Sistema de suministro de combustible.

Un sistema de suministro de combustible para un motor de turbina de gas,

el sistemacomprendiendo una primera bomba de desplazamiento positivo (16), una segunda bomba dedesplazamiento positivo (27), dichas primera y segunda bombas de desplazamiento positivo (16, 27)siendo accionadas simultáneamente para el suministro de combustible a partir de una fuente de bajapresión, y un medio de válvula de conmutación (14) aguas abajo de dicha primera bomba dedesplazamiento positivo (16) para cambiar un modo de conexión entre dichas primera y segundabombas de desplazamiento positivo (16, 27) entre un modo de serie y un modo paralelo, ycaracterizado por una válvula de regulación de división de presión (29) para mantener la diferenciade presión a través de ambas bombas (16, 27) en un ratio requerido.

SISTEMA DE SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE

Descripción [0001] Esta invención se refiere a un sistema de suministro de combustible para un motor de turbina de gas, principalmente, pero no exclusivamente, un motor de turbina de gas de avión. [0002] Un sistema de suministro de combustible convencional utiliza una bomba de desplazamiento positivo, por ejemplo una bomba de engranajes, accionada desde el motor de turbina de gas a través del intermediario de una caja de engranajesde accesorios, para proporcionar combustible a través de un sistema de dosificación de combustible a los quemadores del motor de turbina de gas. La bomba de desplazamiento positivo a la cual, en aras de claridad, se hará referencia en este documento como una quot;bomba de engranajesquot;, recibe el combustible de un suministro de combustible a través de una bomba de baja presión o similar, y se reconocerá que la velocidad de rotación de la bomba de engranajes y, por lo tanto, la salida de la bomba es directamente proporcional a la velocidad del eje del motor de turbina de gas. En general, la capacidad y, por lo tanto, el tamaño de la bomba se calcula sobre la base del flujode combustible máximo que se necesitará en uso, y, naturalmente, se aplica un margen de seguridad además de dicho máximo. Habrá muchas condiciones de funcionamiento, en particular condiciones de ralentí del motor, donde la salida de la bomba excede la demanda del motor. [0003] El exceso de combustible de la salida de la bomba se vierte de vuelta en el lado de baja presión del sistema de combustible a través de una válvula de descarga que está dispuesta para funcionar para mantener una caída de presión sustancialmente constante a través de la válvula de dosificaciónde combustible del sistema de dosificación de combustible. Una válvula de aumento de presión y de cierre (PRSOV, por sus siglas en inglés) está interpuesta entre la válvula de dosificación y los quemadores del motor, y asegura que el sistema de combustible aguas arriba de la PRSOVé presurizado a un nivel suficiente que el equipo auxiliar alimentado por presión de combustible, por ejemplo actuadores de paletas de control del motor, se pueden hacer funcionar. Adicionalmente, la PRSOV proporciona un medio para aislar los quemadores de turbina de gas del sistema de suministro de combustible cuando el motor se va a apagar. [0004] Con un sistema convencional de este tipo, la presión de descarga de la bomba se ajusta por medio de:

a) La caída de presión a través de la válvula de dosificaciónen la unidad de dosificación de combustible (UMF, por sus siglas en inglés) .

b) La caída de presión a través dela PRSOV. En flujos bajos, por debajo de crucero, la PRSOV establece un aumento de presión más o menos constante a través de la bomba de engranajes. En flujos por encima de crucero, la PRSOV está normalmente completamente abierta y actúa como un estrangulador fijo de tal manera que el aumento de presión de la bomba de engranajes varía con el flujo del motor.

c) La caída de presión a través de las boquillas de los quemadores de tamaño fijo.

d) La contrapresión de la cámara de combustión, que es efectivamente la presión de suministro del compresor del motor. [0005] Esta disposición normalmente da lugar a que la condición de despegue o de descenso inactivo sea la más ardua para los cojinetes de la bomba. Las razones de ello son:

i) En el despegue, las presiones del sistema y, por lo tanto, las cargas de cojinete son altas.

Sin embargo, la alta velocidad de conducción y las temperaturas de combustible relativamente bajas dan lugar a que los cojinetes tengan buena capacidad de carga.

ii) En el descenso inactivo, las presiones del sistema y, por lo tanto, las cargas de cojinete,

