РЕГУЛЯТОР ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА

Настоящая полезная модель относится к области авиационного оборудования, в частности, к оборудованию для систем кондиционирования воздуха, поступающего в кабины летательных аппаратов.
Одним из требований, предъявляемых к системам кондиционирования самолетов и вертолетов, является обеспечение жизнедеятельности экипажа и перевозимых людей.
Основным агрегатом в применяемых в авиационной технике системах кондиционирования воздушного цикла является турбохолодильная установка, требующая наличия перепада давления между ее входом и выходом. При этом из условия экономичности ставится задача использования минимального количества воздуха со стабилизированными значениями давления, достаточными для работы системы на соответствующей высоте полета. С этой целью применяются регуляторы избыточного давления газа с функцией поддержания определенного значения давления после себя. В полете выше определенной высоты регулятор избыточного давления находится в полностью открытом состоянии, так как разница между давлением, отбираемым от двигателя, и давлением атмосферы становится значительно меньше точки настройки регулятора. При резком изменении режима работы двигателя быстрое повышение давления на входе регулятора, в связи с инерционностью системы регулирования, приводит к превышению давления за регулятором выше точки настройки, возрастанию скорости вращения вала турбохолодильника выше эксплуатационных ограничений и снижению ресурса работы системы кондиционирования. Корректируя значение настройки регулятора при изменении режима работы двигателя, связанного со сменой высоты полета или других параметров, можно парировать данное неблагоприятное явление.
Из уровня техники известен регулятор избыточного давления газа (см. патент RU 103407 U1, МПК G05D 16/00, опубликован 10.04.2011). Недостатком указанного регулятора является невозможность изменения настройки поддерживаемого давления воздуха на его выходе.
Также известен регулятор избыточного давления газа (см. патент RU 44843 U1, МПК G05D 7/01, опубликован 27.03.2005), используемый в системе регулирования расхода. В нем изменение настройки выходного давления происходит при изменении задания на поддержание выходного давления электропневмопреобразователя. Недостатком данного регулятора является то, что он не обеспечивает изменение переменного задания с линейной характеристикой на регулирование выходного давления.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) заявленной полезной модели выбран регулятор избыточного давления газа (см. патент RU 114364 U1, МПК G01L 9/00, опубликован 20.03.2012), который содержит командный прибор, поршневой пневмопривод, управляющий работой заслонки, расположенной в трубопроводе. К трубопроводу через патрубок подключен электропневмопереключатель, содержащий на своем выходе редукционный клапан, выход которого подключен непосредственно к входу электропневмопреобразователя, а к надпоршневой полости пневмопривода и выходу командного прибора через дроссель. Выход командного прибора сообщен с надпоршневой полостью пневмопривода, и через дроссель с выходом электропневмопреобразователя.
Недостатком известного регулятора избыточного давления газа является низкая виброустойчивость электропневмопреобразователя, которая связана с необходимостью обеспечения непрерывной линейной или квазилинейной зависимости настраиваемого значения давления от значения подаваемого электрического сигнала. Данный недостаток накладывает ограничение на уровень вибрации, при котором электропневмопреобразователь сохраняет работоспособность, и, как следствие, на возможность размещения электропневмопреобразователей регуляторов избыточного давления на авиационных двигателях.
Техническая проблема, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в недостаточной виброустойчивости существующих регуляторов избыточного давления газа, имеющих функцию изменения настройки значения давления на выходе по электрическому сигналу, для обеспечения надежной работы таких регуляторов, в случае их размещения на авиационном двигателе.
Технический результат от использования заявленной полезной модели заключается в повышении устойчивости регулятора избыточного давления к воздействию вибрации.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что регулятор давления газа содержит командный механизм, сильфонный привод, блок электропневмопреобразования, редуктор и входной и выходной патрубки, при этом межмембранная полость командного механизма соединена с выходом блока электропневмопреобразования, который, в свою очередь, подсоединен к входному патрубку через редуктор, командный механизм подсоединен к выходному патрубку по линии обратной связи, при этом выход командного механизма подсоединен непосредственно к управляющей полости сильфонного привода, к которой также подсоединен входной патрубок через редуктор и дроссель. Причем блок электропневмопреобразования выполнен с возможностью преобразования входных электрических сигналов с дискретно изменяющейся амплитудой в соответствующие выходные пневматические сигналы.
n
Блок электропневмопреобразования позволяет производить перенастройку командного механизма за счет регулирования давления в межмембранной полости командного механизма, при этом величина давления задается расходом через блок электропневмопреобразования, который определяется открытием при подаче управляющего напряжения одного или нескольких, имеющих различные проходные сечения, электромагнитных клапанов. Дискретность пневмосигналов позволяет не использовать в конструкции заявленного электропневмопребразователя устройств, основанных на уравновешивании пропорциональной электрическому току электромагнитной силы упругим элементом, которые представляют собой пружинный маятник, подверженный резонансу. Дополнительно высокая виброустойчивость блока электропневмопреобразования может обеспечиваться тем, что в эксплуатационных положениях (закрыто и открыто) запирающий элемент каждого электромагнитного клапана клапанного узла блока электропневмопреобразования находится в зафиксированном крайнем положении, что демпфирует нарастание колебаний в области частот резонанса. Один клапан клапанного узла может обеспечить настройку регулятора на два значения выходного давления, соответствующих закрытому и открытому состоянию клапана. Увеличение количества клапанов в клапанном узле блока электропневмопреобразователя, при условии, что все клапаны имеют разное проходное сечение, позволяет обеспечить 2 значений настройки регулятора, где n - количество клапанов в клапанном узле блока электропневмопреобразователя.
