Компактное дозирующее устройство для инжектора с двумя топливными контурами для турбоустройства летательного аппарата - RU2646666C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области топливных инжекторов для турбоустройства летательного аппарата. Более точно, оно относится к топливным инжекторам с двойным контуром, а именно с первичным контуром для малых скоростей потока и вторичным контуром для более высоких скоростей потока.

Изобретение относится ко всем типам турбоустройств летательных аппаратов, в частности для турбореактивных двигателей и турбокомпрессоров.

Уровень техники

Топливный инжектор с двумя контурами, например, известен из документа FR 2817017. Обычно, предусмотрен отсечной клапан, также называемый уплотнительным клапаном, поскольку он позволяет обеспечить герметичное соединение, которое предотвращает проникновение топлива, находящегося в топливном контуре, в камеру сгорания при остановке двигателя. Когда перепад давлений по обе стороны от этого клапана становится таким, что происходит его открывание, топливо поступает с одной стороны в первичный контур инжектора и с другой стороны в дозирующий клапан, который обеспечивает доступ к вторичному контуру инжектора. Такой дозирующий клапан позволяет пропускать топливо, когда перепад давлений топлива с любой стороны последнего достигает высокого значения, например, 7 бар. В соответствии с его смещением, в зависимости от разности давлений, дозирующий клапан регулирует количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания.

Хотя такое обычное решение удовлетворительно работает, оно может быть улучшено в смысле общей массы, общих размеров и риска вредного взаимодействия между двумя клапанами.

Раскрытие изобретения

Изобретение предназначено для преодоления, по меньшей мере, частично упомянутых выше недостатков, относящихся к реализации предшествующего уровня техники.

Изобретение направлено на дозирующее топливо устройство для топливного инжектора турбоустройства летательного аппарата, причем это устройство содержит отверстие для подачи топлива, подвижный элемент для герметичного закрывания отверстия, а также упругое средство возврата, предназначенное для возврата уплотнительного элемента в направлении закрытого положения, в котором этот элемент герметично закрывает упомянутое отверстие, при этом элемент выполнен с возможностью его перемещения из его закрытого положения под действием давления топлива, прикладываемого к этому элементу.

Дозирующее устройство содержит первое выходное отверстие, предназначенное для сообщения с первичным контуром инжектора, а также второе выходное отверстие, предназначенное для сообщения со вторичным контуром инжектора, и выполнено таким образом, что вплоть до определенного уровня смещения уплотнительного элемента в направлении максимально открытого положения уплотнительный элемент пропускает топливо, поступающее из упомянутого отверстия так, что оно достигает упомянутого первого выходного отверстия. Кроме того, только за пределами упомянутого определенного уровня смещения элемента последний позволяет топливу, поступающему из упомянутого отверстия, достигать упомянутого второго выходного отверстия.

В соответствии с изобретением дозирующее устройство содержит:

- полый внешний корпус;

- полый промежуточный корпус, размещенный внутри внешнего корпуса, упомянутое отверстие выполнено в упомянутом промежуточном корпусе, в котором предусмотрено гнездо для приема в него уплотнительного элемента;

- упомянутый уплотнительный элемент установлен с возможностью скользящего движения в упомянутом промежуточном корпусе;

- пространство для потока топлива, предусмотренное между промежуточным и внешним корпусами, в промежуточном корпусе предусмотрены отверстия для пропуска топлива снаружи из этого промежуточного корпуса в упомянутое пространство для потока топлива, упомянутое пространство для потока топлива сообщается с упомянутым первым выходным отверстием;

- вторичное отверстие для пропуска через него топлива, предусмотренное в промежуточном корпусе, вторичное отверстие выполнено с возможностью герметичного его закрывания подвижным элементом, при условии, что он не достиг упомянутого определенного уровня смещения, и предназначено для его выпуска, когда подвижный элемент находится между определенным уровнем смещения и его максимальным открытым положением, вторичное второе отверстие сообщается с упомянутым вторым выходным отверстием.

