ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ КОНТУРОМ
SAFETY VALVE AND METHOD FOR CONTROLLING HYDRAULIC CIRCUIT

ПРИТЯЗАНИЕ НА ПРИОРИТЕТ
Настоящая заявка притязает на приоритет по заявке на европейский патент № 17179435.7, раскрытие сущности которого включено посредством ссылки, поданной 3 июля 2017 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к предохранительному клапану, в частности, для гидравлического контура, содержащего объемный насос переменной производительности.
Настоящее изобретение также относится к способу управления гидравлическим контуром.
Точнее, гидравлический контур предназначается для перемещения одного или более приводов летательного аппарата.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
К примеру, из US-B-7,165,950 известен гидравлический контур, в основном содержащий
- объемный насос переменной производительности, имеющий входную линию и нагнетательную линию;
- масляный резервуар, жидкостно соединенный с возвратной линией гидравлического контура; и
- один или более приводов, каждый из которых имеет элемент, подвижный между двумя камерами, которые жидкостно соединены: одна с нагнетательной линией насоса, а другая — с возвратной линией, чтобы генерировать перепад давления, который перемещает подвижный элемент привода между одним или более рабочими положениями.
В частности, объемный насос передает заданный поток масла от входной линии к нагнетательной линии.
Насос дополнительно содержит контроллер, который регулирует подачу насоса в соответствии с давлением, присутствующим в гидравлическом контуре.
В случае с приводами, которые выполняют функции, обязательные для подъема/маневренности летательного аппарата, очень важно не дать любой возможной поломке гидравлического контура подвергнуть риску безопасность самого летательного аппарата.
Первый механизм поломки гидравлического контура вызван перегревом циркулирующего в гидравлическом контуре масла, вследствие причин, независящих от работы насоса, до температуры выше той, которая может быть выдержана трубами самого гидравлического контура.
Дополнительный механизм поломки гидравлического контура возникает в случае, когда значение давления во входной линии насоса превышает пороговое значение, которое привод способен выдержать.
Этот дополнительный механизм поломки возникает, например, когда компенсатор насоса становится заблокированным в любом положении, связанном с постоянной подачей самого насоса, которой соответствует давление в гидравлическом контуре выше нормального рабочего значения, которое должно ограничиваться пороговым значением, определенным выше.
Возможная поломка компенсатора давления, наряду с определением повышения давления масла, циркулирующего в гидравлическом контуре, также представляет дополнительную причину повышения температуры самого масла.
В действительности повышение выходного давления насоса неизбежно увеличивает механическую работу, выполняемую над маслом. Эта работа, добавляемая к неизбежному трению, приводит к перегреву масла, циркулирующего в гидравлическом контуре, до температуры, которая может оказаться опасной для целостности самого гидравлического контура.
Чтобы снизить риск повреждения привода, гидравлические контуры известного типа, описанного, напримеру, в US-B-7,165,950, содержат предохранительный клапан, который устанавливается вдоль обводной линии, жидкостно установленной между нагнетательной линией и возвратной линией насоса.
Вышеупомянутый предохранительный клапан является по существу клапаном сброса давления, откалиброванным на предварительно заданное давление, соответствующее надлежащей доле вышеупомянутого порогового значения, которое привод способен выдерживать.
Если быть точнее, клапан сброса давления жидкостно соединяет нагнетательную линию насоса с возвратной линией через обводную линию привода в случае, когда давление в гидравлическом контуре превышает пороговое значение. В противном случае, когда давление в гидравлическом контуре ниже порогового значения, клапан сброса давления держит обводную линию закрытой и жидкостно соединяет нагнетательную линию насоса и привод.
Чтобы подавить вышеупомянутый нагрев масла, гидравлические контуры известного типа дополнительно содержат теплообменник, который обеспечивает охлаждение масла и обычно устанавливается вдоль обводной линии.
Использование вышеупомянутого теплообменника неизбежно влечет расходы на производство и техническое обслуживание и увеличивает общий вес самого гидравлического контура, с очевидными недостатками, которые особенно ощутимы в секторе самолетов и вертолетов.
Кроме того, использование теплообменника обеспечивает поддержание температуры масла ниже порогового значения температуры только в течение предварительно заданного периода времени в случае особенно тяжелой поломки.
Чтобы гарантировать правильное функционирование приводов в конце упомянутого предварительно заданного периода времени, летательный аппарат известного типа содержит множество гидравлических контуров, которые все соединены с теми же приводами.
Другими словами, в случае поломки работа гидравлического контура прерывается, и дополнительные гидравлические контуры обеспечивают надлежащую работу приводов.
В секторе ощущается необходимость в обеспечении определенной остаточной степени функционирования гидравлического контура в случае перегрева масла выше значения, которое может выдерживать гидравлический контур, надежным, по сущнству автоматическим путем, в течение неограниченного периода времени и без чрезмерного увеличения веса гидравлического контура.
Кроме того, в секторе ощущается необходимость в ассоциировании остаточной степени функционирования, обеспечиваемой для гидравлического контура, с фактической серьезностью поломки насоса.
И, наконец, в секторе ощущается необходимость в подавлении перегрева масла посредством уменьшения объема теплообменника или вовсе устранения всего теплообменника.
В GB-A-22 02613, US-A-2740586 и US-A-2810527 описывается предохранительный клапан для гидравлического контура в соответствии с вводной частью п. 1.
