СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2007 года по МПК F02C9/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в широком аспекте к области систем впрыска топлива в камеру сгорания турбомашины. Более конкретно, оно предусматривает средство перекачивания топлива для оснащения таких систем впрыска.

Уровень техники

Известны различные системы подачи топлива в камеру сгорания турбомашины (см., например, патентные документы ЕР 0926325, US 5907949, US 6102001 и US 6092546). Типовая система впрыска топлива, используемая в известных решениях, схематично показана на фиг.5. Известная система впрыска топлива в турбомашине содержит насос 102, например, шестеренный с приводом от двигателя (не представлен), позволяющий отбирать топливо из топливного бака 104, набор топливных форсунок 106, расположенных в камере сгорания турбомашины и снабженных каждая топливным дозирующим клапаном 108, и дозатор 110 топлива. Данный дозатор 110 встроен между насосом 102 и клапанами 108 и предназначен для регулирования расхода топлива, которое должно подаваться от насоса к топливным форсункам. Избыточное топливо на выходе дозатора 110 вновь подается на вход насоса 102.

В такой системе расход топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания турбомашины, зависит от индивидуальной настройки каждой топливной форсунки 106, от закоксованности (забивания) сопел этих форсунок и от разницы установки форсунок в камере сгорания по высоте. Кроме того, трение между дозирующим клапаном 108 каждой форсунки 106 и втулкой, в которой он скользит, вызывает явление гистерезиса, ведущего к замедлению при открытии и закрытии этих дозирующих клапанов. Все эти обстоятельства вызывают неоднородность, или неодинаковость впрыска топлива в камеру сгорания между различными форсунками, что может привести к затруднению при зажигании двигателя турбомашины.

Наиболее близким к изобретению аналогом является система впрыска топлива в камеру сгорания турбомашины, описанная в US 4531535 A, F02C 7/228, 30.07.1985 (аналогичная система описана также в US 4328824 А, F02C 7/228, 11.05.1982). В данной системе, также содержащей насос, топливный бак и набор из N топливных форсунок, расположенных в камере сгорания турбомашины, дозатор топлива и набор индивидуальных дозирующих клапанов заменены делителем топлива. Делитель топлива выполнен на основе агрегата, который содержит ведущий вал, снабженный N ведущими шестернями одного диаметра, ведомый вал с продольной осью, параллельной продольной оси ведущего вала, снабженный N ведомыми шестернями одного диаметра, зацепляющимися с N ведущими шестернями, и уплотнительные перегородки. Эти перегородки (в количестве N-1) расположены поперечно между двумя соседними шестернями каждого, ведущего и ведомого, вала для образования N зон впуска топлива и N зон нагнетания топлива, расположенных по обе стороны от продольной плоскости, проходящей через продольные оси ведущего и ведомого валов. Агрегат установлен в корпусе, содержащем, по меньшей мере, одно впускное топливное отверстие, сообщающееся с баком и открытое в какую-либо из зон впуска топлива, и N отверстий нагнетания топлива, каждое из которых открыто в одну из N зон нагнетания топлива для питания каждой из N топливных форсунок.

Система, описанная в US 4531535 А, превосходит другие известные системы аналогичного назначения по однородности впрыска топлива через различные форсунки. Однако наличие в ней двух отдельных блоков в виде топливного насоса и делителя потока делает ее конструктивно сложной.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении указанного недостатка и в создании новой системы впрыска топлива турбомашины, позволяющей упростить гидравлическую часть системы за счет устранения сокращения используемых в ней конструктивных блоков. Дополнительная задача заключается в обеспечении удобства регулирования дозированных расходов топлива через форсунки.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет системы впрыска топлива турбомашины, содержащей N топливных форсунок, расположенных в камере сгорания турбомашины и питаемых топливом от топливного бака. Система по изобретению характеризуется тем, что дополнительно содержит встроенный между топливными форсунками и топливным баком насосный блок для отбора топлива от бака и подачи N дозированных расходов топлива к топливным форсункам. Насосный блок содержит агрегат, образованный приводимым во вращение с помощью приводного средства ведущим валом, снабженным N ведущими шестернями (роликами) одного диаметра, ведомым валом с продольной осью, параллельной продольной оси ведущего вала, снабженным N ведомыми шестернями (роликами) одного диаметра, зацепляющимися с N ведущими шестернями (роликами), и уплотнительными перегородками. Данные перегородки (в количестве N-1) расположены поперечно между двумя соседними шестернями (роликами) каждого, ведущего и ведомого, вала для образования N зон впуска топлива и N зон нагнетания топлива, расположенных по обе стороны от продольной плоскости, проходящей через продольные оси ведущего и ведомого валов. Агрегат установлен в корпусе, содержащем, по меньшей мере, одно впускное топливное отверстие, сообщающееся с баком и открытое в какую-либо из зон впуска топлива, и N отверстий нагнетания топлива, каждое из которых открыто в одну из N зон нагнетания топлива для питания каждой из N топливных форсунок.

