СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ОТБИРАЕМОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВОЗДУШНОГО СУДНА, ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА МОТОГОНДОЛЫ ДВИГАТЕЛЯ ВОЗДУШНОГО СУДНА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТБОРА ВОЗДУХА В ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЕ
BLEED AIR PRESSURE CONTROL SYSTEM FOR AIRCRAFT ANTI-ICING SYSTEM, AIRCRAFT ENGINE NACELLE ANTI-ICING SYSTEM AND AIR BLEED CONTROL METHOD IN ANTI-ICING SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к противообледенительным системам для использования, например, в воздушных летательных аппаратах и, в частности, к системе регулирования давления отбираемого из компрессора воздуха для использования в такой системе.
Уровень техники
Различные области конструкций воздушного летательного аппарата подвержены образованию льда при эксплуатации и поэтому оборудуются противообледенительными системами. Одной такой областью является входное отверстие капота двигателя. Противообледенительная система может использовать отбираемый воздух, отобранный от двигателя, например, от ступени компрессора, для обогрева входного отверстия мотогондолы. Отбираемый воздух обычно регулируется клапаном, который ограничивает давление воздуха во входном отверстии для предотвращения повреждения входного отверстия. Система отбора воздуха может также включать в себя отсекающий клапан для безопасности.
Существует необходимость создания противообледенительной системы, которая имеет улучшенную работоспособность в случае отказа клапана.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении обеспечена система регулирования давления отбираемого воздуха для противообледенительной системы воздушного летательного аппарата, содержащая первый расположенный выше по потоку регулирующий давление клапан и второй расположенный ниже по потоку регулирующий давление клапан, расположенные последовательно в пути отбираемого потока воздуха, причем расположенный выше по потоку регулирующий давление клапан выполнен с возможностью регулирования потока отбираемого воздуха до первого давления, и расположенный ниже по потоку регулирующий давление клапан выполнен с возможностью регулирования потока отбираемого воздуха до второго, более высокого давления, при этом с обеспечением прохождения отбираемого воздуха через него из расположенного выше по потоку регулирующего давление клапана при первом давлении.
Вышеописанное устройство может обеспечивать улучшенную работоспособность противообледенительной системы и обеспечивать резервирование в системе. С такой конструкцией, если первый регулирующий давление клапан отказывает, т.е. прекращает обеспечивать функцию регулирования, второй будет при этом продолжать обеспечивать функцию регулирования. Аналогично, если второй регулирующий давление клапан отказывает, первый регулирующий давление клапан будет обеспечивать функцию регулирования. Когда оба регулирующих клапана функционируют нормально, расположенный ниже по потоку регулирующий давление клапан будет обеспечивать прохождение отбираемого воздуха через расположенный ниже по потоку регулирующий клапан.
Каждый из соответствующих регулирующих давление клапанов может иметь регулирующую давление камеру, сообщающуюся по текучей среде с соответствующим устанавливающим давление клапаном, причем первый устанавливающий давление клапан может быть выполнен с возможностью обеспечения первого давления в регулирующей давление камере расположенного выше по потоку регулирующего давление клапана, и второй устанавливающий давление клапан может быть выполнен с возможностью обеспечения второго, более высокого давления в регулирующей давление камере, расположенного ниже по потоку от регулирующего давление клапана.
Каждый устанавливающий давление клапан может сообщаться по текучей среде с впуском отбираемого воздуха выше по потоку от первого расположенного выше по потоку регулирующего давление клапана. Это делает установленное давление второго регулирующего давление клапана независимым от потока, проходящего через первый регулирующий давление клапан. Из-за введения управляющего давления для обоих регулирующих давление клапанов выше по потоку от первого расположенного выше по потоку регулирующего давление клапана, каждый клапан будет продолжать функционировать без помех в случае отказа другого клапана.