В US-B-7165950 описывается способ управления гидравлическим контуром в соответствии с вводной частью п. 13.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель настоящего изобретения — предусмотреть предохранительный клапан для гидравлического контура, который будет обеспечивать удовлетворение по меньшей мере одной из вышеупомянутых потребностей простым и экономически выгодным путем.
Вышеупомянутая цель достигается настоящим изобретением в части, касающейся предохранительного клапана для гидравлического контура в соответствии с тем, как определено в п. 1.
Настоящее изобретение также относится к способу управления гидравлическим контуром, в соответствии с тем, как определено в п. 13.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже описывается предпочтительный вариант осуществления, исключительно посредством неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
- На фиг. 1 показан предохранительный клапан для гидравлического контура, предусмотренный в соответствии с идеями настоящего изобретения, в первом рабочем состоянии;
- На фиг. 2 показан предохранительный клапан по фиг. 1, во втором рабочем состоянии;
- На фиг. 3 показан предохранительный клапан по фиг. 1 и 2, в третьем рабочем состоянии;
- На фиг. 4 показан предохранительный клапан по фиг. 1, в четвертом рабочем состоянии;
- На фиг. 5 показаны в особо увеличенном масштабе некоторые детали предохранительного клапана по фиг. 1 и 4.
- На фиг. 6 показан гидравлический контур для привода летательного аппарата, содержащий клапан по фиг. 1–5; и
- На фиг. 7 показан летательный аппарат, в частности, вертолет, на который установлен клапан по фиг. 1–4.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой на фиг. 7, под номером 1 обозначен летательный аппарат, способный осуществлять полет в фиксированной точке, в частности, вертолет, в основном содержащий фюзеляж 2, несущий винт 3 вертолета, установленный сверху фюзеляжа 2 с возможностью вращения вокруг оси А, и хвостовой винт 4, установленный на конце фюзеляжа 2 с возможностью вращения вокруг своей собственной оси, поперечной оси А.
Если точнее, винт 3 содержит втулку 5 оси А, которая является пустотелой и несет консольно множество лопастей 9, которые простираются радиально относительно оси А.
Винт 3 дополнительно содержит ведущий вал 6, вращающийся вокруг оси А, зафиксированный под углом относительно втулки 5 и соединенный непоказанным способом с элементом двигателя, например, турбины, переносимой вертолетом 1.
С конкретной ссылкой на фиг. 6, вертолет 1 содержит
- множество гидравлических гидравлических контуров 10, из которых показан только один; и
- множество приводов 11, из которых показаны только несколько, которые предназначены для перемещения соответствующего привода вертолета 1 и обслуживаются гидравлическими контурами 10.
Как показано на фиг. 6, каждый гидравлический контур 10 обслуживает множество приводов 11, три показаны в приведенном примере.
Следует отметить, что вертолет 1 содержит, для каждого привода 11, два или более гидравлических контуров 10, временно соединенных с приводом 11.
Таким образом, даже в случае поломки гидравлического контура 10 последний может быть изолирован от привода 11, а оставшиеся гидравлические контуры 10 поддерживают функционирование привода 11.
Далее в настоящем описании, для упрощения, ссылка будет делаться только на один гидравлический контур 10 и на один привод 11, при том, что все гидравлические контуры 10 и приводы 11 по существу идентичны друг другу.
В приведенном примере каждый привод 11 в основном содержит
- корпус 12, содержащий подвижный элемент 13; и
- пару камер 14, 15, ограниченных между корпусом 12 и подвижным элементом 13.
Гидравлический контур 10 в основном содержит
- резервуар 16, содержащий гидравлическую жидкость, которой в приведенном примере является масло;
- насос 17, имеющий входную линию 18 для масла, жидкостно соединенную с резервуаром 16, и нагнетательную линию 19 для масла, выборочно жидкостно соединенную с камерой 14 (или 15) привода 11;
- возвратную линию 20, выборочно жидкостно соединенную с камерой 15 (или 14) привода 11 и с резервуаром 16; и
- обводную линию 21, которая выборочно жидкостно соединяет нагнетательную линию 19 и возвратную линию 20.
При этом насос 17 – это объемный насос переменной производительности. Упомянутый насос 17 передает с возможностью регулирования поток масла от входной линии 18 к нагнетательной линии 19. В варианте осуществления насос 17 является насосом объемного типа с осевыми поршнями, как показано на фиг. 1 US-B-7,165,950. Давление в возвратной линии 20 и, следовательно, в камере 14 (или 15), соединенной с ней, является функцией потока, передаваемого насосом 17, и потока, который возможно проходит по обводной линии 21. Точнее говоря, чем больше (чем меньше, в пределе – ноль) поток, который проходит по обводной линии 21, тем меньше дифференциальное давление, действующее на привод 11.
Гидравлический контур 10 дополнительно содержит
- распределительный сервоклапан 27 (известный как ЭГК, т.е. электрогидравлический клапан), который может быть установлен без нарушения непрерывности или в первое положение или второе положение, в котором он жидкостно соединяет камеры 14, 15 или 15, 14, соответственно, с нагнетательной линией 19 и с возвратной линией 20; и
- предохранительный клапан 22, который устанавливается вдоль обводной линии 21.