Насосный блок позволяет одновременно отбирать топливо из топливного бака и разделять расход отобранного топлива на количество дозированных расходов подачи по числу топливных форсунок. За счет этого устраняются насос, дозирующие клапаны топливных форсунок и дозатор топлива и данные элементы заменяются единым насосным блоком. Это позволяет избежать проблем, связанных с использованием данных элементов (явления гистерезиса и других упомянутых проблем). Таким образом, улучшается впрыск топлива в камеру сгорания турбомашины и упрощается конструкция системы впрыска топлива.

Дозированные расходы подачи топлива предпочтительно одинаковы для N топливных форсунок. Дополнительно могут быть предусмотрены средства регулирования этих дозированных расходов.

Образованный описанным образом агрегат установлен и уплотнен в продольно отрегулированном положении в цилиндрическом корпусе. N зон впуска топлива предпочтительно сообщаются между собой посредством отверстий, выполненных в уплотнительных перегородках, при этом, по меньшей мере, одно впускное топливное отверстие, сообщающееся с баком, открыто в какую-либо из N зон впуска топлива. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения впускное топливное отверстие является единственным; оно выполнено в концевой части цилиндрического корпуса насосного блока, тогда как отверстия нагнетания топлива расположены по существу в шахматном порядке в двух продольных рядах, параллельных продольным осям ведущего и ведомого валов.

В оптимальном примере выполнения ведомые и ведущие шестерни (ролики) имеют один и тот же диаметр. Ведущий вал приводится во вращение предпочтительно с помощью электрически приводного средства, а средства регулирования дозированного расхода подачи топлива содержат вариатор скоростей, воздействующий на частоту вращения ведущего вала.

Краткое описание чертежей

Не являющийся ограничивающим пример осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 схематично изображает схему гидравлического контура системы впрыска топлива в соответствии с изобретением,

фиг.2 изображает на виде в перспективе с частичным вырывом насосный блок дозированного перекачивания топлива в системе впрыска топлива по изобретению,

фиг.3 соответствует виду в сечении плоскостью III-III на фиг.2,

фиг.4 соответствует виду в сечении плоскостью IV-IV на фиг.2,

фиг.5 схематично изображает схему гидравлического контура системы впрыска топлива турбомашины, известной из уровня техники.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематично представлена схема гидравлического контура системы впрыска топлива в соответствии с изобретением.

Как видно из этой схемы, система впрыска топлива турбомашины содержит N топливных форсунок, от 10₁ до 10_N (из них на схеме показаны только четыре), расположенных в камере сгорания турбомашины. Эти топливные форсунки 10₁-10_N питаются топливом от топливного бака 12. Единственное средство перекачивания топлива, или насосный блок 14 для топлива расположен между комплектом N топливных форсунок 10₁-10_N и топливным баком 12 для отбора топлива из бака 12 и подачи к топливным форсункам N дозированных расходов топлива, предпочтительно одинаковых. Этот насосный блок 14 в ходе единого рабочего процесса осуществляет как перекачивание топлива из топливного бака, так и его нагнетание ко всем топливным форсункам. При этом нагнетание топлива производится таким образом, чтобы дозировать N расходов, подаваемых к топливным форсункам 10₁-10_N.

На фиг.2-4 более подробно показан насосный блок 14 согласно примеру осуществления изобретения. Насосный блок 14 представляет собой узел, или агрегат, содержащий ведущий вал 16 с продольной осью Х-Х, на котором укреплены N ведущих шестерен 18₁-18_N одинакового диаметра, и ведомый вал 20 с продольной осью Y-Y, параллельный ведущему валу 16. На ведомом валу 20 укреплены N ведомых шестерен 22₁-22_N одинакового диаметра, зацепляющихся с N ведущими шестернями 18₁-18_N. Ведомые шестерни 22₁-22_N имеют предпочтительно тот же диаметр, что и ведущие шестерни 18₁-18_N. За счет зацепления ведущих и ведомых шестерен вращение ведущего вала 16 передается на ведомый вал 20 с вращением последнего в противоположном направлении.