son bajas en comparación con el despegue. Sin embargo, la temperatura del combustible es alta, y esto da lugar a grandes separaciones de los cojinetes y una baja viscosidad de combustible, lo que, unido a la baja velocidad de conducción, reduce significativamente la capacidad de carga de los cojinetes. [0006] Las dos condiciones anteriores son de duración relativamente corta. Sin embargo, en la condición de crucero, cuando la bomba funciona durante la mayor parte de su vida, la velocidad de la bomba es relativamente alta, las presiones están entre las del despegue y de ralentí, y las temperaturas del combustible no son particularmente altas en comparación con el descenso inactivo. Todos estos factores significan que en los sistemas de combustible convencionales, la condición de crucero no sea particularmente ardua para los cojinetes. [0007]Sin embargo, con los sistemas de combustible de quot;nueva generaciónquot;, el tamaño de las boquillas de quemador no es fijo, sino que se cambia, de forma continua o discreta como parte del sistema de combustión por etapas para mejorar el rendimiento del motor. Esta combustión por etapas puede dar lugar a presiones de combustible muy altas, potencialmente mayores que en el despegue, en algunas condiciones de crucero. Esto conduce a dos efectos indeseables. En primer lugar, las cargas de cojinete son significativamente mayores que en los sistemas convencionales debido a las presiones más altas. En segundo lugar, como el flujo en exceso de la demanda del motor se hace recircular alrededor de la bomba, se rechaza calor residual considerable para el combustible debido al alto flujo de vertido y las altas presiones, lo que da lugar a temperaturas de combustible significativamente más altas. [0008] El efecto global de un aumento de las cargas de cojinete y de las temperaturas de combustible, junto con la bombapasando una proporción considerable de su vida en esacondición, es que la condición de crucero se vuelve más ardua para los cojinetes de la bomba, lo que deriva en una vida reducida o en la necesidad de cambiar el diseño del cojinete, posiblemente derivando en una bomba más pesada. [0009] En un sistema convencional, el problema del rechazo de calor residual para el combustible es más crítico en la condición de descenso inactivo. Una solución para el problema de reducir este rechazo de calor residual es utilizar dos bombas de engranajes, con diferentes desplazamientos, funcionando en paralelo. La patente estadounidense Nº4245964 revela un sistema de suministro de combustible que incorpora dicho acoplamiento de bomba paralela. [0010] Para resolver el problema del rechazo de calor residual mencionado anteriormente, se ha dispuesto que en arranque, despegue y subida ambas bombas estén presurizadas y distribuir el flujo al motor. En todas las demás condiciones, el flujo de la bomba de desplazamiento más grande no está presurizado y se hace recircular a muy baja presión. Por lo tanto, no rechaza mucho calor residual en el combustible.La bomba de desplazamiento más pequeñae stá presurizada en todo momento y cualquier flujo de esta bomba en exceso de demanda del motor se hace recircular, esta vez a través de una caída de presión más alta. Sin embargo, la bomba de desplazamiento más pequeña no rechaza calor significativo para el combustible, debido a que hay relativamente poco flujo de vertido. La descarga de la bomba de desplazamiento más grande en descenso inactivo se consigue utilizando una válvula de descarga de combinación (CSV, por sus siglas en inglés) . [0011] US2761387 y GB771837 describen acoplamientos en los cuales se conmuta un par de bombas entre los modos de funcionamiento paralelo y de serie. US3026929 describe también un acoplamiento de bomba doble. [0012] Un objeto de la invención es proporcionar un sistema de suministro de combustible en el cual se mejoran las condiciones de funcionamiento del cojinete de la bomba en comparación con los sistemas conocidos. La mejora es más señalada en crucero de alta presión. [0013] De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de suministro de combustible para un motor de turbina de gas, comprendiendo el sistema una primera bomba de desplazamiento positivo, una segunda bomba de desplazamiento positivo, dichas primera y segunda bombas de desplazamiento positivo siendo operables simultáneamente para el suministro de combustible desde una fuente de baja presión, y el medio de válvula de conmutación aguas abajo de dicha primera bomba de desplazamiento positivo para cambiar un modo de conexión entre dichas primera y segunda bombas de desplazamiento positivo entre un modo de serie y un modo paralelo, y una válvula de regulación de división de presión para mantener la diferencia de presión a través de las dos bombas en un ratio requerido. [0014] En dicho modo de conexión de serie, el combustible de la fuente de baja presión se suministra a dicha segunda bomba de desplazamiento positivo sólo desde dicha primera bomba de desplazamiento positivo, mientras que en dicho modo de conexión... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de suministro de combustible para un motor de turbina de gas, el sistema comprendiendo una primera bomba de desplazamiento positivo (16) , una segunda bomba de desplazamiento positivo (27) , dichas primera y segunda bombas de desplazamiento positivo (16, 27) siendo accionadas simultáneamente para el suministro de combustible a partir de una fuente de baja presión, y un medio de válvula de conmutación (14) aguas abajo de dicha primera bomba de desplazamiento positivo (16) para cambiar un modo de conexión entre dichas primera y segunda bombas de desplazamiento positivo (16, 27) entre un modo de serie y un modo paralelo, y caracterizado por una válvula de regulación de división de presión (29) para mantener la diferencia de presión a través de ambas bombas (16, 27) en un ratio requerido.

2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la primera bomba de desplazamiento positivo (16) tiene una capacidad mayor que la segunda bomba de desplazamiento positivo (27) .

3. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual la válvula de regulación de división de presión (29) mantiene el ratio de presión a través de las bombas (16, 27) en el rango de 55/45 a 50/50.

4. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la válvula de regulación de división de presión (29) comprende un elemento de válvula que se puede mover en respuesta a cambios en la diferencia de presión en la entrada y la salida de la segunda bomba (27) y que funciona para verter fluido en la entrada de la primera bomba (16) cuando la diferencia de presión está por debajo de un nivel predeterminado.

5. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 4, en el cual en el modo de conexión paralelo, dicha válvula de regulación de división de presión (29) se cierra.

6. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una válvula de descarga (39, 45) dispuesta para hacer recircular el flujo alrededor de dicha segunda bomba de desplazamiento positivo (27) para mantener una caída de presión fija a través de una válvula de dosificación (37) .

7. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual dicha válvula de descarga (39, 45) hace recircular fluidos a partir de las dos bombas de desplazamiento positivo (16, 27) para mantener dicha caída de presión fija a través de la válvula de dosificación (37) .

8. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el cual cuando se opera en el modo de conexión paralelo, el flujo de la primera bomba (16) es guiado por el medio de válvula de conmutación (14) para que se una al flujo liberado por la segunda bomba (27) .

9. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el cual la válvula de descarga (45) comprende una válvula de descarga de combinación (45) para la descarga de dicha primera bomba de desplazamiento positivo (16) en el modo de conexión paralelo.

10. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además una válvula sin retorno

(57) a través de la cual el fluido es arrastrado por la primera bomba (16) para que se una al flujo de dicha segunda bomba de desplazamiento positivo (27) cuando la primera bomba (16) no está descargada en el modo de conexión paralelo.