ES2320600T3 - Dispositivo de inyeccion de carburante en una turbomaquina. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de inyección de carburante en una turbomáquina, que comprende al menos una bomba (10) que une un depósito (14) de carburante a medios (16) de regulación de caudal que alimentan inyectores de carburante (18) por medio de una válvula (20) de puesta a presión o presurización y de corte, comprendiendo esta válvula un pistón (32) desplazable en un cuerpo cilíndrico (30) entre una posición de apertura y una posición de cierre de una alimentación (22) de los inyectores, siendo sensible el pistón (32) a la puesta a presión del carburante para cerrar la alimentación (22) de los inyectores mientras está puesta presión es inferior a un umbral predeterminado, caracterizado porque la válvula (20) de puesta a presión y de corte comprende medios (52, 56, 60) para aplicar al pistón (32), a partir del régimen de ralentí de la turbomáquina, una contrapresión PH que crea un segundo umbral de puesta a presión, siendo este segundo umbral superior al primer umbral y a un valor mínimo de mando de equipos (24) de geometría variable de la turbomáquina.
Description
Dispositivo de inyección de carburante en una
turbomáquina.
El invento se refiere a un dispositivo de
inyección de carburante en una turbomáquina tal como un
turborreactor o un turbopropulsor de avión.
Este dispositivo comprende, de manera general,
al menos una bomba de alta presión arrastrada por la turbina de la
turbomáquina y cuya entrada está unida a un depósito de carburante y
la salida a medios pilotados de regulación de caudal que comprenden
una válvula dosificadora y que están a su vez unidos, por un medio
de puesta presión o presurización y de corte llamado a veces
válvula de parada, a inyectores de carburantes situados en la
cámara de combustión de la turbomáquina.
El medio de puesta a presión y de corte
comprende un pistón desplazable en un cuerpo cilíndrico entre
posiciones de apertura y de cierre de un conducto de alimentación
de los inyectores de carburante, siendo sensible este pistón por
una parte a la presión del carburante a la salida de la válvula
dosificadora y por otra parte a una presión de mando de manera que
cierre el conducto de alimentación de los inyectores mientras la
presión del carburante permanece inferior a un umbral
predeterminado.
Durante el funcionamiento normal de la
turbomáquina, la diferencia de presión del carburante entre la
salida y la entrada de la bomba está a un valor suficiente para
mandar equipos accesorios que comprenden en particular álabes de
calado variable (siendo estos equipos denominados equipos de
geometría variable en lo que sigue).
Cuando se produce un incidente de combustión que
entraña la parada del motor, es deseable poder volver a arrancar el
motor en vuelo utilizando la única rotación del árbol motor
arrastrado por el paso del aire en la turbomáquina.
La velocidad de un nuevo arranque de la
turbomáquina en estas condiciones es muy inferior a la velocidad de
rotación en vuelo o durante un nuevo arranque normal efectuado en el
suelo por medio de un arrancador. La bomba de alta presión del
dispositivo de inyección de carburante es arrastrada a esta pequeña
velocidad de rotación y no puede proporcionar carburante a una
presión suficiente para abrir el medio de puesta a presión y de
corte y para mandar los equipos de geometría variable.
Se han propuesto diferentes medios en la técnica
para resolver este problema.
En la solicitud anterior
EP-A-1231368 de la solicitante, se
ha propuesto un medio de puesta a presión y de corte de dos niveles
de puesta presión en función de la velocidad de rotación de la
turbomáquina, correspondiendo el nivel bajo al ralentí y al
funcionamiento del motor a los pequeños caudales de carburante,
pudiendo el nivel elevado asegurar el funcionamiento a los caudales
elevados de carburante. Este medio de puesta a presión es pilotado
por la válvula dosificadora de los medios de regulación de caudal
por medio de varios diafragmas montados en paralelo entre la bomba
de alta presión, la válvula dosificadora y el medio de puesta a
presión y de corte.
