用于防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料泄漏的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】公開一種用于防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料泄漏的系統(tǒng)和方法。燃料蓄積系統(tǒng)包括流體連接至燃料歧管通道的控制閥部分和在第一側(cè)流體連接至所述控制閥部分的蓄積器閥部分?？刂崎y部分配置用于控制在燃料歧管通道中流動的流體的膨脹。蓄積器閥部分配置用于接收穿過控制閥部分在燃料歧管通道中膨脹的流體。
【專利說明】用于防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料泄漏的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請案的交叉引用
[0002]本申請案要求2012年4月27日提交的第61/639，627號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)，該申請案以整體引用方式并入本文中。

【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明領(lǐng)域總體涉及燃料泄漏防止，并且更具體地說，涉及用于防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料泄漏的方法和燃料蓄積器(accumulator)系統(tǒng)。
[0004]為了滿足對燃料效率和污染物的嚴(yán)苛要求，飛機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)產(chǎn)生大量的熱。在這些發(fā)動機(jī)關(guān)閉期間，發(fā)動機(jī)熱量流動至發(fā)動機(jī)的更冷的部分，這可被稱為回滲(soakback)?；貪B可導(dǎo)致比發(fā)動機(jī)的其他部分更冷的燃料歧管在溫度上增加。燃料歧管在發(fā)動機(jī)關(guān)閉時為閉合系統(tǒng)，所以隨著溫度上升，燃料壓力因?yàn)榇罅咳剂吓蛎浂黾?。如果壓力上升到高于燃料噴嘴的開啟壓力(cracking pressure),那么燃料將泄漏進(jìn)熱的發(fā)動機(jī)中，從而導(dǎo)致燃料蒸氣從發(fā)動機(jī)的入口和排氣口泄漏出來。該蒸氣會影響飛機(jī)認(rèn)證和顧客認(rèn)可，并且增加與操作發(fā)動機(jī)相關(guān)的成本。
[0005]設(shè)計使熱量能夠逃逸的通風(fēng)系統(tǒng)一般需要長的研制周期(lead time)以及與發(fā)動機(jī)的困難的集成，這兩者都增加了實(shí)施通風(fēng)系統(tǒng)的成本。因此，這些發(fā)動機(jī)需要一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能防止燃料歧管中的壓力增大，從而防止燃料泄漏進(jìn)發(fā)動機(jī)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一方面，提供用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料蓄積系統(tǒng)。所述燃料蓄積系統(tǒng)包括流體連接至燃料歧管通道的控制閥部分，和在第一側(cè)流體連接至控制閥部分的蓄積器閥部分?？刂崎y部分配置用于控制在燃料歧管通道中流動的流體的膨脹。蓄積器閥部分配置用于接收通過控制閥部分在燃料歧管通道中膨脹的流體。
[0007]另一方面，提供防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料泄漏的方法。所述方法包括使用流體連接至燃料歧管通道的控制閥部分來控制在燃料歧管通道中流動的流體的膨脹，以及在流體連接至控制閥部分的蓄積器閥部分處接收通過控制閥部分在燃料歧管通道中膨脹的流體。
[0008]又一方面，提供一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括燃料分體閥和連接至所述燃料分體閥的燃料蓄積系統(tǒng)。燃料蓄積系統(tǒng)包括流體連接至燃料歧管通道的控制閥部分，和在第一側(cè)流體連接至控制閥部分的蓄積器閥部分?？刂崎y部分配置用于控制在燃料歧管通道中流動的流體的膨脹。蓄積器閥部分配置用于接收通過控制閥部分在燃料歧管通道中膨脹的流體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為用于推動飛機(jī)的示例性核心發(fā)動機(jī)組件的示意圖。