Каждый регулирующий давление клапан может быть выполнен с корпусом клапана, имеющим впуск отбираемого воздуха, регулировочный канал и регулировочный поршень, размещенный с возможностью скольжения в канале для регулирования потока отбираемого воздуха через регулирующий давление клапан. Канал может образовывать регулирующую давление камеру на одной стороне регулировочного поршня.
Канал может дополнительно содержать одно или большее количество отверстий для отбираемого воздуха в своей боковой стенке, и поршень может содержать один или большее количество впусков для отбираемого воздуха для избирательного совмещения с одним или большим количеством отверстий для отбираемого воздуха канала и выпуск отбираемого воздуха таким образом, что, когда один или большее количество впусков для отбираемого воздуха поршня совмещаются с одним или большим количеством отверстий канала, поток отбираемого воздуха может протекать из впуска отбираемого воздуха, через одно или большее количество отверстий канала и один или большее количество впусков для отбираемого воздуха поршня и выходить из выпуска поршня на дополнительную клапанную ступень или в область, подлежащую нагреву.
Регулирующее давление для каждого соответствующего регулирующего давление клапана может быть установлено любым подходящим устанавливающим давление клапаном, таким как сбрасывающий давление клапан или ограничивающий клапан.
Устанавливающий давление клапан может быть клапаном фиксированного давления или клапаном переменного давления.
Устанавливающий давление клапан может быть соединен с путем отбираемого воздуха выше по потоку от первого расположенного выше по потоку клапана через подходящую линию подачи отбираемого воздуха. Линия подачи может содержать ограничение потока, например, дроссельный клапан, трубку Вентури или другое ограничение для регулирования или ограничения потока отбираемого воздуха в линию подачи отбираемого воздуха.
Устанавливающие давление клапаны могут также быть соединены с соответствующими клапанами сброса, которые могут открываться для обеспечения закрытия регулирующих давление клапанов.
Система может содержать всего два регулирующих давление клапана, расположенных последовательно, но может содержать любое число регулирующих давление клапанов, расположенных последовательно. Однако в такой системе управляющее давление, подаваемое для каждого регулирующего давление клапана, следует отбирать из расположенного выше по потоку от первого, самого верхнего по потоку регулирующего давление клапана.
Систему можно включать в состав любой противообледенительной системы, однако конкретное применение система имеет в противообледенении входного отверстия мотогондолы двигателя. Таким образом, изобретение также обеспечивает противообледенительную систему мотогондолы двигателя воздушного летательного аппарата, содержащую трубопровод отбираемого воздуха, сообщающийся по текучей среде с источником отбираемого воздуха, и систему регулирования отбираемого воздуха, описанную выше, сообщающуюся по текучей среде с трубопроводом отбираемого воздуха для регулирования давления отбираемого воздуха, подаваемого на входное отверстие мотогондолы трубопроводом.
Изобретение также предлагает способ регулирования отбираемого воздуха в противообледенительной системе, включающий протекание отбираемого воздуха через первый расположенный выше по потоку регулирующий давление клапан и второй расположенный ниже по потоку регулирующий давление клапан, расположенный последовательно с первым регулирующим давление клапаном, и установку регулирующего давления второго регулирующего давление клапана выше, чем давление первого регулирующего давление клапана, и таким образом регулируемый отбираемый воздух может проходить через него из первого регулирующего давление клапана (32) при первом давлении.
Соответствующие давления могут быть установлены с помощью устанавливающих давление клапанов, сообщающихся по текучей среде с потоком отбираемого воздуха выше по потоку от первого регулирующего давление клапана. При выполнении сообщения по текучей среде таким способом регулирующее давление второго регулирующего давление клапана становится независимым от потока, проходящего через первый регулирующий давление клапан.
Краткое описание чертежей
Вариант осуществления данного изобретения далее будет описан только в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых показано следующее.
На фиг. 1 схематично показан газотурбинный двигатель, включающий в себя мотогондолу с противообледенительной системой.
На фиг. 2 показана противообледенительная система мотогондолы по фиг. 1 более подробно.