Уплотнительные перегородки 24₁-24_N-1 в количестве N-1 расположены поперечно по одной между двумя соседними шестернями каждого вала. Более конкретно, уплотнительные перегородки 24₁-24_N-1 встроены перпендикулярно продольным осям ведущего и ведомого валов между соседними зубчатыми парами, образованными парой ведущая/ведомая шестерни. Уплотнительные перегородки 24₁-24_N-1 позволяют образовать N зон 26₁-26_N впуска топлива и N зон 28₁-28_N нагнетания топлива, причем эти зоны расположены по обе стороны от продольной плоскости Р, проходящей через продольные оси Х-Х и Y-Y ведущего и ведомого валов. Таким образом, каждой паре «ведущая шестерня 18_i / ведомая шестерня 22_i» (где i является целым числом от 1 до N) соответствует одна зона 26_i впуска топлива и одна зона 28_i нагнетания, расположенные по обе стороны от продольной плоскости Р. Как показано на фиг.4, отверстия 30₁-30_N-1 в количестве N-1, выполненные в уплотнительных перегородках 24₁-24_N-1, обеспечивают взаимное сообщение зон 264₁-26_N впуска топлива общим количеством N.

Агрегат, образованный ведущим и ведомым валами 16 и 20 и уплотнительными перегородками 24₁-24_N-1 в количестве N-1, установлен и уплотнен в продольно отрегулированном положении в цилиндрическом корпусе 32. Необходимость только продольного регулирования подразумевает, что размеры поперечного сечения цилиндрического корпуса 32 выбраны в соответствии с межосевым расстоянием и диаметром ведущей/ведомой пары шестерен, образующих зубчатую пару.

В цилиндрическом корпусе 32 насосного блока выполнено, по меньшей мере, одно впускное отверстие для топлива. Оно сообщается с топливным баком 12 и с какой-либо из зон 26₁-26_N впуска топлива. Так например, в варианте осуществления по фиг 2 единственное впускное топливное отверстие 34 выполнено в торце цилиндрического корпуса и сообщается с первой зоной 26₁ впуска топлива.

Цилиндрический корпус 32 насосного блока содержит далее N отверстий 36₁-36_N нагнетания топлива, при этом каждое такое отверстие сообщается с одной зоной 28₁-28_N нагнетания топлива из N подобных зон. Согласно выгодной особенности изобретения отверстия 36₁-36_N нагнетания топлива расположены, например, в шахматном порядке в двух продольных рядах, параллельных продольным осям Х-Х и Y-Y ведущего и ведомого валов.

Далее будет более подробно описано действие насосного блока 14 со ссылкой на фиг.4.

Ведущий вал 16 приводится во вращение в направлении по стрелке F1 с помощью приводного средства (на чертежах не показано), например, электрического. N ведущих шестерен 18₁-18_N зацепляются с N ведомыми шестернями 22₁-22_N, вызывая вращение ведомого вала 20 в противоположном направлении, показанном стрелкой F2. Это вращение ведущего и ведомого валов вызывает эффект всасывания топлива, поступающего от топливного бака 12, через сообщающееся с ним впускное отверстие 34 в ту зону 26_i впуска топлива, с которой сообщается данное отверстие. При этом топливо поступает во все N зон 26₁-26_N впуска топлива через отверстия 30₁-30_N-1, выполненные в уплотнительных перегородках 24₁-24_N-1. Топливо, присутствующее в каждой из N зон 26_i впуска топлива, далее перемещается из этих зон в зону 28_i нагнетания топлива с помощью соответствующей пары зацепляющихся шестерен «ведущая шестерня 18_i / ведомая шестерня 22_i». Более конкретно, дозированное количество Q топлива, имеющегося в одной из зон впуска, попадает в промежуточные зоны 38а, 38b, соответственно, между двумя соседними зубьями 18A_i, 18В_i ведущей шестерни 18_i и между двумя соседними зубьями 22А_i, 22В_i ведомой шестерни 22_i, которая зацепляется с ведущей шестерней. Далее это дозированное количество Q топлива перемещается к соответствующей зоне 28_i нагнетания под действием вращения пары ведущей и ведомой шестерен и отводится через соответствующее нагнетательное отверстие 36_i к одной из топливных форсунок 10₁-10_N из N таких форсунок. Таким образом, насосный блок 14 позволяет подавать к топливным форсункам N дозированных расходов топлива.

