Топливный инжектор для турбомашины
Изобретение относится к энергетике. Топливный инжектор для турбомашины, содержащий корпус, включающий первичную топливную цепь и вторичную топливную цепь, питаемую дозирующим клапаном (15). Канал утечки (36, 37, 38) простирается от зоны (32), текуче связанной с первичной цепью, до зоны (17), текуче связанной с вторичной цепью. Канал утечки (36, 37, 38) является открытым в закрытом состоянии дозирующего клапана (15) и закрываемым перемещением дозирующего клапана (15). Также представлена турбомашина, содержащая по меньшей мере один топливный инжектор. Изобретение позволяет исключить коксование топлива во вторичном трубопроводе в фазах запуска и малого режима, без ухудшения рабочих характеристик турбомашины при среднем или сильном режиме. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение касается топливного инжектора для турбомашины, такой как турбореактивный или турбовинтовой авиационный двигатель.
Классически турбомашина включает в себя кольцевую камеру сгорания, содержащую на входном конце равномерно распределенные топливные инжекторы, а также средства подачи воздуха вокруг инжекторов.
Существует два типа инжекторов, а именно инжекторы, называемые аэромеханическими, содержащие две топливных цепи, обеспечивающие подачу топлива, адаптированную к различным фазам работы турбомашины (фаза запуска, фаза работы при малой или полной мощности), и инжекторы, называемые аэродинамическими, в которых единственная топливная цепь обеспечивает все фазы работы турбомашины.
В заявке на патент FR 2832492 на имя заявителя описан аэромеханический тип инжектора, содержащий первичную топливную цепь, предназначенную, например, для фазы запуска и работы при малой мощности, и вторичную топливную цепь, вступающую в работу в последующих фазах, от средней до большой мощности, в дополнение к первичной цепи.
Инжектор такого типа содержит корпус, включающий средства подачи топлива под давлением, запорный клапан, установленный в корпусе на выходе средств подачи и предназначенный для открывания под действием первого заданного давления топлива и остающийся открытым при превышении этого первого давления для питания первичной топливной цепи, а также дозирующий клапан, установленный в корпусе на выходе запорного клапана и предназначенный для открывания под действием второго заданного давления топлива, превышающего первое давление, и остающийся открытым при превышении второго давления для того, чтобы питать вторичную топливную цепь.
Регулирование расхода топлива во вторичной цепи осуществляется посредством дозирующих прорезей, выполненных в дозирующем клапане, проходное сечение которых изменяется в зависимости от положения этого клапана, то есть в зависимости от давления питающего топлива. Чем выше поднимается давление питающего топлива, тем больше увеличивается проходное сечение прорезей.
В фазах запуска и работы на малой мощности дозирующий клапан закрыт. Топливо, имеющееся во вторичной цепи, не циркулирует и подвергается воздействию высоких температур. Это может вызвать коксование во вторичной цепи, что является вредным для хорошей работы и срока службы инжектора.
Это явление проявляется, например, в случае снижения самолета в период работы на малом режиме, следующим за периодом работы на полной мощности. В этом случае окружающая среда инжектора может достигать температур, составляющих от 80 до 600°С.
Существуют средства для ограничения нагрева топлива во вторичной цепи, например установка одного или нескольких тепловых экранов. Можно было бы также осуществить утечку топлива из первичной цепи во вторичную цепь.
Такая утечка помешала бы застою топлива во вторичной цепи и исключила бы его коксование.
Во всяком случае, эта утечка могла бы осуществляться во всех режимах работы турбомашины, то есть как при запуске и малом режиме, так и при полном режиме, и могла бы вызвать разнородность в камере сгорания, что могло бы оказаться вредным для рабочих характеристик турбомашины.
Задачей изобретения является, в частности, простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.