Подробное описание изобретения
Со ссылкой на фиг. 1 газотурбинный двигатель 2 для воздушного летательного аппарата содержит мотогондолу 4, окружающую двигатель 2. Двигатель 2 содержит в последовательном расположении по потоку вентилятор 6, компрессор 8 низкого давления, компрессор 10 высокого давления, камеру горения 12, турбину 14 высокого давления и турбину 16 низкого давления. Компрессоры 8, 10, камера горения 12 и турбины 14, 16 размещены во внутреннем корпусе 18, который соединен с мотогондолой 4 подходящими средствами, например, кронштейнами или направляющими устройствами 20. Основная работа газотурбинного двигателя общеизвестна и поэтому не нуждается в описании здесь с дополнительными подробностями. Однако следует понять, что настоящее изобретение не ограничено газотурбинными двигателями, но также применимо к другим двигателям и естественно другим частям конструкции воздушного летательного аппарата.
В эксплуатации входное отверстие 22 мотогондолы 4 может подвергаться обледенению. Это является потенциально опасным, поскольку если лед образуется на входном отверстии 22 мотогондолы и отрывается от входного отверстия 22 мотогондолы, он может засасываться в двигатель 2 и вызывать его повреждения. Таким образом, входное отверстие 22 оборудовано противообледенительной системой 24. Противообледенительная система 24 содержит источник 26 отбираемого воздуха в компрессоре, например, отбираемого воздуха, взятого от компрессора 8 низкого давления, компрессора 10 высокого давления или, как показано, между компрессорами 8, 10 низкого и высокого давления. Воздух на точке отбора должен быть относительно горячим (например, около 250°С) и поэтому может быть использован для противообледенительных целей. Конкретная точка отбора воздуха может быть выбрана для обеспечения подходящей температуры воздуха.
Отбираемый воздух подводится к впускному отверстию 22 мотогондолы с помощью трубопровода 28 подачи отбираемого воздуха, показанного схематично. Воздух подводится к мотогондоле 4 через кронштейн 20. Проблема в том, что отбираемый воздух является не только горячим, но также имеет относительно высокое давление, обычно 15-25 бар (1500-2500 кПа), так что при вводе напрямую во входное отверстие 22 мотогондолы может повреждать входное отверстие 22 мотогондолы. Таким образом, противообледенительная система также содержит систему 30 регулирования давления отбираемого воздуха, выполненную в трубопроводе 28 подачи отбираемого воздуха. Как показано, система 30 регулирования давления расположена в мотогондоле 4, но может также быть выполнена в любом другом месте на пути текучей среды между источником 26 отбираемого воздуха и входным отверстием 22 мотогондолы.
Система 26 регулирования давления отбираемого воздуха показана более подробно на фиг. 2.
Система регулирования давления содержит первый расположенный выше по потоку регулирующий давление клапан 32 и второй расположенный ниже по потоку регулирующий давление клапан 34. В данном варианте осуществления конструкции каждого регулирующего давление клапана 32, 34 являются, по существу, одинаковыми. Однако регулирующие давление клапаны 32, 34 настроены для регулирования на отличающиеся давления, как описано дополнительно ниже.
Оба регулирующих давление клапана 32, 34 содержат корпус 36 клапана, имеющий впуск 38 отбираемого воздуха и регулировочный канал 40. Регулировочный канал 40 выполнен в центральном затворе 42, отнесенном внутрь от внутренней поверхности стенки корпуса 36 клапана опорами, например, разнесенными по окружности выступами 44. Кольцевой путь 46 потока отбираемого воздуха образован между корпусом 36 клапана и центральным затвором 42. Регулировочный канал 40 снабжен множеством отверстий 48 в своей боковой стенке 50, сообщающихся по текучей среде с кольцевым путем 46 потока.
Регулировочный канал 40 имеет закрытый конец 52 и открытый конец 54. Открытый конец 54 закрыт выпускным фитингом 56, прикрепленным к концевой поверхности 58 корпуса 36 клапана с помощью крепежных средств, например, винтов 60. Выпуск 62 первого регулирующего давление клапана 32 соединен со впуском 38 второго регулирующего давление клапана 34 трубопроводом 64.