Изобретение, в частности, имеет преимущество, состоящее в том, что в нем предусмотрен один подвижный уплотнительный элемент, что позволяет управлять подачей в первичный и вторичный контуры инжектора. По сравнению с решениями решения с двумя клапанами ряда публикаций предшествующего уровня техники это уменьшает возможное взаимодействие между двумя клапанами. Изобретение также позволяет уменьшить общие размеры, общую массу, количество деталей и трение между последними.

Предпочтительно, сечение для пропуска топлива во вторичное отверстие изменяется в соответствии с относительным положением элемента относительно этого отверстия.

Предпочтительно, за пределами упомянутого определенного уровня смещения уплотнительного элемента последний позволяет пропускать топливо из упомянутого отверстия так, что оно достигает упомянутого второго выходного отверстия и упомянутого первого выходного отверстия. Следовательно, хотя могло бы быть по-другому, устройство выполнено таким образом, что через первое выходное отверстие продолжается подача топлива, когда подача топлива происходит через второе выходное отверстие.

Предпочтительно, упомянутое упругое средство возврата содержит по меньшей мере одну первую пружину и одну вторую пружину, упомянутая вторая пружина установлена таким образом, что на нее не влияет уплотнительный элемент, по меньшей мере, на части перемещения последнего из его закрытого положения, и упомянутые первая и вторая пружины расположены таким образом, что на каждую из них влияет уплотнительный элемент, когда последняя находится на упомянутом определенном уровне смещения. Другие конфигурации, однако, возможны без выхода за пределы объема изобретения. В частности, может использоваться одна пружина. Однако решение с двумя пружинами или больше, как представлено выше, обеспечивает большую широту регулировки для дозирующего устройства.

Предпочтительно, упомянутые первая и вторая пружины установлены параллельно. Первая и вторая пружины, в частности, расположены в соответствии с осью устройства, в частности, концентрично вокруг этой оси.

В соответствии с дополнительными характеристиками вторая пружина имеет большую жесткость, чем первая пружина. В качестве альтернативы, вторая пружина может быть в большей степени предварительно напряжена, чем первая пружина в закрытом положении.

Предпочтительно, подвижный элемент образует полость, внутри которой находится топливо, через которое протекает топливо так, что оно достигает упомянутого второго выходного отверстия. Также может быть предусмотрена возможность протекания топлива снаружи от подвижного уплотнительного элемента в направлении второго выходного отверстия.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления упомянутая вторая пружина установлена между ограничителем промежуточного корпуса и частью держателя, и подвижный уплотнительный элемент имеет дополнительную часть держателя, предназначенную для контакта с упомянутой частью держателя, только вначале и за пределами упомянутого определенного уровня смещения, в направлении его максимально открытого положения.

В качестве альтернативы, упомянутая вторая пружина предусмотрена между ограничителем и частью держателя подвижного элемента, подвижный уплотнительный элемент имеет элемент зацепления, выполненный с возможностью зацепления части держателя, только вначале от и за пределами упомянутого определенного уровня смещения в направлении максимально открытого положения подвижного уплотнительного элемента.

Часть держателя, в частности, выполнена с возможностью влияния на вторую пружину при сжатии, в соответствии с давлением, прикладываемым топливом в дозирующем устройстве к подвижному элементу.

Определенный уровень смещения подвижного уплотнительного элемента затем достигается путем зацепления части держателя элементом зацепления в части, охваченной, по меньшей мере частично, зазором, присутствующим в неподвижном состоянии между частью держателя подвижного элемента и элементом зацепления.

В этой конфигурации часть держателя, предпочтительно, представляет собой предохранительный клапан. Предохранительный клапан обеспечивает, таким образом, функцию уплотнения для топливного дозирующего устройства, сам по себе или в комбинации с другими элементами подвижного элемента.

В соответствии с дополнительными характеристиками подвижный уплотнительный элемент, в частности, содержит поршень и часть держателя.

Когда часть держателя имеет участок удлиненной формы, например, золотниковый клапан, элемент зацепления предпочтительно представляет собой канавку в поршне. Изобретение также направлено на топливный инжектор для турбоустройства летательного аппарата, содержащий по меньшей мере одно дозирующее устройство, такое, как описано выше, упомянутое первое выходное отверстие сообщается с первичным контуром инжектора и второе выходное отверстие сообщается со вторичным контуром этого того же инжектора.