Esta solución conocida tiene por inconveniente
que el nivel bajo de puesta a presión no es suficiente para el
mando de los equipos de geometría variable. Impone también modificar
la válvula dosificadora e instalar estos diafragmas, y tiene por
tanto un coste no despreciable.
El presente invento tiene por objeto resolver
este problema de manera simple, eficaz y poco costosa, en particular
sin transformar la válvula dosificadora.
Propone a este efecto un dispositivo de
inyección de carburante en una turbomáquina, que comprende al menos
una bomba que une un depósito de carburante a medios de regulación
de caudal que alimentan inyectores de carburante por medio de una
válvula de puesta a presión y de corte, comprendiendo esta válvula
un pistón desplazable en un cuerpo cilíndrico entre una posición de
apertura y una posición de cierre de una alimentación de los
inyectores, siendo sensible este pistón a la puesta presión del
carburante para cerrar la alimentación de los inyectores mientras
está puesta presión es inferior a un umbral predeterminado, estando
caracterizado el dispositivo porque la válvula de puesta a presión
y de corte comprende medios para aplicar al pistón, a partir del
régimen de ralentí de la turbomáquina, una contrapresión que tiende
a aumentar la puesta a presión del carburante por encima de un
segundo umbral predeterminado, siendo este segundo umbral superior
al primer umbral y a un valor mínimo de mando de equipos de
geometría variable de la turbomáquina.
Así, según el invento, los medios que permiten
imponer un segundo umbral de puesta a presión al carburante, forman
parte de la válvula de puesta a presión y de corte y no de los
medios de regulación de caudal.
El segundo umbral de puesta a presión permite,
en el régimen de ralentí, mandar de manera satisfactoria los
equipos de geometría variable, tales por ejemplo como álabes de
calado variable.
El primer umbral de puesta a presión permite un
arranque fácil del motor en el suelo y un nuevo arranque del motor
en vuelo bajo el efecto de la única rotación del árbol motor
arrastrado por el paso del aire en la turbomáquina.
Según otra característica del invento, los
medios de aplicación de la contrapresión comprenden un orificio
formado en el cuerpo cilíndrico de la válvula y alimentado por la
presión a la salida de la bomba, siendo obturado este orificio por
el pistón en su posición de cierre de la alimentación de los
inyectores y siendo abierto por desplazamiento del pistón a partir
del régimen de ralentí de la turbomáquina.
El paso del primer umbral al segundo umbral de
puesta a presión es determinado por la carrera del pistón entre su
posición de cierre de la alimentación de los inyectores y la
apertura del orificio del cuerpo cilíndrico, es decir de hecho por
la posición de este orificio a lo largo del eje de desplazamiento
del pistón.
El valor del segundo umbral de puesta a presión
está en cuanto a él determinado por el diámetro de este
orificio.
La velocidad de transición entre el primer y el
segundo umbral de puesta presión puede ser determinada por la forma
de este orificio.
Por ejemplo, el orificio formado en el cuerpo de
la válvula comprende un paso cilíndrico cuyo diámetro determina el
valor del segundo umbral de puesta a presión, desembocando este paso
cilíndrico en la garganta anular de la superficie cilíndrica
interna del cuerpo de la válvula, teniendo esta garganta una
dimensión axial o una dimensión en el eje de desplazamiento del
pistón que es superior al diámetro del paso cilíndrico ya citado y
estando destinada a comunicar con una garganta anular del pistón en
la que están formados orificios radiales que desembocan en el
interior del pistón.
Está configuración permite aumentar mucho la
velocidad de transición entre el primer y el segundo umbral de
puesta a presión y por tanto disponer muy rápidamente al ralentí, de
una presión de carburante suficiente para mandar los equipos de
geometría variable de la turbomáquina.
El invento será mejor comprendido y otras
características, detalles y ventajas de éste aparecerán más
claramente de la lectura de la descripción que sigue, hecha a
título de ejemplo en referencia a los dibujos adjuntos en los
que:
La fig. 1 representa esquemáticamente un
dispositivo de inyección de carburante según el invento;
La fig. 2 es un gráfico que representa las
variaciones de un diferencial de presión de un carburante en función
del caudal inyectado;
La fig. 3 es una vista esquemática en corte
axial de la válvula de puesta a presión y de corte del dispositivo
según el invento.
