[发明专利]补偿燃料密度可变性的燃料计量回路和方法

说明书

一种用于涡轮机的燃料计量回路(1)，包括：‑计量装置(6)，‑泵(4)，‑控制阀(5)，该控制阀被构造成根据计量装置(6)的端子处的燃料压力差使输送到计量装置(6)的过量燃料流量朝向泵(4)返回，‑隔膜(8)，以及‑容积流量计(9)，隔膜(8)和容积流量计(9)以与计量装置(6)平行的方式安装在控制阀(5)的下游，以确定在计量回路(1)中流动的燃料的密度。

技术领域

本发明涉及用于涡轮机的燃料计量回路，并且涉及可通过这种回路实施的计量方法。

背景技术

涡轮机通常包括燃料计量回路，该燃料计量回路包括燃料计量装置，该燃料计量装置将适应于涡轮机的运行转速的燃料流量输送到涡轮机的燃烧室。

计量回路还包括(对于涡轮喷气发动机的情况而言，该涡轮喷气发动机为飞行器配备有整合到飞行器中的燃料箱-与配备有涡轮机而不是涡轮喷气发动机并且具有一体式箱的飞行器架构相比)泵以及调节阀，该泵从涡轮机的燃料箱中抽取燃料，以将燃料输送到计量装置，该调节阀能够使被提供给计量装置的过量燃料流量朝向泵再流通。

涡轮机的每个运行转速都施加相应的燃料质量流量，该燃料质量流量必须由计量装置输送。图1示出了不同类型的燃料的密度随温度的变化(编号为1至4的每条曲线对应于不同的燃料，编号为5的曲线对应于发动机尺寸的一个示例)。在该图中可以看出，燃料的密度可特别地随着所使用的燃料的类型(或多或少的挥发性燃料)和燃料温度而显著地变化。当前，根据控制法则控制计量装置，该控制法则针对温度和燃料类型的限定条件将期望的目标质量流量与计量装置的位置联系起来。

因此，这些控制法则不允许在控制计量装置时考虑燃料密度的可变性，从而不能准确地使计量的质量流量与燃料的密度相适应以获得目标质量流量。

此外，由于用于了解由计量装置输送的燃料的量的流量计是容积流量计，因此不可能准确地了解由计量装置输送的质量流量，质量流量计的反应性不足以提供在任何时候适应于涡轮机的发动机转速的可靠信息。

这导致由计量装置输送到燃料燃烧室的质量流量存在约为12％的显著误差。

可以通过以下公式(A)计算由计量装置输送的流量的误差的比例，该误差是由燃料密度的未知导致的，该公式表示所输送的流量：

其中：

-Wf是由计量装置喷射的质量流量，单位为kg/h

-ρ是流量密度，单位为kg/L

-K是常数，以及

-S是计量装置的槽的开口截面，单位为mm²

密度对所喷射的流量的影响如下：

与以803kg/m³的平均密度计算的定律相比，密度在700kg/m³至900kg/m³之间变化会导致所喷射的质量流量的误差介于-6.4至6.1％之间。

然而，该误差会影响涡轮机的尺寸。

特别地，涡轮机的转速的显著变化(例如从高速度范围到空转转速，以及从空转转速到高速度范围)导致输送到燃烧室的流量突然变化。该变化发生的时间比涡轮机旋转速度的变化时间短。因此，必须限定运行公差(被称为喘振和停机裕度)，使得尽管所输送的流量不同于运行所需的适当需求量并适应于涡轮机的当前旋转速度，但涡轮机仍能继续操作，这些公差是通过涡轮机的选择参数的裕度来实现的。

由于计量装置所输送的流量存在大的误差，因此公差以及涡轮机的选择参数的裕度必须更大。

已经提出了一些解决方案，包括使用与计算器结合的温度传感器，该计算器根据基于燃料的温度或密度建立的补偿定律来校正对计量装置的控制。