Следует отметить, что привод 11 имеет пороговое значение перепада давления между камерами 14, 15, которое не должно превышаться, чтобы не подвергнуть привод 11 риску механического повреждения. Это пороговое значение давления однозначно связано с пороговым значением pth давления масла, которое протекает в нагнетательной линии 19 из насоса 17. В приведенном примере это пороговое значение pth давления составляет 3650 psi.
Кроме того, гидравлический контур 10 имеет пороговое значение Tth температуры масла, которое не должно превышаться, чтобы не подвергнуть риску повреждения сам гидравлический контур 10. В приведенном примере это пороговое значение Tth температуры составляет 120°C.
Клапан 22 предназначен для поддержания по меньшей мере частичного функционирования привода 11 в случае поломки гидравлического контура 10, в частности, в случае перегрева масла, циркулирующего в гидравлическом контуре 10.
Вышеупомянутый перегрев может быть вызван, к примеру,
- источником тепла, например пожаром, действующим на гидравлический контур 10; и/или
- поломкой компенсатора насоса 17, который остается заблокированным в положении, в котором он создает рабочую точку постоянного давления для насоса 17, которой соответствует давление нагнетательной линии 19 выше порогового значения pth давления; эта поломка также неизбежно приводит к повышению температуры Tth масла; в действительности, с повышением давления в нагнетательной линии 19 увеличивается механическая работа, выполняемая насосом 17 над маслом, которое протекает в гидравлическом контуре 10; это увеличение механической работы приводит, совместно с неизбежным трением, которому подвергается масло в гидравлическом контуре 10, к повышению температуры масла выше порогового значения Tth температуры.
Клапан 22 также выполняет функцию клапана сброса давления.
Если точнее, как будет следовать из продолжения настоящего описания, клапан 22 выборочно
- жидкостно соединяет нагнетательную линию 19 и резервуар 16 через обводную линию 21, исключая привод 11 в случае, когда давление масла в нагнетательной линии 19 выше порогового значения pth давления, отклоняя часть потока по обводной линии 21, тем самым ограничивая давление масла в нагнетательной линии 19 пороговым значением pth давления; и
- предотвращает жидкостное соединение между нагнетательной линией 19 и резервуаром 16 по обводной линии 21 в случае, когда давление масла в нагнетательной линии 19 ниже порогового значения pth давления.
Клапан 22 выполняет вышеупомянутые функции в случае, когда давление масла в нагнетательной линии достигает порогового значения pth давления или в течение ограниченного периода времени, например, вследствие ударов, или вследствие долговременной поломки насоса 17.
Если точнее (фиг. 1–4), клапан 22 содержит корпус 23, который ограничивает
- камеру 24, жидкостно соединенную с нагнетательной линией 19 насоса 17;
- затвор 25, который подвижен в корпусе 23 по оси Х и аксиально ограничивает камеру 24; и
- мембрану 26, которая простирается радиально относительно оси Х.
Корпус 23 дополнительно содержит множество отверстий 30, 31, которые жидкостно соединены с возвратной линией 20 и расположены радиально относительно оси Х.
В приведенном примере корпус 23 является трубчатым с осью Х.
На прилагаемых фигурах показано только одно отверстие 30 и только одно отверстие 31.
Каждое отверстие 30 представляет гидравлическое сопротивление для прохода масла, которое выше гидравлического сопротивления, представляемого каждым отверстием 31.
Точнее говоря, отверстия 30, 31 являются цилиндрическими, с соответствующими осями, перпендикулярными оси Х.
Диаметр каждого отверстия 30 меньше диаметра каждого отверстия 31.
Каждое отверстие 21 располагается между соответствующим отверстием 30 и мембраной 26, в направлении, параллельном оси Х.
Мембрана 26, затвор 25 и участок корпуса 23, который простирается между ними, ограничивают камеру 28.
Камера 28 располагается на аксиально противоположной стороне камеры 24 относительно затвора 25.
Затвор 25 в свою очередь содержит
- осевую торцевую поверхность 33, обращенную внутрь камеры 24; и
- поверхность 34, которая является аксиально противоположной поверхности 33 и обращена внутрь камеры 28.
Клапан 22 дополнительно содержит упругий элемент 29 и винтовую пружину, смонтированную так, что она совместно использует ось Х, расположенную между мембраной 26 и поверхностью 34 затвора 25.
Затвор 25 является подвижным по оси Х под действием сил, возникающих от давлений, существующих в камерах 24, 28 и прикладываемых к поверхностям 33, 34, и упругой силы, вызываемой упругим элементом 29.
Если точнее, затвор 25 является подвижным между
- закрытым положением (фиг. 1), в котором он закрывает отверстия 30, 31, тем самым предотвращая жидкостное соединение между камерой 24 - и, следовательно, нагнетательной линией 19 - и возвратной линией 20; и
- полностью открытым положением (фиг. 4), в котором он оставляет оба отверстия 30, 31 свободными, тем самым обеспечивая жидкостное соединение между камерой 24 - и, следовательно, нагнетательной линией 19 - и возвратной линией 20.
Упругий элемент 29 имеет предварительное нагружение, такое, чтобы удерживать затвор 25 в закрытом положении (фиг. 1), когда давление p1 в нагнетательной линии 19 ниже порогового значения pth давления, т.е. в приведенном примере ниже 3650 psi.
Затвор 25 являеся подвижным по оси Х между множеством положений частичного открытия (фиг. 2 и 3), которые являются промежуточными между закрытым положением и положением полного открытия.