El dispositivo de inyección de carburante
representado esquemáticamente en la fig. 1 comprende esencialmente
una bomba 10 de alta presión cuya entrada está unida por una bomba
12 de baja presión y por filtros a un depósito de carburante 14 y
cuya salida está unida a un medio de regulación de caudal 16 (FMV o
Válvula Dosificadora de Combustible) de un tipo clásico que permite
dosificar la cantidad de carburante enviada a inyectores 18 en
función de las condiciones de funcionamiento de la turbomáquina.
Una válvula 20 de puesta a presión y de corte
está montada entre la salida del medio 16 de regulación de caudal y
un conducto 22 de alimentación de los inyectores 18, siendo esta
válvula 20, llamada igualmente válvula de parada, sensible a la
presión P del carburante a la salida del medio de regulación de
caudal 16 e impidiendo la alimentación de carburante de los
inyectores 18 mientras ésta presión P no alcanza un cierto valor, es
decir mientras la puesta presión del carburante es inferior a un
primer umbral, correspondiendo esta puesta a presión a la
diferencia de presión entre la salida y la entrada de la bomba
10.
Este umbral es determinado para permitir el
nuevo arranque de la turbomáquina en vuelo cuando el árbol motor no
es arrastrado en rotación más que por el aire que circula en el
interior de la turbomáquina.
Este umbral de puesta a presión, que es
relativamente bajo (por ejemplo de aproximadamente 19 bares),
facilita igualmente el nuevo arranque de la turbomáquina en el
suelo por medio de un arrancador, por ejemplo de aire
comprimido.
Según el invento, la válvula 20 de puesta a
presión y de corte está concebida para definir un segundo umbral de
puesta a presión, superior al primero y que debe ser alcanzado o
sobrepasado una vez que se ha salido de una fase de arranque o de
nuevo arranque de la turbomáquina, teniendo este segundo umbral de
puesta a presión un valor de 30 bares aproximadamente por ejemplo y
siendo suficientemente elevado para que la puesta a presión del
carburante, es decir la diferencia de presión PH-PB
entre las salida y la entrada de la bomba 10, sea suficiente para
mandar sin dificultad un conjunto 24 de equipos auxiliares de
geometría variable que comprenden en particular accionadores de
álabes de calado variable.
El diagrama de la fig. 2 representa la variación
de la diferencia de presión PH-PB en función del
caudal de carburante proporcionado a los inyectores 18,
representando la curva I esta variación cuando la válvula de puesta
a presión y de corte no define más que un umbral de puesta a
presión, y representando la curva II esta variación en el caso de
una válvula 20 conforme el invento, que define dos umbrales de
puesta a presión como se ha indicado anteriormente.
Se ve en este diagrama que, en el dispositivo
según el invento, la transición entre el primer y el segundo umbral
de puesta a presión se hace muy rápidamente para un caudal preciso
de carburante inyectado que es relativamente muy débil y que es
alcanzado una vez que las fases de arranque o de nuevo arranque han
terminado. Así, cuando la turbomáquina funciona al ralentí, la
diferencia PH-PB es superior a 30 bares y es
ampliamente suficiente para mandar los equipos de geometría
variable.
Se van ahora a describir, en referencia a la
fig. 3, las características de la válvula 20 de puesta a presión y
de corte que permiten definir estos dos umbrales de puesta a presión
del carburante.
Esta válvula que está dibujada en posición
vertical en las figs. 1 y 3, comprende esencialmente un cuerpo
cilíndrico 30 cuya extremidad inferior abierta está unida a la
salida del medio 16 de regulación de caudal, y un pistón 32 guiado
en deslizamiento estanco en el interior del cuerpo 30 entre una
posición inferior, representada en la fig. 3, de cierre del
conducto 22 de alimentación de los inyectores 18, y una posición
superior en la que abre este conducto de alimentación.