Для решения этой задачи предлагается топливный инжектор для турбомашины, такой как турбореактивный или турбовинтовой авиационный двигатель, содержащий корпус, включающий средства подачи топлива под давлением, запорный клапан, размещенный в корпусе на выходе средств подачи и предназначенный для открывания под действием первого заданного давления топлива и остающийся открытым при превышении этого первого давления для питания первичной топливной цепи, а также дозирующий клапан, установленный в корпусе на выходе запорного клапана и предназначенный для открывания под действием второго заданного давления, превышающего первое давление, и остающийся открытым при превышении второго давления для того, чтобы питать вторичную топливную цепь, характеризующийся тем, что он содержит, по меньшей мере, канал утечки, простирающийся от зоны, расположенной на выходе запорного клапана и на входе дозирующего клапана, до зоны, расположенной на выходе дозирующего клапана, предназначенный для обеспечения величины постоянной утечки во вторичной цепи, при этом канал утечки предназначен для того, чтобы быть открытым в закрытом положении дозирующего клапана и закрываться при перемещении дозирующего клапана.
Таким образом, расход утечки циркулирует по каналу утечки и питает вторичную цепь, только когда дозирующий клапан закрыт, то есть в фазах запуска и работы в фазах запуска и при малом режиме.
Напротив, в процессе фазы работы при среднем или сильном режиме давление питающего топлива является достаточно сильным для перемещения и открывания дозирующего клапана, что приводит к закрыванию канала утечки и исключению расхода утечки.
Таким образом, в таком инжекторе исключено коксование топлива, остающегося во вторичной цепи в процессе фаз запуска и малого режима, без ухудшения, во всяком случае, рабочих характеристик турбомашины при среднем и сильном режимах.
В соответствии с характеристикой изобретения корпус содержит по меньшей мере одну первую камеру, расположенную на выходе запорного клапана и на входе дозирующего клапана, текуче связанную или принадлежащую к первичной топливной цепи, по меньшей мере, вторую камеру, расположенную на выходе дозирующего клапана и выполненную с возможностью изоляции от первой камеры дозирующим клапаном, когда он закрыт, при этом вторая камера текуче связана или принадлежит к вторичной топливной цепи, а канал утечки выполнен в дозирующем клапане так, чтобы соединять первую и вторую камеры при закрытом положении дозирующего клапана.
Предпочтительно, дозирующий клапан закрыт на первой части своего хода, затем постепенно открывается на второй части своего хода, при этом закрывание канала утечки осуществляется на первой части хода дозирующего клапана.
Закрывание канала утечки осуществлено, таким образом, до того, пока как дозирующие прорези дозирующего клапана не войдут в зону, расположенную на выходе упомянутого клапана и соединятся со вторичной цепью.
В соответствии с другой характеристикой изобретения канал утечки содержит средства калибровки величины утечки.
В этом случае дозирующий клапан установлен подвижно и герметично в трубчатой части, неподвижной относительно корпуса, при этом трубчатая часть содержит отверстие утечки, канал утечки, выполненный в дозирующем клапане, содержит первый конец, открывающийся напротив отверстия утечки в закрытом положении дозирующего клапана и удаляющийся от отверстия утечки путем перемещения дозирующего клапана, причем канал утечки содержит, кроме того, второй конец, открывающийся во вторую камеру.
Предпочтительно канал утечки содержит часть, простирающуюся по оси дозирующего клапана, открывающуюся во вторую камеру, и в которой установлены средства калибровки величины утечки, и радиальную часть, открывающуюся в осевой части канала утечки и напротив отверстия утечки.
Изобретение, кроме того, касается турбомашины, такой как турбореактивный или турбовинтовой авиационный двигатель, содержащей, по меньшей мере, инжектор упомянутого типа.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает вид в продольном разрезе топливного инжектора из известного уровня техники,
фиг. 2-5 изображают виды в продольном разрезе части инжектора в соответствии с изобретением в четырех последовательных положениях дозирующего клапана.
Топливный инжектор 1, представленный в заявке на патент FR 2832492 от имени заявителя, изображен на фиг. 1.
Этот инжектор 1 выполнен аэромеханического типа и содержит первичную топливную цепь, предназначенную, например, для фазы запуска и малой мощности, и вторичную цепь, включающуюся в последующих рабочих фазах средней и большой мощности и дополняющую первичную цепь.
