气体流量燃料计量制造技术

一种燃料计量阀包括：阀体，其在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件；致动器，其联接成使阀元件相对于阀体移动；以及控制器，其被配置成调节阀体的位置。阀元件调节通过阀体的燃料的流量。控制器基于差压和绝对压力传感器的测量值通过致动器调节阀体的位置，以实现通过阀体的燃料的目标质量流量。基于预定最大亚音速压力，差压传感器仅在有限的刻度范围内进行精度校准。

Gas flow fuel metering

A fuel metering valve includes a valve body, which accommodates valve elements in the inner chamber between the inlet port and the outlet port, and the actuator is connected to make the valve element move relative to the valve body, and the controller is configured to regulate the position of the valve body. The valve element regulates the flow of fuel through the valve body. Based on differential pressure and absolute pressure sensor's value, the controller regulates the position of the valve body through the actuator to achieve the target mass flow through the valve body. Based on the predetermined maximum subsonic pressure, the differential pressure sensor is calibrated only within a limited scale.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体流量燃料计量优先权声明本申请要求2015年4月20日提交的美国临时申请第62/150,017号的优先权，该申请的内容以引用方式并入本文中。
本说明书涉及用于以气体燃料运行的燃烧发动机的燃料计量阀。
技术介绍
气体燃料系统用于各种内燃发动机，例如用于车辆和工业场合的往复式或涡轮式发动机。这些发动机可以利用提供来自液化天然气(LNG)或压缩天然气(CNG)源的天然气(主要为甲烷)或诸如丙烷或氢气的其他气体燃料的燃料系统。在许多系统中，燃料计量阀操作来控制输送到发动机的气体燃料的流量。对于燃油计量阀的准确性和可靠性的问题通常基于当来自多个传感器的输出用作燃料质量流量计算的输入时的误差累积。
技术实现思路
在本公开的第一方面中，一种燃料计量阀包括：阀体，其在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，该阀元件调节通过阀体的燃料流量；致动器，其被联接以使阀元件相对于阀体移动；控制器，其被配置成基于差压和绝对压力测量值经由致动器调节阀体的位置，以实现通过阀体的燃料的目标质量流量；以及差压和绝对压力传感器，其被布置成提供压力测量值。基于预定最大亚音速差压，差压传感器仅在有限的刻度范围内进行精度校准。在第一方面的一些实施例中，燃料流包括气态流体流。在第一方面的一些实施例中，控制器被配置成基于压力测量值来识别阀元件上的音速或亚音速流动状态。在第一方面的一些实施例中，控制器还被配置成：响应于识别亚音速流动状态，实施第一组的一个或多个流动方程以实现目标质量流量；并且响应于识别音速流动状态，实施第二组的一个或多个不同的流动方程以实现目标质量流量。在第一方面的一些实施例中，仅第一组流量方程包括作为输入的差压测量值。在第一方面的一些实施例中，差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针，使得差压测量值对应于阀元件上的差压。在第一方面的一些实施例中，上游压力探针包括皮托管探针，下游压力探针包括静态压力探针。在第一方面的一些实施例中，预定最大亚音速差压包括确定为最大量值压力差的最大预期亚音速压差，该最大量值压力差对应于大于或等于在系统操作条件的预期范围内的燃料的临界压力的压力比。