Пустотелый регулирующий поток отбираемого воздуха поршень 66 размещен с возможностью скольжения и с уплотнением в регулировочном канале 40 и во внутреннем канале 68 выпускного фитинга 52. Уплотнения 70, 72 оборудованы на противоположных концах поршня 66 для уплотнения с регулировочным каналом 40 и каналом 68 выпускного фитинга, соответственно.
Регулирующая или управляющая камера 74 образована между поршневой головкой 76 и закрытым концом 52 регулировочного цилиндра 40. В дополнение, боковая стенка 78 поршня 66 содержит множество калиброванных отверстий 80, которые выполнены с возможностью осевого перемещения с поршнем 66, совмещаясь и выходя из совмещения с отверстиями 48 в регулировочном канале 40 для регулирования потока отбираемого воздуха, проходящего через регулирующие давление клапаны 32, 34.
Управляющая камера 74 расположенного выше по потоку клапана 32 соединена по текучей среде с первым устанавливающим давление клапаном 82 через впуск 83. Управляющая камера 74 расположенного ниже по потоку клапана 34 соединена по текучей среде со вторым устанавливающим давление клапаном 84 через впуск 85. Соответствующие устанавливающие давление клапаны 82, 84 имеют одинаковую конструкцию, но как описано дополнительно ниже настроены на отличающиеся давления.
Первый устанавливающий давление клапан 82 содержит впуск 86 под давлением, который сообщается по текучей среде с впуском 88 в трубопроводе 28 подачи отбираемого воздуха выше по потоку от первого регулирующего давление клапана 32. Первый дроссельный клапан 90 расположен в линии 92 отбора давления между впуском 88 и первым устанавливающим давление клапаном 82 для ограничения потока отбираемого воздуха в устанавливающий давление клапан 82.
Второй устанавливающий давление клапан 84 содержит нагнетательный патрубок 94, который сообщается по текучей среде со впуском 96 в трубопроводе 28 подачи отбираемого воздуха также выше по потоку от первого регулирующего давление клапана 32. Второй дроссельный клапан 98 расположен в линии 100 отбора давления между впуском 94 и вторым устанавливающим давление клапаном 84 для ограничения потока отбираемого воздуха, проходящего во второй устанавливающий давление клапан 84.
Каждый устанавливающий давление клапан 82, 84 содержит подпружиненный клапанный элемент 102, который размещен в клапанном кожухе 104. Сила, приложенная пружиной 106, противодействует давлению, приложенному к клапанному элементу 102 потоком отбираемого воздуха, и когда давление отбираемого воздуха превышает давление пружины, отбираемый воздух выпускается из устанавливающего давление клапана 82, 84, таким образом ограничивая давление, прикладываемое к управляющей камере 74 связанного регулирующего давление клапана 32, 34 до давления, установленного нагрузкой пружины 106. Управляющее давление каждого регулирующего давление клапана 32, 34 можно поэтому устанавливать с помощью подходящей настройки пружины. Сила, приложенная пружиной 106, и таким образом, установка давления каждого регулирующего давления клапана 32, 34 могут быть изменены посредством регулировки винта 108. В альтернативном устройстве могут быть использованы устанавливающие фиксированное давление клапаны. Фактически любой клапан, конструкция которого обеспечивает установку требуемого давления, может быть использован.
Как мера безопасности, с линиями 110, 112 отбора давления соединены клапаны 92, 100 сброса давления. Данные клапаны могут открываться для эффективного сброса давления устанавливающих давление клапанов 82, 84 и, следовательно регулирующих давление камер 74 регулирующих давление клапанов 32, 34 до атмосферного, что должно обеспечивать закрытие регулирующих давление клапанов 32, 34, при этом предотвращая поток отбираемого воздуха через них.
Поворотный управляющий элемент 114 может быть выполнен в каждой управляющей камере 74 для перемещения поршня 66 с применением ручного управления или иначе, например, в открытое положение.
