带有推力控制的发动机超速保护的制作方法
【技术领域】
[0001]本PCT实用申请主张对具有美国专利申请编号61/811，753的标题为〃带有推力控制的发动机超速保护〃且具有2013年4月14日的提交日期的当前未决临时申请的优先权和来自其的益处，通过引用将其全部并入本文。
【背景技术】
[0002]公开的实施例大体关于燃气涡轮发动机。更特定地，但不借助于限制，本实施例涉及在误操作条件期间的燃气涡轮发动机的超速保护。
[0003]典型的燃气涡轮发动机大体具有前端和后端，它们带有轴向地定位在它们之间的其数个芯或推进构件。空气入口或进口位于发动机的前端处。按顺序朝向后端移动，在进口后跟随有:压缩机、燃烧室以及涡轮。本领域技术人员将易于理解，附加构件也可包括在发动机中，例如低压与高压压缩机，和高压与低压涡轮。但是，这不是详尽的列表。发动机还典型地具有内部轴，其沿着发动机的中心纵轴线轴向地布置。内部轴连接至涡轮和空气压缩机两者，使得涡轮向空气压缩机提供旋转输入来驱动压缩机叶片。
[0004]在操作中，空气在压缩机中被加压并且在燃烧器中与燃料混合以用于产生向下游流动穿过涡轮级的热燃烧气体。这些涡轮级从燃烧气体取出气体能量并且将其转换成机械能。高压涡轮首先从燃烧器接收热燃烧气体并包括定子喷嘴组件，其引导燃烧气体向下游穿过从支撑转子盘径向向外延伸的一组高压涡轮转子叶片。在二级涡轮中，第二级定子喷嘴组件定位在第一级叶片的下游，该第一级叶片依次跟随有从第二支撑转子盘径向向外延伸的一组第二级转子叶片。
[0005]在误操作条件中，燃气涡轮发动机燃料系统通常默认两种条件中的一个。在一个条件中，发动机燃料供应停止并且利用燃料停止系统关闭发动机。在第二条件中，发动机燃料以如下这种方式供应:使得利用流体力学超速调节器使发动机在高速下、在或接近红线条件下运转。这些控制燃料流或发动机操作条件的方法均不是最佳的。
[0006]如通过前述可见，期望利用燃气涡轮发动机构件克服这些和其它不足，使得在正常的燃料计量和闸首区系统中的故障的情况下燃料流可被控制并且维持正常的发动机操作。
【发明内容】
[0007]根据本方面，提供了带有推力控制的发动机超速保护。系统允许燃料流与正常的燃料计量和闸首区系统无关地被限制且被控制。更具体地，系统在增加或限制发动机燃料流的燃料计量、旁通或节流阀中的故障期间提供对节流阀要求的响应。
[0008]根据一些方面，发动机超速保护系统包括燃料栗，其与燃料供应和燃料控制系统流连通，燃料栗包括离心元件和容积式元件。容积式元件与离心元件流连通。容积式元件具有入口和出口。旁通阀回路可与入口和出口流连通，并且其中，旁通阀入口与容积式元件出口流连通，并且旁通阀出口与容积式元件入口流连通。
[0009]根据其它方面，发动机超速保护系统包括:燃料栗，其与燃料供应和燃料控制系统流连通，该燃料栗包括离心元件和离心增压元件，离心增压元件与离心元件流连通，离心增压元件具有入口和出口 ；旁通阀回路，其与入口和出口流连通，并且其中，旁通阀入口与容积式元件出口流连通，而旁通阀出口与离心增压元件入口流连通。
[0010]所有上述概括的特征应理解为仅作为示范，并且可从本文中的公开收集更多的本发明的特征和目的。因此，没有对整个说明书、权利要求以及同此包括的附图的进一步阅读，就不能理解本总结的限制性阐述。
【附图说明】
[0011]这些示例性实施例的上述和其它特征和优点以及获得它们的方式将变得更显而易见，并且通过参考结合附图的实施例的下列说明，带有推力控制特征的发动机超速保护将被更好地理解，其中:
图1是示例性燃气涡轮发动机的侧视剖面图；
图2是带有推力控制的发动机超速保护系统的一个实施例的示意图；以及图3是带有图2的推力控制的发动机超速保护系统的备选实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0012]现在将详细地参照在附图中示出其一个或更多个实例的提供的实施例。借助于说明而不是对公开实施例的限制提供各个实例。事实上，在本发明中可进行各种更改和变型而不脱离本公开的范畴和精神这点对于本领域专业人员是显而易见的。例如，示出或描述作为一个实施例的部分的特征可用于其它实施例以仍产生其它实施例。因此，本发明意图覆盖这种在所附权利要求的范围内的更改和变化，以及它们的等同物。
[0013]参照图1至3，教导了燃气涡轮发动机的各种实施例，其中，在故障条件中提供了发动机超速保护和推力控制。根据一个实施例，利用具有伺服机构控制的容积式栗旁通件的燃料栗系统。根据第二实施例，利用伺服机构控制的离心栗旁通件。提议的实施例提供了绕燃料栗的旁通件，从而提供了与燃料计量系统无关的燃料流速被调整和控制的能力。
[0014]如在本文中所使用的，用语“轴向”或“轴向地”意指沿着发动机的纵轴线的尺寸。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“向前”意指在朝向发动机入口、或与另一构件相比相对更接近发动机入口的构件的方向上移动。结合“轴向”或“轴向地”使用的用语“向后”意指在朝向发动机喷嘴、或与另一构件相比相对更接近发动机喷嘴的构件的方向上移动。