La posición inferior del pistón 32 está definida
por un asiento 34 montado fijamente en la extremidad inferior
abierta del cuerpo 30.
El pistón 32 es solicitado permanentemente hacia
su posición inferior en apoyo sobre el asiento 34 por un resorte 36
montado alrededor del pistón y que viene a apoyarse por sus
extremidades sobre un reborde externo 38 de la parte superior del
pistón 32 y sobre un asiento 40 montado fijamente en la extremidad
superior del cuerpo 30.
El asiento 40 lleva un captador central 42, por
ejemplo del tipo electromagnético, de detección de la posición
axial de un vástago 44 unido al pistón 32.
En el ejemplo de realización representado, el
pistón 32 es de forma cilíndrica tubular con extremidad inferior
cerrada y con extremidad superior abierta, extendiéndose el vástago
44 en el interior del pistón 32 y siendo solicitado a apoyo sobre
el fondo del pistón por un resorte antagonista 46 que está apoyado
por su extremidad inferior sobre un reborde 48 de la extremidad
inferior del vástago 44 y que se apoya por su extremidad superior
sobre el asiento 40 montado fijamente en la extremidad superior del
cuerpo 30, sirviendo el resorte 46 como el resorte 36 para
solicitar el pistón 32 hacia su posición inferior en apoyo sobre el
asiento 34.
El primer umbral de puesta a presión es definido
por aplicación en el interior del cuerpo 30 de la presión del
carburante a la entrada de la bomba 10, siendo aplicada esta presión
por al menos un orificio 50 formado en la parte del cuerpo 30 que
se encuentra por encima del pistón 32 de manera que la presión PB
pueda actuar sobre el pistón 32 cualquiera que sea la posición de
éste, para solicitarle hacia abajo.
El segundo umbral de puesta a presión es
definido por aplicación al pistón 32 de la presión del carburante
PH a la salida de la bomba 10, por medio de un orificio 52 formado
en el cuerpo 30 a un nivel inferior al del orificio 50, de manera
que este orificio 52 pueda ser obturado por el pistón 32 cuando éste
está en su posición inferior, y abierto cuando el pistón 32 es
desplazado hacia arriba por la presión P de carburante a la salida
del medio 16 de regulación de caudal, actuando la presión PH del
carburante entonces sobre el pistón 32 para solicitarle hacia
abajo, siendo ésta presión P determinada por la presión en el
conducto 22 de alimentación de los inyectores, por la presión en el
cuerpo 30 y por el caudal de carburante proporcionado a los
inyectores.
Más precisamente, el orificio 52 comprende un
paso cilíndrico 54 que desemboca en el exterior del cuerpo 30 y
cuya profundidad es inferior al espesor del cuerpo 30 en este lugar,
una garganta anular 56 que está formada en la superficie cilíndrica
interna del cuerpo 30 a la altura del paso 54, y un orificio 58 de
diámetro muy pequeño que está formado en el espesor de manera que
separe el paso 54 de la garganta anular 56 y que los haga comunicar
entre sí.
La pared cilíndrica del pistón 32 comprende al
menos uno y de preferencia varios orificios radiales 60 formados en
un mismo plano trasversal y repartidos alrededor del eje del pistón,
que están formados en una garganta anular de la superficie
periférica exterior del pistón y que están destinados a ser llevados
al nivel de la garganta anular 56 del cuerpo 30 cuando el pistón es
desplazado hacia arriba por la presión P del carburante aplicada a
la extremidad inferior del cuerpo 30.
Como se ve en la fig. 3, cuando el pistón 32
está en su posición inferior de cierre del conducto 22 de
alimentación de los inyectores 18, la garganta angular del pistón
32 en la que están formados los orificio radiales 60 está a una
pequeña distancia axial de la garganta anular 56 de la superficie
interna del cuerpo 30.
Esta distancia axial define la longitud del
primer umbral de puesta a presión.