Если точнее, затвор 25 может быть установлен
- в первом частично открытом положении (фиг. 2), в котором он открывает отверстие 30 и закрывает отверстие 31, обеспечивая жидкостное соединение между камерой 24 - и, следовательно, нагнетательной линией 19 - и возвратной линией 20 только через отверстие 30; и
- во втором частично открытом положении (фиг. 3), в котором он открывает отверстие 30 и часть отверстия 31, обеспечивая жидкостное соединение между камерой 24 - и, следовательно, нагнетательной линией 19 - и возвратной линией 20 через отверстие 30 и часть отверстия 31 слева, незакрытого самим затвором 25.
В приведенном примере второе частично открытое положение (фиг. 3) затвора 25 располагается между первым частично открытым положением (фиг. 2) и полностью открытым положением (фиг. 4).
Затвор 25 дополнительно содержит радиальную внешнюю трубчатую поверхность 40, герметично взаимодействующую с корпусом 23 и отверстиями 30, 31 и аксиально расположенную между поверхностями 33, 34.
Трубчатая поверхность 40 в свою очередь содержит
- пару осевых торцевых участков 41, 42; и
- основной участок 43, который аксиально располагается между участками 41, 42 и герметично взаимодействует с корпусом 23 и отверстиями 30, 31, и располагается между поверхностями 33, 34.
Участок 43 имеет большую длину, чем участки 41, 42.
В приведенном примере участок 41 является по меньшей мере частично наклоненным на 45° относительно оси Х.
Участок 41 располагается на стороне камеры 24 и имеет диаметр, который меньше диаметра участка 43. Кроме того, участок 41 предназначен, чтобы опираться на плечо 38 корпуса 23, когда затвор 25 находится в полностью закрытом положении (фиг. 1). В этом состоянии плечо 38, участок 41 и конец участка 43, прилегающего к участку 41, ограничивают между собой закрытую камеру 37 (фиг. 1) в жидкостном сообщении с отверстием 30 и жидкостно изолированную от камеры 24.
В противном случае участок 41 располагается на все большем и большем расстоянии по оси Х и располагается на противоположной стороне мембраны 26 относительно самого плеча 39, когда затвор 25 располагается в первом и втором частично открытых положениях и в полностью открытом положении (фиг. 2, 3 и 4).
Участок 42 располагается на той же стороне, что и камера 28, и имеет диаметр, который больше диаметра участка 43. Кроме того, участок 42 располагается аксиально на расстоянии по оси Х от плеча 39 корпуса 23 и располагается на той же стороне, что и мембрана 26 относительно плеча 39, когда затвор 25 находится в полностью закрытом положении (фиг. 1).
Кроме того, участок 42 располагается на все большем и большем расстоянии по оси Х от самого плеча 39, когда затвор 25 располагается в первом и втором частично открытых положениях и в полностью открытом положении (фиг. 2, 3 и 4). Плечо 39 аксиально располагается между плечом 38 и мембраной 26 по оси Х.
Поверхности 33, 34 простираются радиально относительно оси Х.
Плечи 39, 38 ограничиваются радиальной внутренней поверхностью 37 корпуса 23. Поверхность 37 ограничивает камеры 24, 28, 54, 55 и пересекается отверстиями 30, 31, 52 и 53.
Предпочтительно, клапан 22 содержит термически расширяемый элемент 49, который может перемещаться, под воздействием температуры гидравлической жидкости, между
- первой конфигурацией (фиг. 1–3), которая принимается, когда температура масла ниже порогового значения Tth температуры; и
- второй конфигурацией (фиг. 4), которая принимается, когда температура масла выше порогового значения Tth температуры, и при которой она удерживает затвор 25 в полностью открытом положении или перемещает его в это положение, чтобы снизить давление в камере 24.
Если быть точнее, корпус 23 клапана 22 содержит
- мембрану 50, которая располагается на аксиально противоположной стороне мембраны 26 относительно камеры 24 и простирается параллельно мембране 26 и радиально относительно оси Х;
- торцевую стенку 51, которая располагается на аксиально противоположной стороне мембраны 50 относительно мембраны 26 и простирается параллельно мембранам 26, 50 и радиально относительно оси Х;
- множество отверстий 52 (только одно из которых показано на прилагаемых фигурах), расположенных аксиально по оси Х между мембранами 26, 50; и
- множество отверстий 53 (только одно из которых показано на прилагаемых фигурах), расположенных аксиально по оси Х между мембраной 50 и торцевой стенкой 51.
Отверстия 52, 53 – цилиндрические и с соответствующими осями, которые являются радиальными относительно оси Х.
Предпочтительно, диаметры отверстий 52, 53 совпадают друг с другом и равны диаметру отверстий 30.
Клапан 22 дополнительно содержит
- камеру 54, которая аксиально располагается между мембранами 26 и 50 и содержит элемент 49; и
- камеру 55, аксиально ограниченную между мембранами 50 и торцевой стенкой 51.
Отверстия 52, 53 открываются внутрь камер 54, 55.
Элемент 49 прикреплен к мембране 50 и является свободным, чтобы подвергаться осевой деформации внутри камеры 54 на стороне, аксиально противоположной мембране 50.
В приведенном примере элемент 49 является трубчатым.