[0015]如在本文中所使用的，术语“径向”和“径向地”意指在发动机的中央纵轴线和外部发动机环境之间延伸的尺寸。单独或与术语“径向”或“径向地”结合的术语“近端”或“近端地”的使用意指在朝向中心纵轴线的方向上移动，或与另一构件相比，构件相对更接近中心纵轴线。单独或与术语“径向”或“径向地”结合的术语“远端”或“远端地”的使用意指在朝向外发动机环境的方向上移动，或与另一构件相比，构件相对更接近外发动机环境。
[0016]如在本文中所使用的，术语“横向”或“横向地”意指垂直于轴向和径向尺寸两者的尺寸。术语“向前”、“向后”、“较高”、“较低”、“在…之下”等参照发动机的名义操作姿态并且不应认为是另外限制的。
[0017]所有的方向参考(例如，径向、轴向、近端、远端、较高、较低、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、在…之上、在…之下、竖直、水平、顺时针、逆时针)仅仅用于鉴别目的来有助于读者的本发明的理解，并且不产生限制，尤其关于本发明的位置、朝向、或使用。连接参考(例如，附接的、联接的、连接的、以及结合的)应当被广泛地理解，并且可包括在元件的收集之间的中间构件和在元件之间的相对移动，除非另外地指示。同样地，连接参考不一定表示两个元件直接连接并且为相对彼此固定的关系。示例性附图仅仅用于示出的目的，并且在其附图中反射的尺寸、位置、顺序和相对尺寸可改变。
[0018]首先参照图1，燃气涡轮发动机10的示意侧视剖视图显示为具有发动机入口端12，其中，空气进入推进器或芯13，其大体由压缩机14、燃烧器16以及多级高压涡轮20限定。共同地，在操作期间推进器13提供功率。燃气涡轮机10可用于航空、功率产生、工业、航海等。
[0019]在操作中，空气进入穿过发动机10的空气入口端12并移动穿过在其中空气压力增加并被引导至燃烧器16的至少一个压缩级。将压缩空气与燃料混合并燃烧，从而提供离开燃烧器16朝向高压涡轮20的热燃烧气体。在高压涡轮20处，将能量从引起涡轮叶片的旋转的热燃烧气体抽出，该旋转转而引起绕发动机轴线26的轴24的旋转。轴24朝向发动机的前方行进，来根据涡轮设计持续一个或更多个压缩机级14、涡扇18或入口风扇叶片的旋转。涡扇18可操作地连接至低压涡轮21并产生用于涡轮发动机10的推力。也可利用低压涡轮21来抽取进一步的能量，并且推动额外的低压压缩机级或增压器以及涡扇18。
[0020]燃气涡轮10绕发动机轴线26或轴24轴对称，使得各种发动机构件绕其旋转。轴对称轴24延伸穿过涡轮发动机10前端并进入后端，并且通过沿着轴结构的长度的轴承而轴转。轴24绕发动机10的中心线26旋转。轴24可为中空的来允许在其中且与轴24旋转无关的一个或更多个低压涡轮轴28的旋转。轴28也绕发动机的中心线轴线26旋转，并且可在与轴24相同或不同的方向上旋转。在操作期间，轴28随同连接至轴的其它结构(例如，涡轮的转子组件)旋转，以便产生用于在功率和工业或航空使用领域中使用的各种类型的涡轮的功率或推力。
[0021]现参照图2，显示了带有推力控制的发动机超速保护系统40的第一实施例的示意图。图2表示了简化的示意图。出于简明性，省略了过滤器、换热器、促动器、阀、以及可在各种位置中合并的其它构件。发动机超速保护系统40包括受控制的绕主燃料栗的燃料旁通路径或回路60，其与燃料计量或控制系统70无关地以受控制的方式限制了前进至发动机的燃料流。发动机超速保护系统40包括燃料栗系统50和燃料控制系统70。燃料栗系统50将燃料栗压至燃料控制系统70，其计量流向燃烧器16(图1)以用于燃烧的燃料。
[0022]燃料栗系统50包括燃料供应52和燃料输出54。在绘出的示意图中，燃料从左向右移动。但是，这不应当被认为是限制。在燃料栗系统50的内部内的是绘出为离心元件56的增压级。离心元件56的输入与燃料供应52流体连通。在离心元件56的输出处的是例如具有齿轮元件58、59的容积式级57。容积式级57可由齿轮元件、静叶元件、或活塞元件组成。齿轮元件58、59起作用来将燃料从燃料栗系统50引导至燃料控制系统70。
[0023]燃料栗系统50还包括旁通回路60。旁通回路入口 62布置在齿轮元件58、59下游。旁通回路出口 64延伸回齿轮元件58、59的上游侧。旁通回路60包括旁通阀66，其通过经由旁通伺服机构67的发动机控制定位，并且在正常操作期间保持关闭。在发动机燃料控制系统70中，如果燃料计量阀76不能打开，或旁通阀80不能关闭，那么将有比发动机控制所命令的更多的燃料流被输送至发动机。在该情况下，旁通阀66通过旁通阀伺服机构67定位，来调整在燃料栗输出54处输送、穿过旁通回路60的燃料流的量，同时仍然提供充足的燃料来保持发动机操作并响应节流阀需求。在故障条件下，旁通回路60变为发动机燃料计量系统。这通过选取最少阻力的路径的流实现。旁通回路60还可包括过压安全阀68。过压安全阀68可与回路60无关或可与回路60结合。过压安全阀68用来限制在发动机燃料系统中的燃料流的部分或完全阻塞的情况下的栗排放压力。
[0024]现参照燃料控制系统70，在燃料控制系统70处从燃料栗系统50接收燃料。燃料控制系统70包括输入72和输出74。燃料控制系统70还包括燃料计量阀76，其与输入72