[0010]圖2為在發(fā)動機(jī)關(guān)閉開始時的在圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中使用的示例性蓄積器系統(tǒng)的示意圖。
[0011]圖3為在發(fā)動機(jī)啟動時的在圖1和2所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中使用的示例性蓄積器系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖4為在圖1-3中所示的蓄積器系統(tǒng)的示意圖，所述蓄積器系統(tǒng)連接至燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料分體閥以形成FSVA。

【具體實(shí)施方式】
[0013]以下詳細(xì)描述以舉例的方式而不是限制的方式說明蓄積器系統(tǒng)和裝配所述蓄積器系統(tǒng)的方法。本說明書使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制造和使用本公開，并且本說明書說明了本公開的若干實(shí)施例，包括目前被認(rèn)為是執(zhí)行本公開的最佳模式。在本說明書中本公開被描述為適用于優(yōu)選實(shí)施例，即蓄積器和裝配所述蓄積器的方法。然而，可以預(yù)期本公開在廣泛范圍的系統(tǒng)中以及在各種工業(yè)和/或消費(fèi)者應(yīng)用中具有對蓄積器的一般應(yīng)用。
[0014]圖1為用于推動飛機(jī)的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)(GTE)組件100的示意圖。GTE組件100包括核心發(fā)動機(jī)102，所述核心發(fā)動機(jī)102包括高壓壓縮機(jī)106、燃燒器108和高壓渦輪機(jī)110。GTE組件100還包括風(fēng)扇組件104和低壓渦輪機(jī)112。在操作中，空氣流經(jīng)風(fēng)扇組件104，并且壓縮空氣從風(fēng)扇組件104供應(yīng)至高壓壓縮機(jī)106。高壓縮的空氣被傳送至燃燒器108。來自燃燒器108的排氣驅(qū)動旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)110和112，并且通過排氣系統(tǒng)114離開GTE組件100。
[0015]GTE組件100進(jìn)一步包括大體環(huán)形的外罩116，所述外罩116圍繞風(fēng)扇組件104并且與核心發(fā)動機(jī)102徑向向外間隔開。在示例性實(shí)施例中，燃料蓄積器系統(tǒng)120在外罩116內(nèi)連接至核心發(fā)動機(jī)102，以允許在發(fā)動機(jī)關(guān)閉時燃料蒸氣膨脹而不泄漏核心發(fā)動機(jī)102內(nèi)剩余的燃料。在替代性實(shí)施例中，蓄積器系統(tǒng)120可在外罩116內(nèi)連接至允許它如本說明書所描述那樣起作用的任何地方。
[0016]圖2為在發(fā)動機(jī)關(guān)閉開始時的如圖1所示的蓄積器系統(tǒng)120的示意圖。蓄積器系統(tǒng)120包括控制閥部分200和蓄積器部分202?？刂崎y部分200限定控制閥室204并且包括控制閥206，所述控制閥206通過一個或多個ο型環(huán)密封件208和彈簧210可滑動地連接在控制閥室204內(nèi)。蓄積器部分202限定蓄積器室212并且包括蓄積器活塞214。蓄積器活塞214包括流體連接至高壓通道226 (以下討論)的下游的高壓側(cè)215，和流體連接至低壓排出通道(以下討論)的下游的低壓側(cè)217。蓄積器活塞214通過一個或多個ο型環(huán)密封件216可滑動地連接在蓄積器室212內(nèi)。
[0017]控制閥部分200通過燃料歧管通道218和排出通道220流體連接至發(fā)動機(jī)的燃料系統(tǒng)(未示出)?？刂崎y部分200通過蓄積器通道222流體連接至蓄積器部分202。當(dāng)控制閥206在閉合位置(圖2所示)時，燃料歧管通道218與蓄積器通道222閉合隔離。當(dāng)進(jìn)入高壓通道226的燃料壓力大于由彈簧210和低壓排出通道220以相反方向施加的力時，控制閥206閉合。當(dāng)控制閥206閉合時，彈簧210被迫進(jìn)入收縮位置?？商娲?，當(dāng)控制閥206在第二或打開位置(圖3所示)時，來自彈簧210的力和在排出通道220處的壓力克服來自高壓通道226的壓力，從而打開通過燃料歧管通道218進(jìn)入蓄積器通道222的通路。