Изобретение также направлено на камеру сгорания турбоустройства летательного аппарата, содержащую множество топливных инжекторов, как описано выше.

В конечном итоге, изобретение направлено на турбоустройство летательного аппарата, содержащее такую камеру сгорания.

Другие преимущества и характеристики изобретения должны быть понятны в представленном ниже неограниченном подробном описании изобретения.

Краткое описание чертежей

Данное описание будет представлено со ссылкой на приложенные чертежи, среди которых;

- на фиг. 1 схематично показан топливный инжектор для турбоустройства, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления данного изобретения;

- на фиг. 2а-2с показано более подробное дозирующее устройство инжектора по фиг. 1, представляющее половину поперечного сечения, в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, в других конфигурациях, принятых так, что подчеркивается перепад давления топлива между передней и задней частями дозирующего устройства; и

- на фиг. 3а-3c более подробно показано дозирующее устройство инжектора по фиг. 1, в виде в поперечном сечении, в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, в разных конфигурациях, аналогичных показанным на фиг. 2а-2с и представленных так, что подчеркивается перепад давления между передним и задним положением дозирующего устройства.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показан топливный инжектор 1 для турбоустройства летательного аппарата, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

Инжектор 1 "многорежимного" типа (несколько контуров подачи, в данном случае два контура подачи топлива) подключен перед средством для хранения топлива, таким как бак 2. На его заднем конце инжектор пропускают через нижнюю часть камеры 4 сгорания, как известно специалистам в данной области техники.

В общем, инжектор 1 содержит от передней до задней части в направлении потока топлива через этот инжектор, фильтр 6, диафрагму 8 и дозирующее устройство 10. Устройство 10 содержит первое выходное отверстие 10а для топлива, а также второе выходное отверстие 10b для топлива, отдельно от первого. Через первое выходное отверстие 10а для топлива подают топливо в первичный контур 12 для топлива, в то время как через второе выходное отверстие подают топливо во вторичный контур 14 для топлива, предназначенный для потока с более высокой скоростью потока в направлении камеры сгорания. В каждом контуре 12, 14, в непосредственной близости к заднему концу инжектора, установлен завихритель 16, 17 для распыления/перевода во вращение топлива.

Все из упомянутых выше элементов инжектора предусмотрены во внешнем корпусе 13, который имеет общую форму в виде штифта или стержня.

На фиг. 2а и 3а более конкретно показано дозирующее устройство 10 в закрытой конфигурации, в которой топливо, поступающее из бака, не может протекать через это устройство.

Устройство 10 сформировано с использованием множества концентрических элементов с осью 18, соответствующей оси инжектора.

Прежде всего, оно содержит полый внешний корпус 20 с постоянным круговым сечением на большей части его длины. Полый внешний корпус 20 в первом варианте осуществления имеет коническое сужение 21 на заднем конце. В более общем случае, внешний корпус 20 имеет форму трубки с центром по оси 18, во внешней части которой сформировано первое выходное отверстие 10а.

Внутри корпуса 20 установлен полый промежуточный корпус 22, при этом последний выполнен с использованием одной или нескольких частей, соединенных друг с другом. На предшествующем участке промежуточный корпус 22 имеет отверстие 24 для подачи топлива, с центром на оси 18. В непосредственной близости к этому отверстию в корпусе 22 сформировано гнездо 26 для подачи топлива, для установки в него подвижного уплотнительного элемента 28, в гнезде предусмотрен уплотнитель 29 в виде уплотнительного кольца.

Промежуточный корпус 22 образует кольцевое пространство 30 для потока топлива, предусмотренное между этим промежуточным корпусом и внешним корпусом 20. Кроме того, устройство выполнено так, что промежуточный корпус имеет отверстия для пропуска 32 топлива изнутри этого промежуточного корпуса 22 в пространство 30 для потока топлива. Эти отверстия, расположенные на боковой стенке корпуса 22, предусмотрены в непосредственной близости к осевому отверстию 24, что позволяет топливу поступать в дозирующее устройство.