Инжектор 4 содержит полый корпус 2 с отверстием 3 для подвода топлива, предназначенным для приема топлива под давлением от топливного насоса, не изображенного на чертеже, которое открывается в предварительную приемную камеру 4 после прохода через металлическую фильтровальную сетку 5.
Корпус 2 содержит, кроме того, приемную камеру 6, расположенную на выходе (в направлении циркуляции топлива внутри инжектора) предварительной приемной камеры 4 и отделенную от последней запорным клапаном 7. Диафрагма 8 размещена между предварительной приемной камерой 4 и запорным клапаном 7.
Запорный клапан 7 содержит головку 9 и шток 10, подвижно установленный в трубчатой части 11 кольцевого держателя 12, неподвижного относительно корпуса 2. Последний размещен на трубчатой втулке 13, простирающейся вниз и размещенной на другом трубчатом держателе 14, в котором установлен дозирующий клапан 15. Держатель 14 опирается, наконец, на деталь 16, ограничивающую приемную камеру 17, расположенную под дозирующим клапаном 15 и служащую опорой для двух коаксиальных труб 18, 19.
Внутренняя труба 18 образует трубопровод 20 для циркуляции потока первичного топлива, при этом между двумя трубами 18, 19 имеется кольцевое пространство, образующее трубопровод 21 для циркуляции потока вторичного топлива.
Кольцевое пространство 31, относящееся к первичной цепи, ограничено между наружной стенкой втулки 13 и корпусом 2. Внутренняя стенка втулки 13 ограничивает, кроме того, внутреннюю камеру 32, расположенную на входе дозирующего клапана 15.
Запорный клапан 7 удерживается в закрытом положении возвратной пружиной 22, при этом открывание запорного клапана 7 осуществляется, когда давление топлива на входе этого клапана превысит первое заданное значение Р1.
Дозирующий клапан 15 также удерживается в закрытом положении возвратной пружиной 23, при этом открывание дозирующего клапана 15 осуществляется, когда давление топлива на входе этого клапана превысит второе заданное значение Р2, превышающее упомянутое первое значение Р1.
Дозирующий клапан 15 содержит нижний конец, образующий головку, предназначенную для размещения на посадочном месте 24 соответствующего держателя, а также верхний конец, на уровне которого закреплена чашка 25. Возвратная пружина опирается с одной стороны на чашку 25, а с другой стороны - на радиальную поверхность 26 держателя 14.
Дозирующий клапан 15 содержит центральное осевое отверстие 27 и радиальные отверстия 28, открывающиеся в центральное отверстие 27 и в дозирующие прорези 29 соответствующей формы, выполненные в наружной поверхности дозирующего клапана 15.
Дозирующий клапан 15 выполнен подвижным между двумя крайними положениями, соответственно полностью закрытым положением, в котором его верхняя часть расположена в седле 24 держателя 14 под действием соответствующей возвратной пружины 23, и полностью открытым положением, в котором чашка 25 упирается в верхний конец 30 трубчатого держателя 14.
В полностью закрытом положении дозирующего клапана 15, представленном на фиг. 1, отверстия 28 и прорези 29 расположены напротив трубчатого держателя 14, при этом нижний конец прорезей 29 не открывается в приемную камеру 17. В этом положении топливо, находящееся в камере 32, не может, таким образом, поступать в приемную камеру 17 и во вторичный трубопровод 21.
Когда давление топлива, находящегося в камере 32, повышается, это давление вызывает перемещение дозирующего клапана 15 в открытое положение, то есть вниз, навстречу усилию, оказываемому возвратной пружиной 23.
Когда это давление превышает вторую величину Р2, то прорези 29 открываются в приемную камеру 17, и топливо может поступать во вторичный трубопровод 21.
Геометрия прорезей 29 такова, что проходные сечения прорезей 29 изменяются в зависимости от положения дозирующего клапана 15. В частности, чем больше давление топлива в камере 27 повышается, тем большими становятся проходные сечения прорезей 29.
При работе могут произойти несколько случаев.
В первом случае давление топлива в предварительной приемной камере 4 ниже Р1. Запорный клапан 7 в таком случае удерживается в закрытом положении возвратной пружиной 22, и топливо не поступает ни в первичный трубопровод 20, ни во вторичный трубопровод 21.