Клапан 22 дополнительно содержит дополнительный элемент 48, прикрепленный к элементу 49 на той же стороне, что и мембрана 50, и свободный на противоположной стороне мембраны 50.
Когда элемент 49 установлен в первую конфигурацию, он удерживает элемент 48 на расстоянии от отверстия 52 по оси Х (фиг. 1, 2 и 3). Таким образом, отверстие 52 остается открытым внутрь камеры 54, когда элемент 49 установлен в первую конфигурацию.
В приведенном примере элементы 48, 49 являются трубчатыми.
И наоборот, когда элемент 49 установлен во вторую конфигурацию, его удлинение такое, чтобы установить элемент 48 в положение, в котором он закрывает отверстие 52. Таким образом, отверстие 52 остается жидкостно изолированным от камеры 54, когда элемент 49 установлен во вторую конфигурацию.
Клапан 22 дополнительно содержит
- дополнительный затвор 60, удлиненный по оси Х и скользящий по оси Х в корпусе 23; и
- упругий элемент 59, который в приведенном примере является винтовой пружиной, совместно использующей ось Х, расположенную аксиально между мембраной 50 и самим затвором 60.
Если быть точнее, затвор 60 способен скользить коаксиально относительно затвора 25 внутри сквозного отверстия 61, выполненного в затворе 25.
Затвор 60 также способен скользить внутри отверстия 62, совместно использующего ось Х, ограниченного мембраной 26, и отверстия 63, которое совместно использует ось Х, является коаксиальным отверстию 62 и ограничено мембраной 50.
Затвор 60 содержит, в частности
- шток 65;
- конец 66, расположенный внутри камеры 24 и, следовательно, подверженный воздействию давления, существующего в камере 24; и
- конец 67, противоположный концу 66 и выступающий радиально от штока 65.
Затвор 60 дополнительно содержит выступ 69, который в приведенном примере имеет форму усеченного конуса, аксиально установлен между концами 66, 67 и располагается в камере 54.
Кроме того, выступ 69 и шток 65 проходят через элементы 49, 48 и располагаются радиально на расстоянии от них относительно оси Х.
Упругий элемент 59 прикреплен к выступу 69.
Затвор 60 способен скользить между первым положением (фиг. 1) и вторым положением (фиг. 4).
Перемещение затвора 60 из первого положения (фиг. 1 и 2) во второе положение (фиг. 4) соответствует перемещению самого затвора 60 по оси Х и от камеры 24 к торцевой стенке 51.
Когда затвор 60 устанавливается в первое положение (фиг. 1), выступ 69 опирается на отверстие 62, а конец 67 преграждает отверстие 63.
В этом первом положении допускается просачивание пренебрежимо малого количества (не показано на фиг. 1) масла, вследствие возникающего неизбежного механического люфта, через отверстие 62, от камеры 28 к камере 54.
Таким образом, когда затвор 60 устанавливается в первое положение, камеры 54, 55 жидкостно изолированы друг от друга, и камеры 28, 54 жидкостно изолированы друг от друга, если не считать просачивание пренебрежимо малого количества масла.
Следовательно, затвор 25 остается в полностью закрытом положении, и весь поток масла, подаваемого насосом 17, достигает камеры 14 (или 15) в приводе 11.
И наоборот, когда затвор 60 устанавливается во второе положение (фиг. 4), выступ 69 устанавливается аксиально на расстоянии по оси Х от отверстия 62, а конец 67 устанавливается на расстоянии по оси Х от отверстия 63.
В связи с тем, что затвор 60 устанавливается или удерживается во втором положении элементом 49, установленном во вторую конфигурацию, отверстие 52 закрывается, и камеры 28, 54 и 54, 55 жидкостно соединяются друг с другом.
Следовательно, когда элемент 49 установлен во вторую конфигурацию, а затвор 60 установлен во второе положение, поток масла больше потока просачивания, проходящего из камеры 28 в камеру 55 через камеру 54, и достигает возвратной линии 20 через отверстие 53.
В этом состоянии выход масла из камеры 28 приводит к снижению давления масла внутри камеры 28. Следовательно, затвор 25 перемещается к мембране 26 и торцевой стенке 51, пока не достигнет полностью открытого положения, в котором масло выходит из камеры 24 в возвратную линию 20 через отверстия 30, 31.
Шток 65 дополнительно содержит участок 70, полностью расположенный внутри затвора 25, когда затвор 60 находится во втором положении, и частично расположенный внутри затвора 60, когда затвор 60 находится в первом положении.
Участок 70 содержит поверхность 71 с удаленным материалом, которая простирается на радиальные расстояния, которые сначала уменьшаются, а затем увеличиваются от затвора 25, продолжаясь вдоль затвора 60 параллельно оси Х, и от конца 66 к концу 67.
Участок 70 штока 65 и затвор 25 ограничивают калиброванный проход 73 для масла между камерами 24, 28.
Кроме того, затвор 60 может быть установлен в третье положение (фиг. 3), которое аксиально располагается по оси Х между первым и вторым положениями самого затвора 60.
Когда затвор 60 устанавливается в третье положение (фиг. 2), выступ 69 устанавливается аксиально на расстоянии от отверстия 62, обеспечивая проход определенного потока масла между камерами 28, 54, а конец 67 по-прежнему герметично располагается внутри отверстия 63, жидкостно изолируя камеры 54, 55 друг от друга.
