用于防止燃气涡轮发动机中的燃料泄漏的系统和方法
【专利摘要】公开一种用于防止燃气涡轮发动机中的燃料泄漏的系统和方法。燃料蓄积系统包括流体连接至燃料歧管通道的控制阀部分和在第一侧流体连接至所述控制阀部分的蓄积器阀部分。控制阀部分配置用于控制在燃料歧管通道中流动的流体的膨胀。蓄积器阀部分配置用于接收穿过控制阀部分在燃料歧管通道中膨胀的流体。
【专利说明】用于防止燃气涡轮发动机中的燃料泄漏的系统和方法
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请案要求2012年4月27日提交的第61/639，627号美国临时专利申请案的优先权，该申请案以整体引用方式并入本文中。
【背景技术】
[0003]本发明领域总体涉及燃料泄漏防止，并且更具体地说，涉及用于防止燃气涡轮发动机中的燃料泄漏的方法和燃料蓄积器(accumulator)系统。
[0004]为了满足对燃料效率和污染物的严苛要求，飞机涡轮风扇发动机产生大量的热。在这些发动机关闭期间，发动机热量流动至发动机的更冷的部分，这可被称为回渗(soakback)。回渗可导致比发动机的其他部分更冷的燃料歧管在温度上增加。燃料歧管在发动机关闭时为闭合系统，所以随着温度上升，燃料压力因为大量燃料膨胀而增加。如果压力上升到高于燃料喷嘴的开启压力(cracking pressure),那么燃料将泄漏进热的发动机中，从而导致燃料蒸气从发动机的入口和排气口泄漏出来。该蒸气会影响飞机认证和顾客认可，并且增加与操作发动机相关的成本。
[0005]设计使热量能够逃逸的通风系统一般需要长的研制周期(lead time)以及与发动机的困难的集成，这两者都增加了实施通风系统的成本。因此，这些发动机需要一种系统，所述系统能防止燃料歧管中的压力增大，从而防止燃料泄漏进发动机中。
【发明内容】
[0006]一方面，提供用于燃气涡轮发动机的燃料蓄积系统。所述燃料蓄积系统包括流体连接至燃料歧管通道的控制阀部分，和在第一侧流体连接至控制阀部分的蓄积器阀部分。控制阀部分配置用于控制在燃料歧管通道中流动的流体的膨胀。蓄积器阀部分配置用于接收通过控制阀部分在燃料歧管通道中膨胀的流体。
[0007]另一方面，提供防止燃气涡轮发动机中的燃料泄漏的方法。所述方法包括使用流体连接至燃料歧管通道的控制阀部分来控制在燃料歧管通道中流动的流体的膨胀，以及在流体连接至控制阀部分的蓄积器阀部分处接收通过控制阀部分在燃料歧管通道中膨胀的流体。
[0008]又一方面，提供一种燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括燃料分体阀和连接至所述燃料分体阀的燃料蓄积系统。燃料蓄积系统包括流体连接至燃料歧管通道的控制阀部分，和在第一侧流体连接至控制阀部分的蓄积器阀部分。控制阀部分配置用于控制在燃料歧管通道中流动的流体的膨胀。蓄积器阀部分配置用于接收通过控制阀部分在燃料歧管通道中膨胀的流体。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为用于推动飞机的示例性核心发动机组件的示意图。
[0010]图2为在发动机关闭开始时的在图1所示的燃气涡轮发动机中使用的示例性蓄积器系统的示意图。
[0011]图3为在发动机启动时的在图1和2所示的燃气涡轮发动机中使用的示例性蓄积器系统的示意图。
[0012]图4为在图1-3中所示的蓄积器系统的示意图，所述蓄积器系统连接至燃气涡轮发动机的燃料分体阀以形成FSVA。
【具体实施方式】
[0013]以下详细描述以举例的方式而不是限制的方式说明蓄积器系统和装配所述蓄积器系统的方法。本说明书使得本领域的普通技术人员能够制造和使用本公开，并且本说明书说明了本公开的若干实施例，包括目前被认为是执行本公开的最佳模式。在本说明书中本公开被描述为适用于优选实施例，即蓄积器和装配所述蓄积器的方法。然而，可以预期本公开在广泛范围的系统中以及在各种工业和/或消费者应用中具有对蓄积器的一般应用。