[0018]蓄積器部分202流體連接至蓄積器通道222和環(huán)境空氣通道224。當(dāng)從環(huán)境空氣通道224進(jìn)入蓄積器室212的壓力大于進(jìn)入蓄積器通道222的壓力時，蓄積器活塞214可處于第一或閉合位置(圖2所示)，從而將蓄積器室212與控制閥室204閉合隔離。當(dāng)來自蓄積器通道222的壓力克服來自環(huán)境空氣通道224的壓力時，活塞214可處于第二或打開位置(圖3所示)，從而打開在蓄積器室212與控制閥室204之間的通路。
[0019]在示例性實(shí)施例中，在發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間，主燃料泵將高壓燃料通過高壓通道226泵送至蓄積器室212的高壓側(cè)215。因此，在低壓排出通道220中以及在腔室212的低壓側(cè)217中存在低壓。如圖2所示，在高壓通道226和高壓側(cè)215中產(chǎn)生的高壓迫使控制閥206和蓄積器活塞214進(jìn)入閉合位置。當(dāng)發(fā)動機(jī)在關(guān)閉期間減慢時，高壓通道226和高壓側(cè)215中的壓力變得與排出通道220和低壓側(cè)217中的壓力相等。如圖3所示，控制閥彈簧210迫使控制閥206進(jìn)入關(guān)閉位置。對于發(fā)動機(jī)關(guān)閉的剩余時間，以及當(dāng)發(fā)動機(jī)斷開時，燃料歧管通道218對蓄積器通道222是打開的。在蓄積器室212中，高壓側(cè)215上的壓力等于低壓側(cè)上的壓力，從而引起蓄積器活塞214取決于蓄積器通道222處的壓力相對于環(huán)境通道224中的環(huán)境壓力而移動。
[0020]由于來自發(fā)動機(jī)的熱量引起燃料歧管線路中剩余的燃料升溫和膨脹，控制閥206對燃料歧管通道218的打開使燃料膨脹進(jìn)入蓄積器系統(tǒng)120中。膨脹的燃料增加了抵抗環(huán)境通道224中環(huán)境壓力的蓄積器通道222中的壓力，從而僅通過施加足夠強(qiáng)的力以克服蓄積器活塞214與ο型環(huán)密封件216之間的最小阻力來將蓄積器活塞214移動至打開位置。燃料膨脹進(jìn)入蓄積器系統(tǒng)120中防止了歧管中的壓力增大，并且從而防止燃料蒸氣從發(fā)動機(jī)泄露出來。在一段時間后，發(fā)動機(jī)冷卻下來并且燃料收縮，使得蓄積器通道222中的壓力減小，這引起蓄積器活塞214朝閉合位置移動。將用于特定發(fā)動機(jī)的膨脹長度和速率考慮在內(nèi)來設(shè)計蓄積器系統(tǒng)120的尺寸要求。
[0021]圖3為在發(fā)動機(jī)啟動時的在圖1所示的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)內(nèi)的蓄積器系統(tǒng)120的示意圖，并且將使用如圖2中的相同附圖標(biāo)記來描述。在示例性實(shí)施例中，當(dāng)發(fā)動機(jī)斷開時，蓄積器活塞214保持打開，并且蓄積器室212和蓄積器通道222包含來自燃料膨脹的燃料。當(dāng)發(fā)動機(jī)開始啟動時，來自主燃料泵的高壓燃料在高壓通道226中迅速上升并且進(jìn)入蓄積器室212的高壓側(cè)215中。這個迅速的壓力增加迫使控制閥206移動至閉合位置(圖2所示)并且將燃料歧管通道218壓力與蓄積器通道222壓力隔離。在蓄積器通道222中，高壓側(cè)215處的高壓上升迫使僅由最小的ο型環(huán)密封件216摩擦力限制的蓄積器活塞214進(jìn)入閉合位置(圖2所示)。由于蓄積器活塞214閉合，它迫使蓄積器室212和蓄積器通道222中的燃料通過排出通道220并且返回到燃料系統(tǒng)中。所述迅速的燃料壓力增加為足夠大的，以便最小化在控制閥206完全閉合隔離之前重新進(jìn)入燃料歧管通道218的燃料的量。在發(fā)動機(jī)的燃料實(shí)際被接通之前，這個過程在非常低的發(fā)動機(jī)啟動速度下發(fā)生。因此，在啟動過程中燃料實(shí)際被引導(dǎo)至發(fā)動機(jī)之前，蓄積器系統(tǒng)120將已經(jīng)迫使基本上所有的膨脹進(jìn)入系統(tǒng)120中的燃料返回到燃料系統(tǒng)中。這使得蓄積器系統(tǒng)120能夠完全與燃料歧管隔離并且與發(fā)動機(jī)獨(dú)立地運(yùn)行。