На заднем участке корпус 22 имеет буртик 36, который продолжается в виде трубки 38, которая образует внутреннее пространство первого кольцевого выходного отверстия 10а для топлива с внешним корпусом 20, и образует внешнее пространство для второго выходного отверстия 10b для топлива круглого сечения с центром по оси 18. Следовательно, на заднем участке пространство 30 потока для топлива сообщается с первым выходным отверстием 10а для топлива.

Как упомянуто выше, дозирующее устройство 10 дополнительно содержит уплотнительный элемент 28, установленный с возможностью скользящего движения в промежуточном корпусе 20 вдоль оси 18.

Подвижный элемент 28 имеет передний конец, который содержит переднюю поверхность давления, которая, по существу, имеет форму пластины давления в первом варианте осуществления, к которой топливо может прикладывать силу смещения. Элемент 28 выполнен полым, внутри него сформирована полость 40, через которую должно протекать топливо ко второму выходному отверстию 10b, подробности чего будут описаны ниже. С этой целью боковая стенка элемента 28 имеет входные отверстия 42 для топлива, расположенные в непосредственной близости к пластине давления, а также выходные отверстия 44 для топлива, расположенные далее к заднему концу на той же боковой стенке, ограничивающей полость 40.

На заднем участке промежуточного корпуса 22 предусмотрено вторичное отверстие 46 для пропуска топлива. В конфигурациях, показанных на фиг. 2а и 3а, это отверстие 46 герметично закрыто задним концом 50 подвижного элемента 28, с круглым поперечным сечением, с формой, которая взаимодополняет форму отверстия. В случае необходимости может быть добавлено средство уплотнения.

Между этим задним концом 50 и выходными отверстиями 44 для топлива подвижный уплотнительный элемент 28 имеет участок 54 с суженным отрезком, который, когда он расположен напротив вторичного отверстия 46, позволяет выпускать последнее, обеспечивая возможность протекания топлива в направлении второго выходного отверстия 10b, сообщающегося со вторичным отверстием. Более точно, вторичное отверстие 46 открывается в пространство 56, расположенное под задним участком подвижного элемента, и это пространство 56 выходит во второе выходное отверстие 10b.

Устройство 10, кроме того, содержит упругое средство возврата, которое прикладывает силу, которая обеспечивает возврат элемента 28 в его закрытое положение, показанное на фиг. 2а, в котором элемент 28 прижат к уплотнителю 26.

Упругое средство в предпочтительных вариантах воплощения на фиг. 2а-2с и 3а-3c содержит первую пружину 60а и вторую пружину 60b. Первая 60а и вторая пружина 60b, в частности, расположены вдоль оси 18 устройства 10 концентрично вокруг этой оси 18.

Более конкретно, при ссылке на фиг. 2а-2с, первая пружина 60а прижимается, с одной стороны, к буртику 36 промежуточного корпуса 22 и, с другой стороны, прижимается к заднему концу подвижного элемента 28. Вторая пружина 60b прижимается к заднему ограничителю 62 промежуточного корпуса и к переднему ограничителю 64 части 66 держателя, установленному с возможностью скольжения на промежуточном корпусе, вдоль оси 18. Предпочтительно, передний ограничитель 64 прижимается к буртику 68 промежуточного корпуса 22. Кроме того, вторая пружина 60b выталкивает передний ограничитель 64 в направлении буртика 68, и эта пружина, поэтому, установлена с предварительным напряжением даже в ее ослабленном положении, показанном на фиг. 2а.

Кроме того, подвижный элемент 28 имеет дополнительную часть 70 держателя в форме фланца, предназначенного для контакта с ограничителем 64 части 66 держателя, только начиная от момента и за пределами определенного уровня смещения элемента 28, детали которого будут представлены ниже. Кроме того, в закрытом положении присутствует осевой зазор 74 между фланцем 70 и передним ограничителем 64.

Первая пружина 60а в первом варианте осуществления расположена после второй пружины 60b в топливном дозирующем устройстве 10. Кроме того, первая пружина 60а расположена ближе к оси 18 дозирующего устройства 10, чем вторая пружина 60b.

Вариант осуществления, показанный на фиг. 3а-3с, отличается от представленных на фиг. 2а-2с тем, что первая пружина 60а расположена перед второй пружиной 60b в дозирующем устройстве 10. Кроме того, вторая пружина 60b расположена ближе к оси 18 дозирующего устройства 10, чем первая пружина 60а.