在第一方面的一些实施例中，有限的刻度范围限定小于或等于燃料计量阀的预定最大差压的上限。在第一方面的一些实施例中，有限的刻度范围限定大于或等于预定最大亚音速差压的上限。在本公开的第二方面中，燃烧发动机系统包括：燃料源；发动机，其通过由燃料源提供的燃料的燃烧产生机械动力；以及燃料计量阀，其位于发动机上游和燃料源下游，该燃料计量阀调节从燃料源提供的气体燃料的流量。燃料计量阀包括：阀体，其在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，该阀元件调节通过阀体的燃料流量；致动器，其被联接以使阀元件相对于阀体移动；控制器，其被配置成基于差压和绝对压力测量值经由致动器调节阀体的位置，以实现通过阀体的燃料的目标质量流量；以及差压和绝对压力传感器，其被布置成提供压力测量值。基于预定最大亚音速差压，差压传感器仅在有限的刻度范围内进行精度校准。在第二方面的一些实施例中，燃烧发动机系统还包括发动机控制单元，其可通信地联接到燃料计量阀并且被配置成经由燃料需求信号提供目标质量流量。在第二方面的一些实施例中，燃料流包括气态流体流。在第二方面的一些实施例中，控制器被配置成基于差压测量值来识别阀元件上的音速或亚音速流动状态。在第二方面的一些实施例中，控制器还被配置成：响应于识别亚音速流动状态，实施第一组的一个或多个流量方程以实现目标质量流量；并且响应于识别音速流动状态，实施第二组的一个或多个不同的流量方程以实现目标质量流量。在第二方面的一些实施例中，仅第一组流量方程包括作为输入的差压测量值。在第二方面的一些实施例中，差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针，使得差压测量值对应于阀元件上的差压。在第二方面的一些实施例中，上游压力探针包括皮托管探针，下游压力探针包括静态压力探针。在第二方面的一些实施例中，预定最大亚音速差压包括确定为最大量值压力差的最大预期亚音速差压，该最大量值压力差对应于大于或等于在系统操作条件的预期范围内的燃料的临界压力的压力比。在第二方面的一些实施例中，有限的刻度范围限定小于或等于燃料计量阀的预定最大差压的上限。在第二方面的一些实施例中，有限的刻度范围限定大于或等于预定最大亚音速差压的上限。在本公开的第三方面中，一种构造燃料计量阀的方法包括：识别在燃烧发动机系统的预期操作范围内的多个操作条件；基于所识别的操作条件确定最大预期亚音速差压；以及将差压传感器安装到燃料计量阀中，该差压传感器基于所确定的最大预期亚音速差压仅在有限的刻度范围内进行精度校准。在一些实施例中，差压传感器的校准还包括并入适当的误差容限，同时仍然保持小于最大预期差压。在第三方面的一些实施例中，识别多个操作条件包括识别在燃烧发动机系统的预期操作范围内的多个上游和下游压力对。在第三方面的一些实施例中，确定最大预期亚音速差压包括基于多个上游和下游压力对确定最大量值压力差，该最大量值压力差对应于大于或等于预定燃料(例如，具有适当的容限)的临界压力的压力比。在第三方面的一些实施例中，安装差压传感器包括将差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针。在第三方面的一些实施例中，上游压力探针包括皮托管探针，下游压力探针包括静态压力探针。在第三方面的一些实施例中，安装差压传感器还包括将差压传感器定位在可通信地联接到燃料计量阀的主控制器的传感器模块的外壳内。在第三方面的一些实施例中，有限的刻度范围限定小于或等于燃料计量阀的预定最大差压的上限。在第三方面的一些实施例中，有限的刻度范围限定大于或等于最大预期亚音速差压的上限。在本说明书中描述的主题的一个或多个实施方式的细节在附图和下面的描述中阐述。本主题的其它特征、方面和优点将从描述、附图和权利要求书变得显而易见。附图说明图1是示例性燃烧发动机系统的示意图。图2A-2D是示例性燃料计量阀的透视图、俯视图、后视图和前视图。图3是示例性燃料计量阀的一部分的示意图。图4是用于构造示例性燃料计量阀的过程的流程图。在各个附图中，类似的附图标记和名称可以指示类似的元件。具体实施方式首先参考图1，燃烧发动机系统100包括燃料源102、燃料计量阀200、发动机104和发动机控制单元(ECU)106。发动机104通过由燃料源102提供的气体燃料的燃烧产生机械动力。在一些示例中，发动机104是工业或航改燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机可以包括联接到下游涡轮的上游压缩机，以及位于涡轮和压缩机之间的燃烧室。