Таким образом, камеры 28, 54 жидкостно соединяются друг с другом.
В случае (как на фиг. 3), когда затвор 60 устанавливается в третье положение давлением масла, действующим на конец 66, и когда масло имеет температуру ниже порогового значения Tth температуры, элемент 49 оставляет отверстие 52 незакрытым. Следовательно, масло течет из камеры 28 в камеру 54 через отверстие 62 и из камеры 54 в возвратную линию 20 через отверстие 52.
Также в этом случае поток масла из камеры 28 в камеру 54 уменьшает давление самого масла внутри камеры 28, вызывая перемещение затвора 25 из закрытого положения (фиг. 1) в первое частично открытое положение (фиг. 2) и во второе частично открытое положение (фиг. 3). В этих положениях масло перемещается из камеры 28 в возвратную линию 20, соответственно, только через отверстие 30 (фиг. 2) и через отверстие 30 и часть отверстия 31 (фиг. 3), незакрытого затвором 25, тем самым снижая давление внутри камеры 24 и нагнетательной линии 19 ниже порогового значения pth давления.
Упругий элемент 59 оказывает предварительное нагружение на затвор 60, который удерживает его в первом положении, когда давление в камерах 24, 28 ниже порогового значения pth давления. И наоборот, когда давление в камере 24 превышает пороговое значение pth давления, возникающая сила превышает упругую силу, вызываемую упругим элементом 59, тем самым вызывая перемещение затвора 60 из первого положения во второе положение.
С конкретной ссылкой на фиг. 5, отверстие 63 содержит продолжающиеся от камеры 54 к камере 55 в направлении, параллельном оси Х,
- участок 95, расположенный на той же стороне, что и камера 54; и
- участок 96, расположенный на той же стороне, что и камера 55, и имеющий диаметр, который больше диаметра участка 95.
Конец 67 имеет диаметр больше штока 65 и главным образом такой же диаметр, как участок 96.
Конец 67 имеет торцевую поверхность 75, которая располагается на той же стороне, что и камера 54, прилегающая к штоку 65, и ограничивает кольцо 97. В частности, наружный и внутренний диаметры кольца 97, соответственно, нежели наружные диаметры выступа 69 и штока 65.
Шток 65 имеет диаметр, который меньше диаметра участка 95 отверстия 63. Шток 65 и участок 95 ограничивают между собой трубчатый проход 98.
Когда затвор 60 устанавливается в первое и третье положения (фиг. 1 и 3, соответственно), выступ 69 входит в зацепление с участком 96, а часть штока 65, прилегающая к выступу 69, занимает участок 95.
В этих первом и третьем положениях (фиг. 5) кольцевой участок 97 жидкостно соединяется с камерой 54 через проход 98. В результате масло оказывает на проход 98 давление, существующее в камере 54.
Работа гидравлического контура 10 описывается со ссылкой на один привод 11 и на один распределительный клапан 27.
Насос 17 передает регулируемый поток масла от входной линии 18, соединенной с резервуаром 16, к нагнетательной линии 19.
В соответствии с положением распределительного сервоклапана 27, масло течет из нагнетательной линии 19 в камеру 14 (15) привода 11, жидкостно соединенного с ней, в то время как камера 15 (14) привода 11 жидкостно соединена с резервуаром 16 через возвратную линию 20. Перепад давления между камерами 14, 15 генерирует действие привода 11.
Давление масла в нагнетательной линии 19 и, следовательно, внутри камеры 14 (или 15) привода 11 изменяется в соответствии с потоком, который возможно проходит через обводную линию 21.
Работа гидравлического контура 10 описывается ниже, начиная с конфигурации фиг. 1, где насос 17 находится не в состоянии поломки, а температура масла в гидравлическом контуре 10 совместима с работой привода 11.
В этой конфигурации давление p1 масла вдоль нагнетательной линии 19 насоса 17 ниже порогового значения pth давления, а температура масла ниже порогового значения Tth температуры. В качестве примера, давление p1 масла вдоль нагнетательной линии 19 поддерживается постоянным на уровне 3000 psi расходом на насосе 17, а температура ниже 120°C.
Давление внутри камер 24, 28 равняется p1, поскольку камера 24 жидкостно соединена с нагнетательной линией 19, а камера 28 жидкостно соединена с камерой 24 через калиброванный проход 73 между затворами 25, 60. Следует отметить, что в этом состоянии нет непрерывного потока через проход 73, определенный градиентом давления, а попросту масло под давлением p1 занимает обе камеры 24, 28.
Затвор 25 удерживается упругим элементом 29 в соответствующем закрытом положении, в котором он закрывает отверстия 30, 31. Следовательно, клапан 22 предотвращает поток масла в обводную линию 21 между нагнетательной линией 19 и возвратной линией 20.
Упругий элемент 59 удерживает затвор 60 в соответствующем первом положении, в котором выступ 69 опирается на отверстие 62, а конец 67 герметично входит в зацепление с отверстием 63. Таким образом, поток масла просачивается между камерами 28, 54, тогда как камеры 54, 55 жидкостно изолированы друг от друга.
Поскольку температура масла ниже порогового значения Tth температуры, элемент 49 остается в соответствующей первой конфигурации, где элемент 48 оставляет отверстие 52 незакрытым. В частности, минимальный поток масла, который просачивается из камеры 54 в камеру 55, выходит из отверстия 52 к обводной линии 21.