На фиг. 3а первая пружина 60а прижимается, с одной стороны, к кромке 282 подвижного элемента 28 и, с другой стороны, к переднему буртику 223 заднего полого корпуса 220 из полого промежуточного корпуса 22.

Вторая пружина 60b во втором варианте осуществления предусмотрена между фиксированным ограничителем 63 устройства 10 и частью 66 держателя подвижного уплотнительного элемента 28 так, что при этом подвижный уплотнительный элемент 28 имеет элемент 72 зацепления, выполненный с возможностью зацепления части 66 держателя.

Элемент 72 зацепления используется для зацепления части 66 держателя, только начиная от момента и за пределами упомянутого определенного уровня смещения в направлении максимально открытого положения подвижного уплотнительного элемента 28, аналогично дополнительной части 70 держателя в первом варианте осуществления.

На фиг. 3а подвижный уплотнительный элемент 28 содержит поршень 280 и часть 66 держателя. Поршень 280 затем содержит элемент 72 зацепления. Для обеспечения возможности протекания топлива, поступающего через отверстие 24 подвижного элемента 28, так, чтобы оно достигало второго выходного отверстия 10b за пределы упомянутого определенного уровня смещения элемента 28, предусмотрен зазор 74 на фиг. 3а между элементом 72 зацепления и частью 66 держателя.

Часть 66 держателя во втором варианте осуществления представляет собой предохранительный клапан, более точно, золотниковый клапан. Предохранительный клапан 66 выполнен с возможностью герметичного соединения с задним буртиком 222 заднего полого корпуса 220. Задний буртик 222 расположен, в частности, после переднего буртика 223 в дозирующем устройстве 10.

Также вторая пружина 60b прижимает предохранительный клапан 66 к буртику 222, эта пружина 60b, поэтому, установлена с предварительным напряжением даже в ее ослабленном положении, показанном на фиг. 3a.

Элемент 72 зацепления представляет собой несквозную канавку, выполненную в поршне 280, таким образом, что шток предохранительного клапана 66, в частности, выполнен с возможностью его соединения для ограничителя в канавке 72 в максимально открытом положении.

Как показано на фиг. 2а-2с и на фиг. 3а-3с, далее будет описана операция дозирующего устройства 10.

В случае, когда перепад давлений топлива между передней частью и задней частью устройств 10 не превышает пороговое значение, элемент 28 остается в закрытом положении, таком, как показано на фиг. 2а и 3а. Другими словами, сила возврата, прикладываемая первой пружиной 60а, достаточна для удержания элемента 28 с прижимом к его гнезду 26, и эта сила действительно больше, чем сила, получаемая в результате разности давления между давлением топлива, которое приложено к передней поверхности элемента 28 давления, и давлением топлива в камере сгорания, которое, по существу, идентично давлению топлива, которое находится в контакте с задним концом элемента 28.

Предпочтительно, уплотнение, обеспечиваемое подвижным элементом в закрытом положении, может поддерживаться до тех пор, пока перепад давлений составляет приблизительно 3,5 бара.

Когда этот перепад давления увеличивается, воздействующая в результате сила на элемент 28 приводит к тому, что последний воздействует на пружину 60а, и, поэтому, смещается из его закрытого положения в максимальное открытое положение. В начале такого смещения, схематично показанного на фиг. 2b и на фиг. 3b, которое выполняется при сжатии пружины 60а, элемент 28 открывает отверстие 24 и активирует первый топливный контур. Действительно, топливо, поступающее из бака, может затем успешно протекать через отверстие 24, отверстие для пропуска 32 топлива промежуточного корпуса 22, кольцевое отверстие 30, затем через первое выходное отверстие 10а, прежде чем оно достигнет первого контура 12. Во время этой первой фазы перемещения подвижного элемента 28 сжимается только первая пружина 60а, при этом происходит последовательное уменьшение зазора 74 по мере перемещения элемента в направлении к задней части. Также, во время этой же первой фазы, задний конец 50 элемента 28 проходит через вторичное отверстие 46, все еще закрывая его, и, таким образом, предотвращая протекание топлива во вторичный контур, который остается неактивным.