Если N ведомых шестерен 22₁-22_N имеют одинаковый диаметр с N ведущими шестернями 18₁-18_N, числа зубьев в шестернях также равны. В результате этого количество топлива, отводимого соответствующим нагнетательным отверстием 36_i, соответствует на один оборот зацепления примерно двойному количеству Q топлива, присутствующего в одной из промежуточных зон 38а, 38b, умноженному на число зубьев. Это дозированное количество Q топлива зависит от расстояния между двумя соседними зубьями и от высоты от ножки до головки зубьев.

Согласно выгодной особенности изобретения система впрыска топлива дополнительно содержит средства регулирования дозированных расходов к N топливным форсункам. Эти средства регулирования выполнены в виде вариатора скоростей (на чертежах не показан), воздействующего на частоту вращения ведущего вала. Таким образом, дозированный расход подачи топлива к каждой топливной форсунке 10₁-10_N пропорционален дозированному количеству Q топлива и частоте вращения ведущего вала 16.

Насосный блок 14 описан здесь в примере выполнения в виде системы зацепления между ведущей и ведомой шестернями. Разумеется, этот насосный блок может быть выполнен с использованием зацепляющихся элементов другого типа. Так например, могут быть использованы взаимодействующие ролики, установленные на ведущем и ведомом валах, с тем же принципом функционирования.

Изобретение относится к области систем впрыска топлива в камеру сгорания турбомашины. Система впрыска топлива содержит N топливных форсунок, расположенных в камере сгорания турбомашины и питаемых топливом от топливного бака, и встроенный между форсунками и баком насосный блок, содержащий агрегат, образованный ведущим валом, снабженным N ведущими шестернями одного диаметра, ведомым валом, снабженным N ведомыми шестернями одного диаметра, и уплотнительными перегородками, расположенными поперечно между двумя соседними шестернями ведущего и ведомого вала для образования зон впуска топлива и зон нагнетания топлива, расположенных по обе стороны от продольной плоскости, проходящей через продольные оси ведущего и ведомого валов. Агрегат установлен в корпусе, содержащем впускное топливное отверстие, сообщающееся с баком и открытое в какую-либо из зон впуска топлива, и отверстиями нагнетания топлива, каждое из которых открыто в одну из зон нагнетания топлива для питания каждой из топливных форсунок. Изобретение позволяет упростить гидравлическую часть системы сокращением используемых в ней блоков, а также обеспечивает удобство регулирования дозированных расходов топлива через форсунки. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система впрыска топлива турбомашины, содержащая N топливных форсунок (10₁, ..., 10_N), расположенных в камере сгорания турбомашины и питаемых топливом от топливного бака (12), и встроенный между указанными N топливными форсунками и указанным баком насосный блок (14) для отбора топлива от бака и подачи N дозированных расходов топлива к топливным форсункам, при этом насосный блок содержит агрегат, образованный

приводимым во вращение с помощью приводного средства ведущим валом (16) с продольной осью (Х-Х), снабженным N ведущими шестернями (18₁, ..., 18_N) или роликами одного диаметра,

ведомым валом (20) с продольной осью (Y-Y), параллельной продольной оси (Х-Х) ведущего вала, снабженным N ведомыми шестернями (22₁, ..., 22_N) или роликами одного диаметра, зацепляющимися с указанными N ведущими шестернями или роликами соответственно, и

уплотнительными перегородками (24₁, ..., 24_N-1), в количестве N-1, расположенными поперечно между двумя соседними шестернями или роликами каждого, ведущего и ведомого, вала для образования N зон (26₁, ..., 26_N) впуска топлива и N зон (28₁, ..., 28_N) нагнетания топлива, расположенных по обе стороны от продольной плоскости (Р), проходящей через продольные оси ведущего и ведомого валов, причем агрегат установлен в корпусе (32), содержащем, по меньшей мере, одно впускное топливное отверстие (34), сообщающееся с баком (12) и открытое в какую-либо из зон (26₁, ..., 26_N) впуска топлива, и N отверстий (36₁, ..., 36_N) нагнетания топлива, каждое из которых открыто в одну из N зон (28₁, ..., 28_N) нагнетания топлива для питания каждой из N топливных форсунок (10₁, ..., 10_N).