[0022]參考圖2和3，在替代性實(shí)施例中，蓄積器系統(tǒng)120可包括高壓通道226以及用于調(diào)節(jié)冷卻流體(即，燃料)在蓄積器系統(tǒng)120內(nèi)的流動的第一孔口 228和第二孔口 230。來自發(fā)動機(jī)燃料泵的高壓可引導(dǎo)少量的冷卻流體通過高壓通道226并進(jìn)入第一孔口 228中。冷卻流體可隨后進(jìn)入蓄積器室212以便冷卻蓄積器活塞214，并且隨后通過第二孔口 230離開。冷卻流體可隨后回流到控制閥室204中并且通過排出通道220被送回到燃料系統(tǒng)中。
[0023]圖4為連接至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料分體閥的蓄積器系統(tǒng)120的示意圖。在這個實(shí)施例中，蓄積器系統(tǒng)120連接至燃料分體閥400，以便提供用于將蓄積器系統(tǒng)120結(jié)合到飛機(jī)發(fā)動機(jī)中的增加的簡單性和尺寸效率。這個組合被稱作燃料分體閥加上蓄積器，或 FSVA，402。
[0024]本說明書描述的蓄積器系統(tǒng)使燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料和燃料蒸氣能夠膨脹，以便當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻時有助于防止燃料蒸氣從發(fā)動機(jī)泄漏。本說明書描述的蓄積器進(jìn)一步能夠提供一種蓄積器，所述蓄積器連接至現(xiàn)存的發(fā)動機(jī)部件以便有助于縮減GTE組件100的整體尺寸和重量，并且通過減少發(fā)動機(jī)的燃料消耗來增加發(fā)動機(jī)效率。
[0025]本說明書使用各個實(shí)例來揭示本發(fā)明，包括最佳模式，同時也讓所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造并使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)施所涵蓋的任何方法。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定，并可包括所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員想出的其他實(shí)例。如果其他此類實(shí)例的結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義相同，或如果此類實(shí)例包括的等效結(jié)構(gòu)要素與權(quán)利要求書的字面意義無實(shí)質(zhì)差別，則此類實(shí)例也在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料蓄積系統(tǒng)，所述燃料蓄積系統(tǒng)包括: 控制閥部分，所述控制閥部分流體連接至燃料歧管通道，并且配置用于控制在所述燃料歧管通道中流動的流體的膨脹；以及 蓄積器閥部分，所述蓄積器閥部分在第一側(cè)流體連接至所述控制閥部分，并且配置用于接收通過所述控制閥部分在所述燃料歧管通道中膨脹的流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述控制閥部分限定控制閥室，并且包括可滑動地連接在所述控制閥室內(nèi)的控制閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述控制閥在第一位置時，所述控制閥防止所述燃料歧管通道中的流體膨脹進(jìn)入所述蓄積器閥部分中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述控制閥部分流體連接至高壓通道，所述控制閥通過在所述高壓通道中流動的流體被偏置到所述第一位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述控制閥在第二位置時，所述控制閥使所述燃料歧管通道中的流體能夠膨脹進(jìn)入所述蓄積器閥部分中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制閥部分進(jìn)一步包括配置用于使所述控制閥朝所述第二位置偏置的彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制閥部分流體連接至高壓通道，當(dāng)由所述彈簧施加的力超過在所述高壓通道中流動的所述流體的力時，所述控制閥被偏置到所述第二位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述蓄積器閥部分通過在所述第一側(cè)的蓄積器通道和在第二側(cè)的環(huán)境空氣通道來流體連接至所述控制閥部分，所述蓄積器閥部分限定蓄積器室并且包括可滑動地連接在所述蓄積器室內(nèi)的蓄積器活塞。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)從所述環(huán)境空氣通道進(jìn)入所述蓄積器室的壓力超過從所述蓄積器通道進(jìn)入所述蓄積器室的壓力時，所述蓄積器活塞處于第一位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)來自從所述控制閥部分通過所述蓄積器通道流動到所述蓄積器室中的流體的壓力超過進(jìn)入所述環(huán)境空氣通道的壓力時，所述蓄積器活塞處于第二位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述蓄積器活塞在第二位置時，所述蓄積器室配置用于從所述燃料歧管通道接收流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述蓄積器活塞返回到所述第一位置時，膨脹進(jìn)入所述蓄積器室中的流體通過所述控制閥部分流動至低壓排出通道。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)連接至所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的燃料分體閥。
14.一種防止燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的燃料泄漏的方法，所述方法包括: 使用流體連接至燃料歧管通道的控制閥部分來控制在所述燃料歧管通道中流動的流體的膨脹；以及 在流體連接至所述控制閥部分的蓄積器閥部分處接收通過所述控制閥部分在所述燃料歧管通道中膨脹的流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述控制閥部分包括控制閥和可滑動地連接在控制閥室內(nèi)的彈簧，控制流體的膨脹包括:當(dāng)來自高壓通道的在所述控制閥上的流體壓力超過由所述彈簧施加在所述控制閥上的壓力時，防止所述燃料歧管通道中的流體膨脹進(jìn)入所述蓄積器閥部分中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中控制流體的膨脹包括:當(dāng)由所述彈簧施加在所述控制閥上的流體壓力超過來自所述高壓通道的在所述控制閥上的流體壓力時，使所述燃料歧管通道中的流體膨脹進(jìn)入所述蓄積器閥部分中。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述蓄積器閥部分包括可滑動地連接在蓄積器室內(nèi)的蓄積器活塞，接收流體包括:當(dāng)來自所述控制閥部分的流動的流體在所述蓄積器活塞的第一側(cè)上的壓力超過來自環(huán)境空氣通道的在所述蓄積器活塞的第二側(cè)上的壓力時，在所述蓄積器室中接收流體。
18.一種燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),所述燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)包括: 燃料分體閥；以及 連接至所述燃料分體閥的燃料蓄積系統(tǒng)，所述燃料蓄積系統(tǒng)包括: 控制閥部分，所述控制閥部分流體連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動的流體的膨脹；以及 蓄積器閥部分，所述蓄積器閥部分在第一側(cè)流體連接至所述控制閥部分，并且配置用于接收通過所述控制閥部分在所述燃料歧管通道中膨脹的流體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)動機(jī)，其中所述控制閥部分限定控制閥室并且包括可滑動地連接在所述控制閥室內(nèi)的控制閥，并且其中所述蓄積器閥部分通過在所述第一側(cè)的蓄積器通道和在第二側(cè)的環(huán)境空氣通道來流體連接至所述控制閥部分，所述蓄積器閥部分限定蓄積器室并且包括可滑動地連接在所述蓄積器室內(nèi)的蓄積器活塞。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)動機(jī)，其中所述控制閥部分進(jìn)一步包括配置用于使所述控制閥朝第一位置偏置的彈簧，所述控制閥配置用于當(dāng)由所述彈簧施加在所述控制閥上的壓力超過由來自高壓通道的流體在所述控制閥上的壓力時，使流體膨脹進(jìn)入所述蓄積器閥部分中。
【文檔編號】F02C7/232GK104246180SQ201380021792
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月27日
【發(fā)明者】A. 埃爾斯沃思 R., E. 范艾倫 F., V. 吳 T. 申請人:通用電氣公司