Только, когда подвижный элемент 28 достигает определенного уровня смещения в направлении задней части, активируется вторичный контур инжектора. Такой определенный уровень смещения достигается в промежуточной конфигурации между той, которая показана на фиг. 2b, 3b, 2с и 3с, когда участок 54 суженного отрезка элемента устанавливается противоположно вторичному отверстию 46, с пространством, образуемым между стенкой этого отверстия и внешней поверхностью элемента, что обеспечивает возможность протекания топлива. С целью информации здесь может быть расположен участок 54, имеющий осевые пазы для пропуска топлива, которые размещены вдоль окружности на некотором расстоянии друг от друга. Кроме того, эти пазы могут быть наклонены вдоль оси таким образом, что они приближаются к оси 18 в переднем направлении, таким образом, чтобы увеличивать скорость потока протекающего топлива, по мере смещения элемента 28 в сторону задней части. Устройство 10, следовательно, обеспечивает точную дозирующую функцию, которая зависит от уровня смещения элемента 28 вдоль оси 18. В этом отношении следует отметить, что на фиг. 2с показан подвижный элемент 28 в максимально открытом положении, обеспечивающем максимальную скорость потока топлива, которая может быть получена в выходном отверстии инжектора.

После того, как элемент 28 достигнет определенного уровня смещения, который достигается, например, при разности давлений приблизительно 7 бар, топливо, поступающее из бака, может последовательно протекать через входное отверстие 42 для топлива, полость 40, выходные отверстия 44 для топлива, вторичное отверстие 46, затем через пространство 56, выходящее во второе выходное отверстие 10b, которое сообщается со вторым контуром 14 инжектора. При таких высоких уровнях скоростей подачи топливо протекает по второму контуру, но оно также продолжает протекать в первом контуре, поскольку отверстия для пропуска 32 топлива в промежуточном корпусе 22 остаются открытыми для части топлива, протекающего через отверстие 24.

Более конкретно, со ссыпкой на фиг. 2а-2с, определенный уровень смещения элемента достигается после смещения второй пружины 60b через фланец 70 путем прижима последней к ограничителю 64 скользящей части 66.

Во втором варианте осуществления определенный уровень смещения подвижного уплотнительного элемента 28 достигается в результате зацепления предохранительного клапана 66 поршнем после того, как будет, по меньшей мере, частично выбран зазор 74 между концом штока предохранительного клапана 66 и нижней частью канавки 72 в поршне 280.

В более общем случае, для того чтобы достичь такого уровня смещения в первом и во втором вариантах осуществления, элемент должен противостоять возвратной силе, вырабатываемой каждой из двух пружин 60а, 60b, установленных параллельно. Определенный уровень смещения, соответствующий точке коммутации дозирующего устройства, может быть достигнут в начале сжатия второй пружины 60b или после перемещения элемента, во время которого происходит влияние на две пружины, установленные параллельно.

Конечно, различные модификации могут быть выполнены специалистом в данной области техники в отношении изобретения, которое было описано выше, исключительно в качестве неограничительных примеров.

Реферат

Группа изобретений относится к дозирующему топливному устройству для топливного инжектора турбоустройства летательного аппарата, а также к камере сгорания турбоустройста летательного аппарата и к турбоустройству. Дозирующее устройство содержит: отверстие для подачи топлива, подвижный уплотнительный элемент для уплотнения отверстия, а также упругое средство возврата, выполненное с возможностью побуждать перемещение уплотнительного элемента в направлении закрытого положения, в котором элемент уплотняет упомянутое отверстие, элемент выполнен с возможностью его смещения из закрытого положения. Дозирующее устройство содержит первое выходное отверстие, которое предназначено для сообщения с первым контуром инжектора, а также второе выходное отверстие, предназначенное для сообщения со вторичным контуром инжектора. Кроме того, применяется такая конструкция, что вплоть до определенного уровня смещения подвижного уплотнительного элемента последний пропускает топливо, поступающее из отверстия, так что оно достигает первого упомянутого выходного отверстия, и только за пределами определенного уровня смещения, элемент пропускает топливо, поступающее из отверстия, так что оно достигает второго отверстия. Группа изобретений позволяет уменьшить трение между двумя клапанами. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула