一阀组件和第二阀组件，所述第一阀组件构造成维持所述发动机放出空气集管处的压力大于第一预定压力范围，所述第二阀组件构造成维持所述发动机放出空气集管处的压力大于第二预定压力范围，其中，所述第一压力范围大于所述第二压力范围，并且其中，所述第一范围和第二范围并不重叠。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的至少一个包括偏压组件，所述偏压组件构造成从所述控制器接收偏压命令，所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的所述至少一个构造成使用所述偏压命令来调整所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的至少一个的相应一个的输出流量。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的至少一个包括偏压组件，所述偏压组件构造成从所述控制器接收偏压命令，所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的所述至少一个构造成使用位于所述集成喷射器阀组件内的相关的第一阀组件和第二阀组件中的至少一个来调整所述第一集成喷射器阀组件和所述第二集成喷射器阀组件中的至少一个的相应一个的输出流量。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述偏压组件包括偏压构件，所述偏压构件构造成将所述第一阀组件和所述第二阀组件偏压到关闭位置。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述偏压组件包括电定位组件和气动定位组件中的至少一个。
全文摘要
提供一种用于集成喷射器阀组件的方法和系统。该集成喷射器阀组件包括第一阀组件，其构造成控制来自第一入口端口的相对较低压力流体流；第二阀组件，其构造成控制来自第二入口端口的相对较高压力流体流；第一促动腔室，其构造成关闭第一阀组件；第二促动腔室，其构造成关闭第二阀组件；以及第三促动腔室，其构造成打开第二阀组件。
文档编号F01D17/14GK102472167SQ201080030248
公开日2012年5月23日 申请日期2010年5月13日 优先权日2009年6月30日
发明者A·基里亚佐普罗斯, B·J·布里, K·韦伯, P·C·海陶尔 申请人:通用电气航空系统有限责任公司