Как рассмотрено выше, соответствующие устанавливающие давление клапаны 82, 84 установлены на отличающиеся давления, например, 6 бар (600 кПа) и 7 бар (700 кПа). В частности, расположенный выше по потоку устанавливающий давление клапан 82 установлен на давление, которое ниже, чем у расположенного ниже по потоку устанавливающего давление клапана 84. Данное означает, что регулирующее давление для расположенного выше по потоку регулирующего давление клапана 32 устанавливают ниже, чем для расположенного ниже по потоку регулирующего давление клапана 34. Это является важным в эксплуатации системы, как описано дополнительно ниже.
В эксплуатации отбираемый воздух направляется в систему 30 регулирования давления отбираемого воздуха через трубопровод 28 подачи отбираемого воздуха. Отбираемый воздух протекает в первый регулирующий давление клапан 32. Давление, до которого регулируется регулирующий давление клапан 32, устанавливается давлением в его регулирующей камере 74, которое, в свою очередь устанавливается первым устанавливающим давление клапаном 82. Поршень 66 первого регулирующего давление клапана 32 будет перемещаться под действием управляющего давления до достижения положения равновесия, в котором отверстия 80 поршня перекрываются с отверстиями 48 канала до такой степени, что давление отбираемого воздуха, проходящего через них, падает до установленного давления.
Отбираемый воздух затем протекает во второй регулирующий давление клапан 30 через внутреннюю полость поршня 66, клапанный выпуск 62 и трубопровод 64. Поскольку давление, установленное во втором регулирующем давление клапане 34, выше установленного в первом регулирующем давление клапане 32 и, таким образом, выше давления отбираемого воздуха, покидающего первый регулирующий давление клапан 32, поршень 66 второго регулирующего давление клапана 34 будет вынужден перейти в полностью открытое положение, обеспечивающее подачу отбираемого воздуха во входное отверстие 22 мотогондолы через выпуск 62 второго регулирующего давление клапана 34 при давлении, установленном в первом регулирующем давление клапане 32.
Поскольку управляющее давление второго регулирующего давление клапана 34 является полностью независимым от потока, выходящего из первого регулирующего давление клапана 32, такое давление не должно влиять на его работу. Таким образом, даже если первый регулирующий давление клапан 32 не способен принять полностью открытое положение, второй регулирующий давление клапан 34 будет все еще регулировать давление, установленное во втором регулирующем давление клапане 34, хотя и до более высокого давления. Однако данное давление должно выбираться таким, что входное отверстие 22 мотогондолы не будет повреждаться. Аналогично, если второй регулирующий давление клапан 34 не способен принять полностью открытое положение, первый регулирующий давление клапан 32 будет все еще регулировать давление отбираемого воздуха, проходящего во входное отверстие 22 мотогондолы. Таким образом, описанный вариант осуществления должен создавать резервированную систему, которая должна обеспечивать продолжение работы в случае отказа любого регулирующего давление клапана 32, 34.
Хотя описан частный вариант осуществления, должно быть понятно, что различные модификации и изменения можно выполнять в варианте осуществления без отхода от общей идеи раскрытия.
Например, хотя раскрыты конкретные конструкции регулирующего давление клапана и устанавливающего давление клапана, специалист в данной области техники должен понимать, что другие клапаны, выполняющие аналогичную функцию, но имеющие отличающуюся конструкцию могут заменять показанные клапаны. Также, одинаковое конструктивное решение не обязательно использовать для каждого клапана, если выполняется требуемая функция.
В дополнение, хотя устанавливающие давление клапаны показаны сообщающимися по текучей среде с трубой отбираемого воздуха выше по потоку от первого регулирующего давление клапана 32, они могут соединяться с другим независимым источником или источниками давления.
Также, хотя изобретение описано для использования в противообледенительной системе для мотогондолы двигателя, оно может также находить применение в противообледенительной системе другой конструкций воздушного летательного аппарата.