[0014]图1为用于推动飞机的示例性燃气涡轮发动机(GTE)组件100的示意图。GTE组件100包括核心发动机102，所述核心发动机102包括高压压缩机106、燃烧器108和高压涡轮机110。GTE组件100还包括风扇组件104和低压涡轮机112。在操作中，空气流经风扇组件104，并且压缩空气从风扇组件104供应至高压压缩机106。高压缩的空气被传送至燃烧器108。来自燃烧器108的排气驱动旋转涡轮机110和112，并且通过排气系统114离开GTE组件100。
[0015]GTE组件100进一步包括大体环形的外罩116，所述外罩116围绕风扇组件104并且与核心发动机102径向向外间隔开。在示例性实施例中，燃料蓄积器系统120在外罩116内连接至核心发动机102，以允许在发动机关闭时燃料蒸气膨胀而不泄漏核心发动机102内剩余的燃料。在替代性实施例中，蓄积器系统120可在外罩116内连接至允许它如本说明书所描述那样起作用的任何地方。
[0016]图2为在发动机关闭开始时的如图1所示的蓄积器系统120的示意图。蓄积器系统120包括控制阀部分200和蓄积器部分202。控制阀部分200限定控制阀室204并且包括控制阀206，所述控制阀206通过一个或多个ο型环密封件208和弹簧210可滑动地连接在控制阀室204内。蓄积器部分202限定蓄积器室212并且包括蓄积器活塞214。蓄积器活塞214包括流体连接至高压通道226 (以下讨论)的下游的高压侧215，和流体连接至低压排出通道(以下讨论)的下游的低压侧217。蓄积器活塞214通过一个或多个ο型环密封件216可滑动地连接在蓄积器室212内。
[0017]控制阀部分200通过燃料歧管通道218和排出通道220流体连接至发动机的燃料系统(未示出)。控制阀部分200通过蓄积器通道222流体连接至蓄积器部分202。当控制阀206在闭合位置(图2所示)时，燃料歧管通道218与蓄积器通道222闭合隔离。当进入高压通道226的燃料压力大于由弹簧210和低压排出通道220以相反方向施加的力时，控制阀206闭合。当控制阀206闭合时，弹簧210被迫进入收缩位置。可替代地，当控制阀206在第二或打开位置(图3所示)时，来自弹簧210的力和在排出通道220处的压力克服来自高压通道226的压力，从而打开通过燃料歧管通道218进入蓄积器通道222的通路。
[0018]蓄积器部分202流体连接至蓄积器通道222和环境空气通道224。当从环境空气通道224进入蓄积器室212的压力大于进入蓄积器通道222的压力时，蓄积器活塞214可处于第一或闭合位置(图2所示)，从而将蓄积器室212与控制阀室204闭合隔离。当来自蓄积器通道222的压力克服来自环境空气通道224的压力时，活塞214可处于第二或打开位置(图3所示)，从而打开在蓄积器室212与控制阀室204之间的通路。
[0019]在示例性实施例中，在发动机运行期间，主燃料泵将高压燃料通过高压通道226泵送至蓄积器室212的高压侧215。因此，在低压排出通道220中以及在腔室212的低压侧217中存在低压。如图2所示，在高压通道226和高压侧215中产生的高压迫使控制阀206和蓄积器活塞214进入闭合位置。当发动机在关闭期间减慢时，高压通道226和高压侧215中的压力变得与排出通道220和低压侧217中的压力相等。如图3所示，控制阀弹簧210迫使控制阀206进入关闭位置。对于发动机关闭的剩余时间，以及当发动机断开时，燃料歧管通道218对蓄积器通道222是打开的。在蓄积器室212中，高压侧215上的压力等于低压侧上的压力，从而引起蓄积器活塞214取决于蓄积器通道222处的压力相对于环境通道224中的环境压力而移动。
[0020]由于来自发动机的热量引起燃料歧管线路中剩余的燃料升温和膨胀，控制阀206对燃料歧管通道218的打开使燃料膨胀进入蓄积器系统120中。膨胀的燃料增加了抵抗环境通道224中环境压力的蓄积器通道222中的压力，从而仅通过施加足够强的力以克服蓄积器活塞214与ο型环密封件216之间的最小阻力来将蓄积器活塞214移动至打开位置。燃料膨胀进入蓄积器系统120中防止了歧管中的压力增大，并且从而防止燃料蒸气从发动机泄露出来。在一段时间后，发动机冷却下来并且燃料收缩，使得蓄积器通道222中的压力减小，这引起蓄积器活塞214朝闭合位置移动。将用于特定发动机的膨胀长度和速率考虑在内来设计蓄积器系统120的尺寸要求。
