4可以是配置為連接壓縮機部分40的出口和渦輪部分42的入口的任意類型的流體連接器(例如管道、管線、通道等)。例如，導管44可以是與壓縮機部分40的出口和渦輪部分42的入口流體連通的大致直的管道。
[0020]通過導管44的加壓的液體燃料可由換熱器26加熱。換熱器26可結合于導管44或鄰近導管44。例如，換熱器26可配置為環(huán)繞導管44的喉部。換熱器26可使已經被發(fā)動機18加熱的發(fā)動機冷卻劑循環(huán)，以加熱流過導管44的加壓的液體燃料。
[0021]隨著加壓的燃料移動通過導管44，其可能氣化并成為加壓的氣體燃料。加壓的氣體燃料可流過橫截面積增大的渦輪部分42，從而使加壓的氣體燃料能夠膨脹并使速度增大到超音速。
[0022]渦輪部分42可以是配置為由加壓的氣體燃料隨著其離開導管44并通過渦輪部分42而膨脹所驅動的旋轉式機械裝置。渦輪部分42可配置為驅動壓縮機部分40。渦輪部分
42可以是多級渦輪。渦輪部分42可與壓縮機部分40具有相同級數或不同級數。
[0023]栗22還可包括機械聯(lián)動裝置，例如軸46。軸46可連接渦輪部分42和壓縮機部分40。軸46可配置為將由加壓的氣體燃料膨脹所產生的渦輪部分42的動力/能量傳遞(例如，旋轉)到壓縮機部分40。壓縮機部分40可利用渦輪部分42的驅動動力以減小為了操作而從其它來源所需的動力。其它動力源例如可包括發(fā)動機18或其它的動力產生機械。其它動力源可聯(lián)接到軸46并配置為在需要時(例如，渦輪部分42的動力輸出不足)將額外的動力輸入到壓縮機部分40或配置為吸收從渦輪部分42產生的過量的動力。
[0024]工業(yè)實用件
[0025]所公開的燃料系統(tǒng)在許多氣體處理情形中有潛在應用。所公開的燃料系統(tǒng)尤其在可動式氣體燃料處理系統(tǒng)中有所應用，例如在組合列車中。所公開的燃料系統(tǒng)可有助于向組合列車的發(fā)動機提供加壓氣體燃料的能效高的輸送。本文所用的液體燃料可以是液化石油氣、液化丙烷、冷藏液態(tài)甲烷、液化天然氣或儲存為液體但在使用前氣化的其它類似燃料?，F(xiàn)在描述燃料系統(tǒng)10的操作。
[0026]參照圖1，燃料系統(tǒng)10的操作可開始于從罐20吸取液體燃料并將其供應到栗22的入口 36。必要時，可使用進給栗21從罐20吸取液體燃料并將其供應到栗22。供應到入口 36的液體燃料的壓力可基于系統(tǒng)的液壓參數以及進給栗21的存在和/或進給栗21的容量而改變。例如，進給栗21可配置為以45bar以上的壓力向栗22供應液體燃料。
[0027]供應到入口 36的液體燃料隨后可被引導成流入壓縮機部分40中。在壓縮機部分40內，液體燃料可經歷多級壓縮。例如，第一級壓縮可使液體燃料從約45bar加壓到約90bar。第二級壓縮可使液體燃料從約90bar加壓到約180bar。第三級壓縮可使液體燃料從約180bar加壓到約360bar。第四級壓縮可使液體燃料從約360bar加壓到約720bar。在另一實施例中，液體燃料可經歷比四級更多或更少的壓縮。
[0028]壓縮機部分40的出口隨后可將加壓的液體燃料引導至導管44。在導管44內，加壓的液體燃料可由從換熱器26傳遞的熱量加熱。燃料的溫度可被提高到典型的發(fā)動機燃料操作溫度，例如約40° F至約60° F或更高。
[0029]隨著加壓的液體燃料被加熱，液體燃料可氣化并成為加壓的氣體燃料。應理解，在栗22內并且尤其是利用導管44，燃料可處于超臨界狀態(tài)，其中可不存在明顯區(qū)分的液相和氣相。當描述通過導管44的流動時，術語“加壓的液體燃料”和“加壓的氣體燃料”的使用用于簡化描述。加壓的氣體燃料在流出導管44并通過渦輪部分42的入口時可膨脹。
[0030]在渦輪部分42內，加壓的氣體燃料可體積膨脹并且速度增大，從而驅動渦輪部分42和軸46來向壓縮機部分40供應動力。軸46可被渦輪部分42直接驅動或通過一個或多個互聯(lián)齒輪(未示出)被間接驅動。軸46可將渦輪部分42的旋轉動力傳遞到壓縮機部分40 ( S卩，傳遞到一個或多個壓縮級)。在一個實施例中，壓縮機部分40使用的加壓的氣體燃料的膨脹可小于操作壓縮機部分40所需的動力的總量。在該實施例中，由于利用加壓的氣體燃料在渦輪部分42內的膨脹，可減小來自別的來源(例如，發(fā)動機18)的所需的額外動力的量。利用氣體燃料的膨脹來驅動壓縮機部分40可將壓縮機部分40的動力需求減小例如至少10%。