Во втором случае, соответствующем фазе запуска или работе при малом режиме, давление топлива в предварительной приемной камере 4 превышает Р1, но давление топлива в камере 32 ниже Р2. Запорный клапан 7 в таком случае является открытым, и топливо может поступать в кольцевое пространство 31, затем в первичный трубопровод 20 (первичная цепь). Дозирующий клапан 15 в любом случае остается закрытым, и топливо не поступает во вторичный трубопровод 21.
В третьем случае, соответствующем среднему или полному режиму, давление топлива в предварительной приемной камере 4 превышает Р1 и давление топлива в камере 32 превышает Р2. Запорный клапан 7 открыт, и топливо может поступать в кольцевое пространство 31, затем в первичный трубопровод 20 (первичная цепь). Кроме того, дозирующий клапан 15 также открыт, и жидкость может течь через камеру 32, отверстия 28, прорези 29, приемную камеру 17, затем вторичный трубопровод 21 (вторичную цепь).
Как указано выше, во втором случае работы вторичный трубопровод 21 может подвергаться воздействию очень горячего окружения, и существует риск коксования топлива, находящегося в трубопроводе 21.
На фиг. 2-5 изображена часть инжектора 1 по изобретению, в котором трубчатый держатель 17 содержит отверстия 33, выполненные, по меньшей мере частично, напротив кольцевой канавки 34, выполненной во внешней стенке дозирующего клапана 15. Прорези 29 простираются аксиально и своим верхним концом открываются в кольцевую канавку 34.
Отверстия 33 и кольцевая канавка 34 рассчитаны таким образом, что независимо от положения приемного клапана 15, по меньшей мере, часть отверстий 33 расположена напротив кольцевой канавки 34.
Трубчатый держатель 17 содержит, кроме того, по меньшей мере одно отверстие 35, расположенное, по меньшей мере частично, напротив кольцевой канавки 36, выполненной в наружной стенке дозирующего клапана 15 в полностью закрытом положении дозирующего клапана, то есть когда он находится в своем седле 24.
Канавка 36 расположена над канавкой 34. Каналы утечки 37 расположены радиально в дозирующем клапане 15 и открываются в канавку 36, с одной стороны, и в центральное осевое отверстие 38 дозирующего клапана 15, с другой стороны. Центральное отверстие 38 открывается на уровне головки клапана 15 в приемную камеру 17. Средства 39 калибровки величины утечки установлены в центральном отверстии 38.
Таким образом, когда отверстие 35 расположено напротив канавки 36, то расход утечки топлива может последовательно проходить отверстие 35, канавку 36, каналы утечки 37, отверстие 38, средства 39 калибровки и приемную камеру 17 для обеспечения циркуляции топлива во вторичном трубопроводе 21.
При перемещении дозирующего клапана 15 расход утечки прерывается, когда канавка 37 аксиально отведена от отверстия 35 для того, чтобы закрыть каналы утечки 37.
Общий ход дозирующего клапана 15 между двумя крайними положениями может быть разделен на первую часть, в которой клапан 15 остается закрытым, и на вторую часть, в которой клапан 15 постепенно открывается.
Отверстие 35 и канавка 36 рассчитаны таким образом, что закрывание каналов утечки 37 осуществляется в первой части хода дозирующего клапана 15, то есть перед тем, как прорези 29 откроются в приемную камеру 17.
Фиг. 2-4 изображают различные последовательные положения дозирующего клапана 15, иллюстрирующие работу инжектора по изобретению.
Фиг. 2 изображает дозирующий клапан 15 в полностью закрытом положении, в котором он размещен на своем седле 24. В этом положении отверстие 35 расположено напротив канавки 36 так, чтобы установить величину утечки и циркуляцию топлива через вторичный трубопровод 21 в фазах запуска и работы турбомашины в малом режиме.
Расход утечки составляет, например, меньше 1 литра в час, предпочтительно порядка 0,5 литра в час.
Когда давление топлива на входе дозирующего клапана повышается, последний перемещается вниз так, чтобы постепенно отодвигать канавку 36 от отверстия 35 (фиг. 3) до тех пор, пока каналы утечки 37 не будут полностью закрыты (фиг. 4).