Со ссылкой на фиг. 4, конфигурация клапана 22 показана в случае, когда температура масла превышает пороговое значение Tth температуры, например, в случае, когда температура масла превышает значение 120°C.
Это повышение температуры может быть вызвано, к примеру, локализованным источником тепла в гидравлическом контуре 10 или же повышением давления в нагнетательной линии 19 вследствие поломки насоса 17. В действительности, это повышение давления неизбежно приводит к увеличению работы, выполняемой над маслом. Эта работа, вместе с неизбежным трением, вызывает перегрев самого масла.
Независимо от причин, которые вызвали повышение температуры, оно приводит к перегреву элемента 49. Этому перегреву содействует тот факт, что перегретое масло присутствует в камере 54.
После собственного перегрева элемент 49 перемещается из соответствующей первой конфигурации (показанной на фиг. 1) в соответствующую вторую конфигурацию (показанную на фиг. 4) в результате теплового расширения.
Во время перемещения к соответствующей второй конфигурации элемент 49 перемещает элемент 48 к мембране 50 и торцевой стенке 51, до положения, в котором элемент 48 закрывает отверстие 52.
Масло, присутствующее в камере 54, больше не может течь через отверстие 52, которое закрыто элементом 48, и оказывает давление на кольцевой участок 97 конца 67 штока 65. Это давление определяет осевое усилие на затвор 60, достаточное, чтобы переместить его в соответствующее второе положение, где выступ 69 аксиально устанавливается на расстоянии от отверстия 62, а конец 67 освобождает отверстие 63.
Следовательно, масло течет из камеры 54 в камеру 55, снижая давление внутри самой камеры 54 и вызывая перемещение затвора 25 в соответствующее полностью открытое положение. Кроме того, масло выходит из камеры 55 через отверстие 53.
В этом полностью открытом положении затвор 25 открывает отверстия 30, 31 и позволяет маслу течь из камеры 24 в возвратную линию 20 по обводной линии 21.
Следовательно, давление внутри камеры 24 падает до значения p2, которое ниже p1. Это значение p2 в приведенном примере составляет 2000 psi.
Из этого следует, что камера 14 (или 15) жидкостно соединена с нагнетательной линией 19 насоса 17, привод 11 занят маслом под давлением p2. Таким образом, привод 11 может продолжать функционировать, пусть даже и с пониженной производительностью.
Кроме того, энергия, передаваемая маслу работой, выполняемой над ним под давлением p2, и неизбежным трением, падает до такого значения, которое может быть рассеяно по гидравлическому контуру 10, поэтому температура масла остается ниже порогового значения Tth температуры.
Следует отметить, что меньший поток масла, который течет через отверстие 53, – это поток управления, нацеленный на управление перемещением затвора 60 по оси Х, тогда как больший поток масла, который течет через отверстия 30, 31, нацелен на снижение давления в камере 24 ниже значения давления p2.
Со ссылкой на фиг. 2, далее описывается работа клапана 22 в случае, когда насос 17 находится не в состоянии поломки, а давление масла, которое течет по нагнетательной линии 19, мгновенно изменяется на значение p3, которое выше порогового значения pth давления, в течение ограниченного периода времени, например, вследствие ударов.
В этой ситуации масло внутри камер 24, 28 изменяется на значение p3 и оказывает усилие на затвор 25, достаточное для преодоления упругого действия упругого элемента 29. Следовательно, затвор 25 перемещается в первое частично открытое положение, в котором он открывает отверстие 30 и закрывает отверстие 31.
Таким образом, генерируется поток масла из камеры 24 в возвратную линию 20 через обводную линию 21 с последующим падением давления ниже порогового значения pth давления в нагнетательной линии 19 и камере 14 (или 15) привода 11.
Повышение давления в камере 24 является недостаточным для перемещения затвора 60, который вследствие этого остается в соответствующем первом положении, где он жидкостно изолирует друг от друга камеры 28, 54, если не считать просачивание, и камеры 54, 55.
Когда значение давления масла, которое течет по нагнетательной линии 19, возвращается к значению, которое ниже порогового значения pth давления, давление масла в камерах 24, 28 будет падать, пока затвор 25 не вернется в полностью закрытое положение.
Со ссылкой на фиг. 3, далее описывается работа клапана 22 в случае, когда насос 17 имеет долговременную поломку, такую, которая доводит давление масла, которое течет по нагнетательной линии 19, до значения p3, которое выше или равно пороговому значению pth давления.
В этой ситуации масло внутри камер 24, 28 изменяется на значение p3 и определяет усилие на затвор 25, достаточное для преодоления упругого действия упругого элемента 29. Следовательно, затвор 25 перемешается аксиально к торцевой стенке 51, пока не достигнет второго частично открытого положения, где он открывает отверстие 30 и часть отверстия 31.
Кроме того, давление p3 внутри камер 24 увеличивает усилие на конец 66, пока это усилие не превысит упругое действие упругого элемента 59.  Таким образом затвор 60 достигает третьего положения, в котором выступ 69 открывает отверстие 62, тогда как конец 67 остается герметично располагаться в отверстии 63. Следовательно, генерируется поток масла, который проходит из камеры 28 в камеру 54 через отверстие 62 и из камеры 54 в возвратную линию 21 через отверстие 52. Камеры 54, 55 остаются жидкостно изолированными друг от друга.