Далее настоящая полезная модель поясняется чертежом. На чертеже изображена общая схема регулятора избыточного давления.
В соответствии с настоящей полезной моделью регулятор давления газа, содержит командный механизм 1, сильфонный привод 2, блок электропневмопреобразования 3, редуктор 4 и входной 5 и выходной 6 патрубки. Межмембранная полость командного механизма 1 соединена с выходом блока электропневмопреобразования 3, который, в свою очередь, подсоединен к входному патрубку 5 через редуктор 4. Командный механизм 1 подсоединен к выходному патрубку 6 по линии обратной связи, при этом выход командного механизма 1 сообщен непосредственно с управляющей полостью 7 сильфонного привода 2, к которой также подсоединен входной патрубок 5 через редуктор 4 и дроссель 8. Блок электропневмопреобразования 3 включает в себя клапанный узел (не обозначен на чертеже) содержащий электромагнитные клапаны 9.
Регулятор избыточного давления работает следующим образом.
При отсутствии давления в трубопроводе 11 заслонка 10 регулятора под действием пружины (на чертеже не отмечена) находится в открытом положении. Редуктор 4 открыт. Электромагнитные клапаны 9 клапанного узла блока электропневмопреобразования 3 обесточены и закрыты (опционально возможно открытое положение клапанов в обесточенном состоянии). Командный механизм 1 закрывает проходное сечение на сброс давления из управляющей полости 7 сильфонного привода 2.
1
2
2
у
2
При подаче газа с давлением Р в трубопровод 11 газ через редуктор 4 поступает на вход блока электропневмопреобразования 3 и в управляющую полость 7 сильфонного привода 2 через дроссель 8. С выхода регулятора избыточного давления рабочая среда под давлением Р подается в подсильфонную полость 12 сильфонного привода 2 через дроссель 13 и в подмембранную полость (на чертеже не отмечена) командного механизма 1. До достижения давлением Р значения, равного значению настройки командного механизма 1, седло командного механизма 1 остается закрытым. Заслонка 10 при этом остается открытой под действием пружины и разницы управляющего давления Р и давления Р, действующей на эффективную площадь сильфона сильфонного привода 2.
2
у
2
2
При превышении давления Р значения настройки командного механизма 1, проходное сечение седла командного механизма 1 открывается, и происходит сброс рабочей среды из управляющей полости 7. Управляющее давление Р снижается, заслонка 10 под действием давления Р в подсильфонной полости 12 перемещается на закрытие. Расход рабочей среды через регулятор избыточного давления уменьшается, давление Р при этом стабилизируется.
оп
оп
оп
2
Блок электропневмопреобразования 3 позволяет производить перенастройку командного механизма 1 за счет подачи газа из блока электропневмопреобразования 3 под давлением Р в межмембранную полость командного механизма 1. Мембраны командного механизма 1 имеют различную эффективную площадь. Величина давления Р, подаваемого из блока электропневмопреобразования 3 в межмембранную полость командного механизма 1, задается расходом газа через блок электропневмопреобразования 3, который регулируется дискретно открытием при подаче управляющего напряжения одного или нескольких имеющих различные проходные сечения электромагнитных клапанов 9. Выбор сочетания открываемых (закрываемых) электромагнитных клапанов 9 клапанного узла блока электропневмопреобразования 3 и, как следствие, значения давления на выходе из регулятора избыточного давления может определяться цифровыми средствами управления по алгоритму, анализирующему полетную информацию. Подача в командный механизм 1 давления Р из блока электропневмопреобразования 3 приводит к уменьшению значения настройки командного механизма 1 и снижению заданной величины давления Р.
2
Электромагнитные клапаны 9 клапанного узла блока электропневмопреобразования 3 имеют нормально закрытое положение, что позволяет избежать дополнительного расхода рабочей среды при отсутствии сигнала на изменение заданной величины давления Р. В этом случае при отсутствии напряжения питания электромагнитных клапанов 9 обеспечивается настройка выходного давления регулятора на наибольшее значение. Опционально возможно выполнение регулятора избыточного давления с нормально открытыми клапанами 9 клапанного узла блока электропневмопреобразования 3. При этом в случае отсутствия напряжения питания электромагнитных клапанов 9 регулятор имеет наименьшее значение настройки выходного давления.
Варьируя количество электромагнитных клапанов 9 клапанного узла блока электропневмопреобразования 3 возможно увеличение или уменьшение точек настройки регулятора избыточного давления и соответствующее увеличение/уменьшение диапазонов высот полета. В совокупности с применением цифровых средств управления регулятором избыточного давления данное техническое решение позволяет регулировать гистерезис переключения настройки регулятора избыточного давления при смене высотного диапазона.