При дальнейшем увеличении давления топлива на входе дозирующего клапана 15 (например, в фазе среднего или полного режима) прорези 29 открываются в приемную камеру 17, и топливо может поступать во вторичный трубопровод 21 (фиг. 5).
Таким образом, в изобретении предлагается инжектор, позволяющий исключить коксование топлива, имеющееся во вторичном трубопроводе, в фазах запуска и малого режима, без ухудшения рабочих характеристик турбомашины при среднем или сильном режиме.
1. Топливный инжектор (1) для турбомашины, такой как турбореактивный или турбовинтовой авиационный двигатель, содержащий корпус (2), включающий средства (3) приема топлива под давлением, запорный клапан (7), установленный в корпусе (2) на выходе средств (3) приема и предназначенный для открывания под действием первого заданного давления топлива и остающийся открытым при превышении этого первого давления для питания первичной топливной цепи (31, 20), дозирующий клапан (15), установленный в корпусе (2) на выходе запорного клапана (7) и предназначенный для открывания при превышении второго заданного давления топлива, большего первого давления, и остающийся открытым при превышении второго давления для питания вторичной топливной цепи (17, 21), отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один канал утечки (36, 37, 38), простирающийся от зоны (32), расположенной на выходе запорного клапана (7) и на входе дозирующего клапана (15), до зоны (17), расположенной на выходе дозирующего клапана (15), и предназначенный для обеспечения постоянной величины утечки во вторичном трубопроводе (17, 21), при этом канал утечки (36, 37, 38) выполнен таким образом, что остается открытым в закрытом положении дозирующего клапана (15) и закрытым при перемещении дозирующего клапана (15).
2. Инжектор (1) по п. 1, отличающийся тем, что корпус (2) содержит по меньшей мере одну первую камеру (32), расположенную на выходе запорного клапана (7) и на входе дозирующего клапана (15), текуче связанную или принадлежащую первичной топливной цепи (31, 20), по меньшей мере одну вторую камеру (17), расположенную на выходе дозирующего клапана (15) и изолируемую от первой камеры (32) дозирующим клапаном (15) в его закрытом положении, причем вторая камера (17) текуче связана или принадлежит вторичной топливной цепи (17, 21), при этом канал утечки (36, 37, 38) выполнен в дозирующем клапане (15) так, чтобы соединять первую и вторую камеры (32, 17) в закрытом положении дозирующего клапана (15).
3. Инжектор по п. 1, отличающийся тем, что дозирующий клапан (15) закрыт в первой части своего хода, затем постепенно открывается во второй части своего хода, а закрытие канала утечки (36, 37, 38) происходит в первой части хода дозирующего клапана (15).
4. Инжектор по п. 1, отличающийся тем, что канал утечки (36, 37, 38) содержит средства (39) калибровки величины утечки.
5. Инжектор по п. 2, отличающийся тем, что дозирующий клапан (15) установлен подвижно и герметично в трубчатой части (14), неподвижной относительно корпуса (2), при этом трубчатая часть (14) содержит по меньшей мере одно отверстие утечки (35), причем канал утечки (36, 37, 38), выполненный в дозирующем клапане (15), содержит первый конец (36), открывающийся напротив отверстия утечки (35) в закрытом положении дозирующего клапана (15) и отходящий от отверстия утечки (35) при перемещении дозирующего клапана (15), при этом второй конец (38) канала утечки (36, 37, 38) открывается во вторую камеру (17).
6. Инжектор по п. 4, отличающийся тем, что канал утечки (36, 37, 38) содержит часть (38), простирающуюся по оси дозирующего клапана (15) и открывающуюся во вторую камеру (17), при этом в ней размещены средства (39) калибровки величины утечки, а также радиальную часть (36, 37), открывающуюся в осевую часть (38) канала утечки (36, 37, 38) и напротив отверстия утечки (35).
7. Турбомашина, такая как турбореактивный или турбовинтовой авиационный двигатель, содержащая по меньшей мере один инжектор (1) по п. 1.
