用于涡轮机的多点式燃料喷射系统以及相关的调节方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及涡轮发动机的燃烧室的领域，尤其是航空器的涡轮发动机的燃烧室的 领域，并且本发明更具体地涉及这些燃烧室中的空气和燃料喷射系统。
[0002] 更确切的来说，本发明涉及具有双回路燃料喷射的喷射系统，该喷射系统包括中 央喷嘴以及外周喷嘴，中央喷嘴一般称为先导喷嘴（pilot nozzle)，中央喷嘴输送 (deliver)针对低速优化的恒定燃料流量，外周喷嘴有时也称为主喷嘴，外周喷嘴输送针对 高速优化的间歇燃料流量。针对在燃烧室的不同运行速度下将空气和燃料的喷射进行适配 性改良以减少其燃料消耗和其污染物(诸如氮氧化合物和废气）的排放的这些喷射系统已 经是成熟的技术。
【背景技术】
[0003] 通常，航空器涡轮发动机包括燃料箱、燃烧室以及适于对从燃料箱朝燃烧室的燃 料流动进行调节的燃料系统。
[0004] 燃料系统包括布置在燃烧室中的一组燃料喷嘴、用于从燃料箱进行增压的燃料 栗、用于对流到喷嘴的燃料流动进行控制的FMU(燃料配量单元，Fue 1 Metering Unit)、以 及将燃料配量单元流体连接至燃料喷嘴的燃料供给回路。
[0005] 在涡轮发动机的启动期间，燃料通过栗从燃料箱被栗送至FMU，并且一旦具有足够 的启动压力，FMU便将燃料发送至喷嘴。
[0006] 燃料系统可包括多个流动路径。例如，燃料系统可包括两组喷嘴（主组以及辅助 组）、用于每个组的管路、以及布置在FMU的下游的分流阀。
[0007] 在这种系统中，燃料根据涡轮发动机的速度被输送至主喷嘴和辅助喷嘴。例如，在 涡轮发动机的启动期间，最初仅通过主供给回路将燃料供给至主喷嘴。然而，一旦来自于主 燃料喷嘴的燃料均匀且满意的进行燃烧，随后燃料还通过辅助供给回路被供给至辅助喷 嘴。换言之，主供给回路供给先导流动，该先导流动触发燃烧过程，而辅助供给回路具有主 流量，该主流量适于一旦在先导流动被不断地燃烧时完成并强化燃烧过程。
[0008]为在涡轮发动机关闭之后减少与燃料系统的管道中存在的残余燃料的相关的问 题，文献US 5 809 771提出通过连接至先导喷嘴和主喷嘴的阀对燃料系统的管道进行净 化，该阀适于将燃料吸出、储存，然后在涡轮发动机停机时将燃料返回。
[0009] 但是，燃料系统的操作通过FMU的出口处可用的压力被直接地控制，这例如考虑到 涡轮发动机的老化而不会使流量充分地适用于涡轮发动机的速度或随时间逐步形成燃料 分配值。另外，在文献US 5 809 771中，燃料仅在涡轮发动机停止工作时被净化。另外，使用 两个燃料供给回路通常牵涉到两个回路之间的不同的压力损失。
[0010] 最后，由于主供给回路是间歇流量，在燃料系统能够忍受的恶劣条件的影响下，特 别是在温度的影响下，管道中会形成焦化的风险。
[0011]文献EP 2 535 466提出了一种用于涡轮发动机的燃料系统，该燃料系统适于将燃 料喷射到涡轮发动机的燃烧室中，该燃料系统包括先导回路、主回路以及流量调节器。然 而，该燃料系统不包括用于在没有燃料通过主回路时防止焦化形成的装置。
[0012] 同样地，文献EP 2 063 087也描述了一种用于涡轮发动机的燃料系统，该燃料系 统适于将燃料喷射到涡轮发动机的燃烧室中，该燃料系统包括先导回路、主回路以及流量 调节器。该文献还提出了当在发动机停止工作时对回路进行净化。然而，净化装置未被详细 说明。
[0013] 最后，文献EP 1 988 267描述了一种用于涡轮发动机的燃料系统，该燃料系统适 于将燃料喷射到涡轮发动机的燃烧室中，该燃料系统包括先导回路、两个主回路、流量调节 器以及净化箱。燃料系统的构型在这里也是如此的以使得其仅在涡轮发动机停机时对主回 路进行净化。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提出一种燃料系统，尤其是用于航空器涡轮发动机的燃料系 统，该燃料系统包括两个燃料供给回路，该两个燃料供给回路被配置成根据涡轮发动机的 速度将燃料喷射到燃烧室中以限制焦炭形成的风险，并且如果需要，该燃料系统还可消除 两个回路之间的压力损失差。
[0015] 为此，本发明提出一种用于涡轮发动机的燃料系统，该燃料系统适于将燃料喷射 到涡轮发动机的燃烧室中，该燃料系统包括：
[0016] -先导回路，该先导回路适于将燃料喷射到燃烧室中，
[0017] -主回路，该主回路适于将燃料喷射到燃烧室中，以及
[0018] -流量调节器，该流量调节器适于根据涡轮发动机的速度对先导回路和主回路之 间的的燃料流量的分配进行调节，所述流量调节器包括位于第一构型和第二构型之间的移 动阀柱，在第一构型中，主回路被堵塞，而先导回路是流通的，在第二构型中，主回路和先导 回路同时是流通的，以及