El nivel del segundo umbral de puesta a presión
está definido por el diámetro del orificio 58 y el valor del caudal
de carburante inyectado para el que se produce la transición entre
los dos umbrales de puesta a presión es determinado por la posición
axial del orificio 58 en el cuerpo 30.
Se ve que el invento permite definir los
umbrales de puesta a presión del carburante, uno para el arranque y
el reencendido, el otro a partir del ralentí, mediante una
modificación simple y poco costosa de la válvula de puesta a
presión y de corte.
Claims (9)
1. Un dispositivo de inyección de carburante en
una turbomáquina, que comprende al menos una bomba (10) que une un
depósito (14) de carburante a medios (16) de regulación de caudal
que alimentan inyectores de carburante (18) por medio de una
válvula (20) de puesta a presión o presurización y de corte,
comprendiendo esta válvula un pistón (32) desplazable en un cuerpo
cilíndrico (30) entre una posición de apertura y una posición de
cierre de una alimentación (22) de los inyectores, siendo sensible
el pistón (32) a la puesta a presión del carburante para cerrar la
alimentación (22) de los inyectores mientras está puesta presión es
inferior a un umbral predeterminado, caracterizado porque la
válvula (20) de puesta a presión y de corte comprende medios (52,
56, 60) para aplicar al pistón (32), a partir del régimen de
ralentí de la turbomáquina, una contrapresión PH que crea un segundo
umbral de puesta a presión, siendo este segundo umbral superior al
primer umbral y a un valor mínimo de mando de equipos (24) de
geometría variable de la turbomáquina.
2. Un dispositivo según la reivindicación 1ª,
caracterizado porque los medios de aplicación de la
contrapresión comprenden un orificio (52) formado en el cuerpo
cilíndrico (30) de la válvula y alimentado por la presión a la
salida de la bomba (10), siendo obturado este orificio (52) por el
pistón (32) en su posición de cierre de la alimentación (22) de los
inyectores y siendo abierto por desplazamiento del pistón a partir
del régimen de ralentí de la turbomáquina.
3. Un dispositivo según la reivindicación 2ª,
caracterizado porque la carrera del pistón (32) entre
suposición de cierre de la alimentación (22) de los inyectores y la
apertura del orificio (52) del cuerpo cilíndrico (30) determina el
caudal de carburante inyectado para el que se efectúa la transición
del primer umbral al segundo umbral de puesta a presión.
4. Un dispositivo según la reivindicación 2ª o
3ª, caracterizado porque el diámetro del orificio (58) de
admisión de la contra presión en el interior del cuerpo (30)
determina el valor del segundo umbral de puesta a presión.
5. Un dispositivo según una de las
reivindicaciones 2ª a 4ª, caracterizado porque la forma de
los medios de aplicación (52, 56, 60) de la contrapresión sobre el
pistón (32) determina la velocidad de transición entre el primer y
el segundo umbral de puesta a presión.
6. Un dispositivo según una de las
reivindicaciones 2ª a 5ª, caracterizado porque el orificio
(52) formado en el cuerpo cilíndrico (30) comprende un orificio
(58) de diámetro determinado, que desemboca en una garganta anular
(56) de la superficie cilíndrica interna del cuerpo (30).
7. Un dispositivo según la reivindicación 6ª,
caracterizado porque la garganta angular (56) de la
superficie interna del cuerpo (30) está destinada a comunicar con
una garganta anular de la superficie cilíndrica externa del pistón
(32), en la que están formados orificios radiales (60) que
desembocan en el interior del pistón (32).
8. Un dispositivo según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cuerpo
cilíndrico (30) de la válvula comprende otro orificio (50) unido a
la entrada de la bomba (10), estando este orificio (50) axialmente
separado de los medios de aplicación de la contrapresión que definen
el segundo umbral de puesta a presión, para hacer actuar de modo
permanente la presión PB a la entrada de la bomba sobre el pistón
(32) y definir el primer umbral de puesta a presión.
9. Una turbomáquina, tal como un turborreactor o
turbopropulsor de aviones, caracterizada porque comprende un
dispositivo de inyección de carburante según una de las
reivindicaciones precedentes.
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