燃烧室接收来自压缩机的空气和来自燃料源102的气体燃料，并且燃料空气混合物被点燃以产生高温高压流体流以驱动涡轮的轴。在一些示例中，发动机104是往复式内燃发动机，其特征在于由来自与空气混合的气体燃料的燃烧能量驱动的可移动活塞。活塞的线性运动通过合适的机械联动装置(例如连杆)转换成曲轴的旋转运动。燃料源102可以包括大型储罐、较小的压力容器(例如，压缩气瓶)和/或气体输送管线。由燃料源102提供的气体燃料108的流可以包括适合于由发动机104燃烧的任何等级或品质的环境气相流体(例如，从甲烷到填埋气体到煤气，以及从LNG到丙烷气体的气体燃料)。在一些示例中，如下所述，燃料计量阀200是集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料计量阀，包括：阀体，所述阀体在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，所述阀元件调节通过所述阀体的燃料流量；致动器，所述致动器被联接成使所述阀元件相对于所述阀体移动；控制器，所述控制器配置成基于差压和绝对压力测量值经由所述致动器调节所述阀体的位置，以实现通过所述阀体的所述燃料的目标质量流量；和差压和绝对压力传感器，所述差压和绝对压力传感器被布置成提供所述压力测量值，其中，基于预定最大亚音速差压，所述差压传感器仅在有限的刻度范围内进行精度校准。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.20 US 62/150,0171.一种燃料计量阀，包括：阀体，所述阀体在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，所述阀元件调节通过所述阀体的燃料流量；致动器，所述致动器被联接成使所述阀元件相对于所述阀体移动；控制器，所述控制器配置成基于差压和绝对压力测量值经由所述致动器调节所述阀体的位置，以实现通过所述阀体的所述燃料的目标质量流量；和差压和绝对压力传感器，所述差压和绝对压力传感器被布置成提供所述压力测量值，其中，基于预定最大亚音速差压，所述差压传感器仅在有限的刻度范围内进行精度校准。2.根据权利要求1所述的燃料计量阀，其特征在于，所述控制器被配置成基于所述压力测量值来识别所述阀元件上的音速或亚音速流动状态，并且其中，所述控制器还被配置成：响应于识别亚音速流动状态，实施第一组的一个或多个流量方程以实现所述目标质量流量；和响应于识别音速流动状态，实施第二组的一个或多个不同的流量方程以实现所述目标质量流量。3.根据权利要求2所述的燃料计量阀，其特征在于，仅所述第一组流量方程包括作为输入的所述差压测量值。4.根据权利要求1所述的燃料计量阀，其特征在于，所述差压传感器流体地联接到上游压力探针和下游压力探针，使得所述差压测量值对应于所述阀元件上的差压。5.根据权利要求4所述的燃料计量阀，其特征在于，所述上游压力探针包括皮托管探针，并且所述下游压力探针包括静压力探针。6.根据权利要求1所述的燃料计量阀，其特征在于，所述预定最大亚音速差压包括确定为所述最大量值压力差的最大预期亚音速差压，所述最大量值压力差对应于大于或等于在系统操作条件的预期范围内的所述燃料的所述临界压力的压力比。7.根据权利要求1所述的燃料计量阀，其特征在于，所述有限的刻度范围限定了作为以下中的至少一个的上限：小于或等于所述燃料计量阀的预定最大差压；和大于或等于所述预定最大亚音速差压。8.一种燃烧发动机系统，包括：燃料源；发动机，其通过由所述燃料源提供的燃料流的燃烧产生机械动力；和燃料计量阀，其位于所述发动机的上游和所述燃料源的下游，所述燃料计量阀调节从所述燃料源提供的所述燃料流量，并且其中，所述燃料计量阀包括：阀体，所述阀体在入口端口和出口端口之间的内室中容纳阀元件，所述阀元件调节通过所述阀体的燃料流量；致动器，所述致动器被联接成使所述阀元件相对于所述阀体移动；控制器，所述控制器被配置成基于差压和绝对压力测量值经由所述致动器调节所述阀体的位置，以实现通过所述阀体的所述燃料的目标质量流量；和差压和绝对压力传感器，所述差压和绝对压力传感器布置成提供所述压力测量值，其中，基于预定最大亚音速差压，所述差压传感器仅在有限的刻度范围内进行精度校准。9.根据权利要求8所述的燃烧发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·E·威尔逊，T·J·法罗，
申请(专利权)人：伍德沃德有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US