[0031]隨著加壓的氣體燃料流過渦輪部分42并膨脹及驅動軸46，加壓的氣體燃料的壓力減小。例如，從渦輪部分42及栗22的出口 38排出的加壓的氣體燃料的壓力可減小約一半(例如，減小到約360bar)。
[0032]從栗22排放的加壓的氣體燃料可被引導到蓄集器24中。加壓的氣體燃料隨后可從蓄集器24通過調節(jié)器30并經由供應線路32被引導到發(fā)動機18中。調節(jié)器30可配置為根據高壓直接噴射設計來調節(jié)被引導到發(fā)動機18的加壓的氣體燃料的壓力。
[0033]本領域技術人員應理解可對所公開的燃料系統(tǒng)進行各種改變和變化。通過考慮本說明書和對所公開構思的實踐，其它實施例對于本領域技術人員是顯而易見的。說明書和示例旨在被認為僅是示例性的，真正范圍由所附權利要求及其等同物表示。
【主權項】
1.一種用于機器的燃料系統(tǒng)，包括: 栗，所述栗具有: 限定有入口和出口的主體； 與所述入口流體連通的壓縮機部分； 與所述出口流體連通的渦輪部分；以及 形成在所述壓縮機部分的出口和所述渦輪部分的入口之間的導管； 結合于所述導管的換熱器； 與所述入口連通的液體燃料供應源；以及 與所述出口連通并配置為接收氣體燃料的蓄集器。2.根據權利要求1所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，還包括將所述渦輪部分連接到所述壓縮機部分的軸。3.根據權利要求1所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器配置為使發(fā)動機冷卻劑循環(huán)以加熱通過所述導管的液體燃料。4.根據權利要求1所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述導管配置為使液體燃料氣化，從而產生氣體燃料。5.根據權利要求1所述的燃料系統(tǒng)，其特征在于，所述液體燃料是液化天然氣(LNG)。6.一種操作燃料系統(tǒng)的方法，所述燃料系統(tǒng)包括栗，所述栗具有壓縮機部分、渦輪部分和導管，所述方法包括: 在所述壓縮機部分內對液體燃料加壓； 使所述液體燃料通過所述導管； 在所述導管內加熱所述液體燃料以使所述液體燃料氣化為氣體燃料； 允許所述氣體燃料在所述渦輪部分內膨脹以給所述渦輪部分提供動力； 用所述渦輪部分的動力驅動所述壓縮機部分；以及 將所述氣體燃料引導到發(fā)動機。7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，用所述渦輪部分驅動所述壓縮機部分包括使連接所述渦輪部分和所述壓縮機部分的軸旋轉。8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，加熱所述液體燃料包括使發(fā)動機冷卻劑循環(huán)通過所述導管處的換熱器。9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括在所述渦輪部分的動力不足時經由所述軸輸入額外的動力以驅動所述壓縮機部分，以及在所述渦輪部分的動力過量時經由所述軸吸收額外的動力。10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，還包括將氣體燃料從所述渦輪部分引導到發(fā)動機。
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有渦輪泵的氣體燃料系統(tǒng)。具體地，提供了一種用于機器的燃料系統(tǒng)。所述燃料系統(tǒng)可包括泵，所述泵具有限定有入口和出口的主體。所述泵還可具有與所述入口流體連通的壓縮機部分、與所述出口流體連通的渦輪部分以及形成在所述壓縮機部分的出口和所述渦輪部分的入口之間的導管。所述燃料系統(tǒng)還可包括結合于所述導管的換熱器、與所述入口連通的液體燃料供應源以及與所述出口連通并配置為接收氣體燃料的蓄集器。
【IPC分類】F02M37/00
【公開號】CN105275683
【申請?zhí)枴緾N201510289520
【發(fā)明人】A·G·福奇
【申請人】易安迪機車公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年5月29日
【公告號】US20150345430