[发明专利]离心式泵送和计量系统中的变排量泵的流体力学式压力补偿控制装置及相关方法

说明书

技术领域

本示例性实施方式涉及一种泵系统，并且更具体地涉及一种包括高速离心泵和变排量泵的系统。其特别是与燃料计量系统结合应用，并且将特别参照燃料计量系统来进行说明。但要了解的是，本示例性实施方式也可适用于其它相似的应用。

背景技术

通常，由于与动力消耗有关的益处，在泵系统中期望有高速离心泵。此外，离心泵通常是重量轻的，被认为具有长的寿命，具有有限的压力脉动，并且通常有利于多种下游用途。当尝试结合与例如航空器发动机应用相关的燃料泵采用高速离心泵技术时，需要注意某些条件。发动机起动是其中一项，因为高速离心泵在发动机速度上升到特定水平之前不提供起动所需的升高的燃料压力。因此，需要发动机以较低的驱动速度起动。但是，如果发动机起动是唯一关心的参数，则泵系统会为了泵运转状态(即，惰转、巡航、爬升等)的平衡而变得过大。大型泵又产生一系列与对系统的热冲击有关的系统问题。同样，在设计有效的燃料泵系统时必须解决尺寸约束和重量问题。

因此，常常将变排量泵结合到泵系统中，以应对离心泵在低发动机速度下产生的低压力。变排量泵在发动机起动时提供附加的要求压力和流量。除了使用变排量泵送级来提供发动机起动(即满足发动机起动需求)之外，变排量泵在其它用途有需求时同样输送超过由离心级输送的最大压力的压力。

为了提供精确计量的流量，并且减压至下游所需的水平，离心泵和计量系统基于由离心泵和节流式计量系统产生的压力而工作。但是，为使变排量泵在节流式计量系统中工作，必须对变排量泵进行压力补偿。这将允许离心泵在低速下与由变排量泵提供的附加压力和流量结合以满足起动需求。此外，变排量泵随后能有利地用于，一旦离心泵已达到最高速度和最大压力输出并且需要附加输出，便提供高于离心泵输出的排出压力的升压。

因此，存在对以经济、有效、紧凑、简单、自动、压力补偿且适合一个或多个计量环路的方式为包括离心泵和节流式计量系统的泵单元提供附加的系统容量(和相关方法)的需求。

发明内容

一种泵单元包括供给加压流的变量泵(可变泵)和高速离心泵单元。燃料控制组件从泵单元接收流并且包括至少一个计量阀和从所述计量阀接收流的至少一个节流阀。用于所述变量泵的控制装置接收指示至少跨所述节流阀的压力差的第一和第二信号，以响应于所述压力差而改变所述变量泵的操作。

所述第一和第二信号可指示跨所述计量阀和所述节流阀的组合的压力差。

在一种优选设置中，所述控制装置为流体力学式(液压液力式，hydromechanical)压力补偿组件，且所述第一和第二信号为压力信号。

如果存在多于一个节流阀，则所述控制装置对具有最低差压的节流阀(或计量阀/节流阀组合)作出响应。

在最低差压下，仅所述离心泵向所述燃料控制组件提供压力。

在较高差压下，所述控制装置命令所述变量泵产生最低排量输出。

如果所述差压变得低于所述最低差压，则所述控制装置发出信号以使所述变量泵增大排量并提供充分的压力以维持跨所述节流阀或计量阀/节流阀组合的最低压力水平。

在一种优选设置中，所述变量泵为具有自由旋转的凸轮环的变排量泵，且所述变量泵和所述离心泵以不同的相对转速被驱动(例如，所述变量泵在一个实施例中以所述离心泵的转速的约50％被驱动，并且可被共轴地驱动)。

在一种改型中，设置有导流器(inducer)级，并且所述导流器级以降低的转速被驱动以操作性地改善所述离心泵的入口性能特性。

一种操作泵组件的方法包括提供泵单元，所述泵单元包括供给加压流的变量泵和高速离心泵。所述方法还包括提供燃料控制组件，所述燃料控制组件从所述泵单元接收流并且包括至少一个计量阀和从所述至少一个计量阀接收流的至少一个节流阀。所述方法还包括监测至少跨所述节流阀的压力差并且响应于所述压力差而控制所述泵单元的操作。

所述方法还包括从所述节流阀的上游或所述计量阀和所述节流阀组合的上游接收传送到所述燃料控制组件的第一压力信号并从所述节流阀或所述计量阀/节流阀组合的下游接收第二压力信号。

所述方法包括使用所述信号来流体力学式地改变所述泵单元的操作的步骤。

在一个实施例中，所述方法包括使用变排量环泵(ring pump)作为所述变量泵并允许其凸轮环自由旋转以减小粘滞拖阻(viscous drag)。

所述方法包括使用以降低的转速被驱动的导流器来操作性地改善所述离心泵的入口性能特性。

主要益处是在泵单元中补充离心泵输出的能力。