[0021]图3为在发动机启动时的在图1所示的燃气涡轮发动机内的蓄积器系统120的示意图，并且将使用如图2中的相同附图标记来描述。在示例性实施例中，当发动机断开时，蓄积器活塞214保持打开，并且蓄积器室212和蓄积器通道222包含来自燃料膨胀的燃料。当发动机开始启动时，来自主燃料泵的高压燃料在高压通道226中迅速上升并且进入蓄积器室212的高压侧215中。这个迅速的压力增加迫使控制阀206移动至闭合位置(图2所示)并且将燃料歧管通道218压力与蓄积器通道222压力隔离。在蓄积器通道222中，高压侧215处的高压上升迫使仅由最小的ο型环密封件216摩擦力限制的蓄积器活塞214进入闭合位置(图2所示)。由于蓄积器活塞214闭合，它迫使蓄积器室212和蓄积器通道222中的燃料通过排出通道220并且返回到燃料系统中。所述迅速的燃料压力增加为足够大的，以便最小化在控制阀206完全闭合隔离之前重新进入燃料歧管通道218的燃料的量。在发动机的燃料实际被接通之前，这个过程在非常低的发动机启动速度下发生。因此，在启动过程中燃料实际被引导至发动机之前，蓄积器系统120将已经迫使基本上所有的膨胀进入系统120中的燃料返回到燃料系统中。这使得蓄积器系统120能够完全与燃料歧管隔离并且与发动机独立地运行。
[0022]参考图2和3，在替代性实施例中，蓄积器系统120可包括高压通道226以及用于调节冷却流体(即，燃料)在蓄积器系统120内的流动的第一孔口 228和第二孔口 230。来自发动机燃料泵的高压可引导少量的冷却流体通过高压通道226并进入第一孔口 228中。冷却流体可随后进入蓄积器室212以便冷却蓄积器活塞214，并且随后通过第二孔口 230离开。冷却流体可随后回流到控制阀室204中并且通过排出通道220被送回到燃料系统中。
[0023]图4为连接至所述燃气涡轮发动机的燃料分体阀的蓄积器系统120的示意图。在这个实施例中，蓄积器系统120连接至燃料分体阀400，以便提供用于将蓄积器系统120结合到飞机发动机中的增加的简单性和尺寸效率。这个组合被称作燃料分体阀加上蓄积器，或 FSVA，402。
[0024]本说明书描述的蓄积器系统使燃气涡轮发动机中的燃料和燃料蒸气能够膨胀，以便当发动机冷却时有助于防止燃料蒸气从发动机泄漏。本说明书描述的蓄积器进一步能够提供一种蓄积器，所述蓄积器连接至现存的发动机部件以便有助于缩减GTE组件100的整体尺寸和重量，并且通过减少发动机的燃料消耗来增加发动机效率。
[0025]本说明书使用各个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种用于燃气涡轮发动机的燃料蓄积系统，所述燃料蓄积系统包括: 控制阀部分，所述控制阀部分流体连接至燃料歧管通道，并且配置用于控制在所述燃料歧管通道中流动的流体的膨胀；以及 蓄积器阀部分，所述蓄积器阀部分在第一侧流体连接至所述控制阀部分，并且配置用于接收通过所述控制阀部分在所述燃料歧管通道中膨胀的流体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制阀部分限定控制阀室，并且包括可滑动地连接在所述控制阀室内的控制阀。
3.根据权利要求2所述的系统，其中当所述控制阀在第一位置时，所述控制阀防止所述燃料歧管通道中的流体膨胀进入所述蓄积器阀部分中。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制阀部分流体连接至高压通道，所述控制阀通过在所述高压通道中流动的流体被偏置到所述第一位置。
5.根据权利要求3所述的系统，其中当所述控制阀在第二位置时，所述控制阀使所述燃料歧管通道中的流体能够膨胀进入所述蓄积器阀部分中。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述控制阀部分进一步包括配置用于使所述控制阀朝所述第二位置偏置的弹簧。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制阀部分流体连接至高压通道，当由所述弹簧施加的力超过在所述高压通道中流动的所述流体的力时，所述控制阀被偏置到所述第二位置。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述蓄积器阀部分通过在所述第一侧的蓄积器通道和在第二侧的环境空气通道来流体连接至所述控制阀部分，所述蓄积器阀部分限定蓄积器室并且包括可滑动地连接在所述蓄积器室内的蓄积器活塞。
9.根据权利要求8所述的系统，其中当从所述环境空气通道进入所述蓄积器室的压力超过从所述蓄积器通道进入所述蓄积器室的压力时，所述蓄积器活塞处于第一位置。
10.根据权利要求9所述的系统，其中当来自从所述控制阀部分通过所述蓄积器通道流动到所述蓄积器室中的流体的压力超过进入所述环境空气通道的压力时，所述蓄积器活塞处于第二位置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中当所述蓄积器活塞在第二位置时，所述蓄积器室配置用于从所述燃料歧管通道接收流体。
12.根据权利要求11所述的系统，其中当所述蓄积器活塞返回到所述第一位置时，膨胀进入所述蓄积器室中的流体通过所述控制阀部分流动至低压排出通道。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统连接至所述燃气涡轮发动机的燃料分体阀。
14.一种防止燃气涡轮发动机中的燃料泄漏的方法，所述方法包括: 使用流体连接至燃料歧管通道的控制阀部分来控制在所述燃料歧管通道中流动的流体的膨胀；以及 在流体连接至所述控制阀部分的蓄积器阀部分处接收通过所述控制阀部分在所述燃料歧管通道中膨胀的流体。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述控制阀部分包括控制阀和可滑动地连接在控制阀室内的弹簧，控制流体的膨胀包括:当来自高压通道的在所述控制阀上的流体压力超过由所述弹簧施加在所述控制阀上的压力时，防止所述燃料歧管通道中的流体膨胀进入所述蓄积器阀部分中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中控制流体的膨胀包括:当由所述弹簧施加在所述控制阀上的流体压力超过来自所述高压通道的在所述控制阀上的流体压力时，使所述燃料歧管通道中的流体膨胀进入所述蓄积器阀部分中。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述蓄积器阀部分包括可滑动地连接在蓄积器室内的蓄积器活塞，接收流体包括:当来自所述控制阀部分的流动的流体在所述蓄积器活塞的第一侧上的压力超过来自环境空气通道的在所述蓄积器活塞的第二侧上的压力时，在所述蓄积器室中接收流体。
18.一种燃气涡轮发动机,所述燃气涡轮发动机包括: 燃料分体阀；以及 连接至所述燃料分体阀的燃料蓄积系统，所述燃料蓄积系统包括: 控制阀部分，所述控制阀部分流体连接至燃料歧管通道并且配置用于控制在所述燃料歧管通道中流动的流体的膨胀；以及 蓄积器阀部分，所述蓄积器阀部分在第一侧流体连接至所述控制阀部分，并且配置用于接收通过所述控制阀部分在所述燃料歧管通道中膨胀的流体。
19.根据权利要求18所述的发动机，其中所述控制阀部分限定控制阀室并且包括可滑动地连接在所述控制阀室内的控制阀，并且其中所述蓄积器阀部分通过在所述第一侧的蓄积器通道和在第二侧的环境空气通道来流体连接至所述控制阀部分，所述蓄积器阀部分限定蓄积器室并且包括可滑动地连接在所述蓄积器室内的蓄积器活塞。
20.根据权利要求19所述的发动机，其中所述控制阀部分进一步包括配置用于使所述控制阀朝第一位置偏置的弹簧，所述控制阀配置用于当由所述弹簧施加在所述控制阀上的压力超过由来自高压通道的流体在所述控制阀上的压力时，使流体膨胀进入所述蓄积器阀部分中。
【文档编号】F02C7/232GK104246180SQ201380021792
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】A. 埃尔斯沃思 R., E. 范艾伦 F., V. 吴 T. 申请人:通用电气公司