[0019] -燃料箱、高压栗以及净化箱，该高压栗适于对燃料箱的出口处的燃料进行增压， 该净化箱在一个侧部上选择性地连接至燃料箱或高压栗并且在另一侧部上连接至主回路， 所述净化箱适于根据主回路和其所连接到的燃料箱或高压栗之间的压力差将主回路中的 燃料吸出、存储并净化。
[0020] 上文中描述的燃料系统的一些优选的但非限制性的特征如下：
[0021] -燃料系统进一步包括位于流量调节器的下游处的压力调节器，压力调节器适于 改变先导回路和主回路中的压力并减小先导回路和主回路之间的位于压力调节器的上游 处的压力损失差，
[0022] -净化箱在压力调节器的下游处被连接至主回路，
[0023] -净化箱由流量调节器控制，流量调节器选择性地将净化箱连接至燃料箱或高压 栗，以使得：
[0024] *在阀柱的第一构型中，净化箱被连接至箱并存储容纳在主回路中的燃料，以及
[0025] *在阀柱的第二构型中，净化箱被连接至高压栗并在主回路中净化在阀柱处于第 一配置时存储的燃料，
[0026] -压力调节器包括调节装置，该调节装置适于改变主回路和先导回路的位于流量 调节器的下游处的通道截面以限制所述回路中的压力损失，
[0027] -调节装置由两个对抗的压力控制，该两个对抗的压力分别与先导回路的入口处 的压力以及主回路的入口处的压力相对应以调整所述主回路和先导回路的通道截面，
[0028] -调节装置进一步包括阀柱，该阀柱适于调节主回路和先导回路的通道截面，阀柱 的位置根据先导回路的入口处的压力以及主回路的入口处的压力而处于动态平衡，
[0029] -该燃料系统进一步包括位于流量调节器的上游的燃料配量单元FMU，以及
[0030] -流量调节器由伺服阀致动，并且流量调节器进一步包括线性差动变压器LVDT，该 线性差动变压器LVDT适于确定阀柱在流量调节器中的构型。
[0031] 根据第二方面，本发明还提出一种涡轮发动机，该涡轮发动机包括如上文所述的 燃料系统，该燃料系统适于将燃料喷射到涡轮发动机的燃烧室中。
[0032]根据第三方面，本发明提出了一种调节方法，该调节方法实施上文所述的燃料系 统，该燃料系统通过先导回路和主回路将具有入口流量的燃料喷射到涡轮发动机的燃烧室 中，所述调节方法包括以下步骤：
[0033] -通过将移动阀柱在第一构型和第二构型之间移动来根据涡轮发动机的速度对先 导回路和主回路中的燃料流量的分配进行调节，在第一构型中，主回路被堵塞，而先导回路 是流通的，在第二构型中，主回路和先导回路同时是流通的，以及
[0034] -通过选择性地将净化箱连接至箱或高压栗来根据流量调节器的移动阀柱的位置 对净化箱进行控制，以便将主回路中的燃料吸出、存储或净化。
[0035] 上文中所述的调节方法的一些优选的但非限制性的特征如下：
[0036] -通过控制移动阀柱的位置来对先导回路和主回路之间的入口燃料流量的分配进 行调节，所述移动阀柱改变先导回路的入口处的燃料通道截面以及主回路的入口处的燃料 通道截面，先导回路和主回路各自接收入口流量的百分比（fraction)，与入口燃料流量无 关地，移动阀柱的每个位置确定由先导回路接收的入口流量的百分比以及由主回路接收的 入口流量的百分比，以使得能够通过对阀柱的位置进行控制以对入口流量的分配进行调 节，并且该方法进一步包括以下步骤:在该步骤期间，对入口燃料流量的分配进行校正以便 遵循针对先导回路和/或主回路待接收的最小燃料流量或最大燃料流量；
[0037]-该方法包括以下步骤:使主回路中的位于燃料系统的压力调节器的上游的压力 和先导回路中的位于所述压力调节器的上游的压力均衡；
[0038] -该方法还包括以下步骤:选择待由先导回路或主回路接收的入口燃料流量的百 分比X，其中，X介于0和100%之间；以及将移动阀柱移动至能够获得所述百分比X的位置；
[0039] -先导回路和主回路具有的入口端口具有相同形式的截面，该方法包括由以下公 式分别确定由先导回路(9a)和主回路(9b)接收的入口燃料流量的百分比X circ；ult的步骤：
5circult分别为先导回路和主回路的入口处的燃料通道截面的表 面，Spilcite为先导回路的燃料通道截面的表面，以及Sprincipal为主回路的燃料通道截面的表 面；
[0040] -先导回路和主回路具有的入口端口具有不同形式的截面，该方法包括由以下公 式分别确定由先导回路和主回路接收的入口燃料流量的百分比的步骤：
Sc^ult分别是先导回路和主回路的入口处的燃料通 道截面的表面，Kcirc；ult是常数，其分别连接至先导回路和主回路的入口端口的截面的形式， sPllcite是先导回路的燃料通道截面的表面，以及sprincipal是主回路的燃料通道截面的表面；
[0041]-该方法包括以下步