Поток масла через отверстия 62 и отверстие 52 снижает давление в камере 28, чтобы переместить затвор 25 во второе частично открытое положение, где он жидкостно соединяет отверстия 30, 31 с камерой 24. Таким образом, генерируется поток масла по обводной линии 21 между нагнетательной линией 19 и возвратной линией 20. Этот поток масла вызывает падение давления в нагнетательной линии 19 и в камере 14 (или 15) ниже порогового значения pth давления.
Таким образом, несмотря на поломку насоса 17, привод 11 продолжает обеспечиваться маслом под давлением, равным пороговому значению pth давления, и продолжает функционировать надлежащим образом.
Следует отметить, также со ссылкой на состояния фиг. 3, что меньший поток масла, который проходит через отверстие 52, – это поток управления, нацеленный на управление перемещением затворов 25, 60 по оси Х, в то время как больший поток масла, который проходит через отверстия 30, 31, нацелен на снижение давления в камере 24.
Из вышеизложенного ясно следуют преимущества клапана 22 и способ управления согласно изобретению.
В частности, элемент 49 принимает первую конфигурацию (фиг. 1–3), когда температура масла ниже температурного порога Tth, и вторую конфигурацию, когда температура масла выше температурного порога Tth. Когда элемент 49 принимает вторую конфигурацию (фиг. 4), это вызывает перемещение затвора 60 во второе положение или его поддержку в указанном положении, где затвор 60 жидкостно соединяет камеры 28, 54 и 54, 55. Это приводит к снижению давления в камере 28, перемещению затвора 25 в полностью открытое положение, проходу потока через отверстия 30, 31 и обводную линию 21 и последующему падению давления в нагнетательной линии 19 до значения p2, которое ниже порогового значения pth давления.
Таким образом, когда температура масла превышает пороговое значение Tth температуры, давление в выходной линии 19 автоматически падает до значения p2, при котором гидравлический контур 10 способен рассеивать тепловую энергию, передаваемую ему работой, выполняемой насосом 17 и неизбежным трением.
Следует отметить, что элемент 49 принимает вторую конфигурацию тогда, когда повышение температуры масла вызывается поломкой насоса 17, и тогда, когда оно обусловлено причиной, независимой от насоса 17, например, пожаром рядом с некоторыми компонентами гидравлического контура 10, с последующим перегревом масла.
Вследствие этого клапан 22 дает возможность управления проблемой перегрева масла, независимо от причин, которые его генерируют, надежным и быстрым образом, без внесения дополнительного веса и в течение неопределенного периода времени.
Таким образом, исключается потребность в использовании чрезмерного резервирования гидравлических контуров 10, соединенных с одним и тем же приводом 10. Кроме того, гидравлический контур 10 не требует теплообменника для охлаждения масла, а значит, является чрезвычайно легким, простым для изготовления и обслуживания, с очевидными преимуществами для сектора самолетов или вертолетов.
Кроме того, клапан 22 гарантирует, что давление в нагнетательной линии 19 остается равным значению p2, которое ниже значения p1, но в любом случае является достаточным для гарантирования определенной функциональности приводов 11.
Поверхность 71 затвора 60 простирается на переменные расстояния в радиальном направлении относительно затвора 25. Благодаря этому поток масла, который проходит между камерами 24, 28 и 28, 55, когда элемент 49 принимает вторую конфигурацию, является переменным в зависимости от относительного положения между затворами 25, 60. Следовательно, чем выше температура масла, тем больше поток масла, который проходит между камерами 24, 28 и 28, 55, и ниже давление в камере 24 и в нагнетательной линии 19.
Таким образом, можно регулировать постепенно давление в нагнетательной линии 19 и, следовательно, фактическое ухудшение степени функциональности приводов 11 в зависимости от фактической серьезности поломки компенсатора насоса 17, путем дробления снижения давления в камере 24 до значения, промежуточного между pth и p2. Другими словами, в случае частичной поломки компенсатора, давление в камере 24 снижается до значений выше 2000 psi, с очевидным улучшением функциональности приводов 11.
Клапан 22 обеспечивает, помимо функций, указанных выше, и с одним встроенным компонентом,
- резкое снижение давления в нагнетательной линии 19 ниже порогового значения pth давления, в случае возможных пиков давления в нагнетательной линии 19, например, вследствие ударов (фиг. 2); и
- долговременное снижение давления в нагнетательной линии 19 ниже порогового значения pth давления, в случае поломки насоса 17, например, вследствие заклинивания компенсатора в положении максимального потока.
И, наконец, участок 41 затвора 25 устанавливается радиально на расстоянии от поверхности 37 корпуса и опирается на плечо 39, когда затвор 25 устанавливается в первое положение (фиг. 1).
Кроме того, участок 41 устанавливается радиально на расстоянии от отверстия 30.
Таким образом, как только возникает резкий пик давления (фиг. 2), перемещение затвора 25 к мембране 26 определяет жидкостное соединение между камерой 24 и отверстием 30 и последующее падение давления в нагнетательной линии 19 и в камере 24 ниже порогового значения pth давления.
Наконец, очевидно, что в клапан 22 и способ управления, описанные и показанные здесь, могут быть внесены модификации и изменения без их отклонения от области защиты, определенной прилагаемой формулой изобретения.
В частности, летательный аппарат может быть конвертопланом или самолетом, вместо вертолета 1.