Перепускной клапан
BYPASS VALVE

Изобретение относится к авиационной технике, преимущественно, к авиадвигателестроению, и касается перепускного клапана для системы смазки авиационного газотурбинного двигателя.
Известен перепускной клапан, содержащий корпус с седлом, контактирующим с торцом подпружиненной тарели (М.М. Бич, Е.В. Вейнберг, Д.Н. Сурнов, «Смазка авиационных газотурбинных двигателей, Москва, Машиностроение, 1979, с. 62, рис. 4.18).
Известный перепускной клапан не позволяет в маслосистеме двигателя поддерживать оптимальные давления подачи масла на разных режимах работы (малый газ или номинал). Чтобы обеспечить оптимальное давление подачи масла при работе двигателя на малом газу на большой высоте он должен иметь избыточную подачу масла на номинальном режиме у земли, что может привести к переполнению масляных картеров, перегреву масла и отказу двигателя в работе. С другой стороны, настройка перепускного клапана на оптимальное давление подачи на номинальном режиме у земли приводит к снижению давления подачи масла на малом газу на большой высоте полета ниже допустимого значения, что также приводит к отказу двигателя в работе.
Другой недостаток известного клапана заключается в перепуске через него избыточного количества смазки, позволяющего держать тарель в постоянно открытом положении, что исключает появление опасных режимов работы, сопровождающийся ударами тарели о седло, разрушением седла и нецелесообразными утечками масла.
Задача изобретения - обеспечить оптимальное давление подачи масла на разных режимах работы двигателя путем автоматической перенастройки клапана на разные ступени давления.
Указанная задача решается тем, что в перепускном клапане для масляных систем авиационных газотурбинных двигателей, содержащем корпус с седлом, контактирующим с торцом подпружиненной тарели, согласно изобретению, над седлом в корпусе установлена гильза с двумя рядами последовательно расположенных окон и втулкой, установленной снаружи гильзы и перекрывающей ближайший к седлу ряд окон, причем внутренняя полость в гильзе через дальний от седла ряд окон сообщена с выходной полостью в корпусе, а над тарелью установлена подвижная опора, в закрытом положении клапана расположенная от обращенного к ней упорного торца тарели на расстоянии равном половине разности продольной упорного торца тарели на расстоянии равном половине разности продольной длины ближайшего к седлу ряда окон и толщины тарели. Между торцом пружины, поджимающей тарель, и подвижной опорой установлено регулировочное кольцо. В каждом ряду окон выполнено 3 окна.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - общий вид перепускного клапана в разрезе (исходное состояние).
На фиг. 2 - перепускной клапан (работа I ступени давления).
На фиг. 3 - перепускной клапан (работа II ступени давления).
Перепускной клапан (фиг. 1) содержит корпус 1 с седлом 2, с которым контактирует поджатая пружиной 3 тарель 4, за которой внутри корпуса 1 расположена подвижная опора 5, поджатая пружиной 6 к упору 7. Затяжка пружины 6 производится гайкой 8, вращая упор 9. Упор 9 ограничивает максимальную высоту подъема тарели 4. Между седлом 2 и подвижной опорой 5 в корпусе 1 установлена гильза 10 с двумя последовательно расположенными рядами окон 11 и 12, через которые полость 13 внутри гильзы сообщена с полостью 14 на выходе из перепускного клапана. Каждый ряд окон 11 и 12 состоит из 3 окон, что является оптимальным для работы тарели 4. Выполнение меньшего количества окон в ряду будет приводить к неустойчивости движения тарели 4. При этом большее количество окон в ряду (4-5) увеличивает трудоемкость изготовления и сокращает размеры окон.
Снаружи гильзы 10 над ближайшим к седлу 2 рядом окон 11 установлена втулка 15, перекрывающая их от выходной полости 14, а между боковой поверхностью 16 тарели 4 и втулкой 15 образованы каналы 17 для прохода масла от седла 2 через ряды окон 11 и 12 и полость 13 в выходную полость 14 перепускного клапана. Подвижная опора 5 расположена от обращенного к ней упорного торца тарели 4 на расстоянии, равном половине разности продольной (осевой) длины окон 11 ближайшего к седлу 2 ряда окон и толщины тарели 4:
=(Н - S)/2, где
Н - длина ближайшего к седлу 2 ряда окон 11,
S - толщина тарели 4,
- расстояние между подвижной опорой 5 и упорным торцом тарели 4.
Между подвижной опорой 5 и пружиной 3 установлено регулировочное кольцо 18. При запуске двигателя работает первая ступень давления перепускного клапана, обеспечивающая поддержание в маслосистеме давления подачи масла на режиме малого газа (фиг. 2). Оптимальное давление подачи масла на малом газу обеспечивается подбором пружин, либо подбором регулировочных колец 18 между торцом пружины 3 и опорой 5.
Если на этом режиме давление масла в системе возрастет вследствие увеличения подачи нагнетающим насосом выше допустимого значения (фиг. 2), тарель 4, сжав пружину 3, приподнимется с седла 2. Смазка через окна 11 по каналам 17 между втулкой 15 и боковой поверхностью 16 тарели 4 попадает в полость 13 внутрь гильзы 10 и далее через окна 12 в выходную полость 14 перепускного клапана. Давление масла в системе восстановится до заданной величины. С ростом частоты вращения ротора двигателя производительность системы подачи масла будет пропорционально возрастать, что приведет к дальнейшему подъему тарели 4 до тех пор, пока она не коснется торца подвижной опоры 5 (фиг. 2), и сдвинув опору 5 займет положение посередине окон 11 и 12. В этот момент первая ступень давления перепускного клапана будет выключена из работы, так как возможность увеличения проходного сечения каналов перепуска будет исчерпана (масло не будет проходить в выходную полость 14).
На повышенном режиме (номинальном и максимальном) работает вторая ступень давления перепускного клапана (фиг. 3), при этом подвижная опора 5, преодолевая усилие пружины 6, перемещается вдоль стенок корпуса 1 (вверх или вниз), а боковая поверхность 16 тарели 4 перемещается вдоль окон 12 (открывая или закрывая их) в гильзе 10. Давление подачи масла на повышенном режиме будет поддерживаться благодаря перепуску избыточного количества смазки в выходную полость 14 уже через окна 12. При вращении упора 9 гайка 8 перемещается вдоль оси пружины бив зависимости от направления вращения ее сжимает или разжимает пружину, обеспечивая изменение настройки давления срабатывания второй ступени давления.
Поочередное взаимодействие тарели 4 с каждым рядом последовательно расположенных окон 11 и 12 гильзы 10 позволило при изменении режима работы двигателя с малого газа на номинальный отключить от перепуска смазки проходное сечение ближайшего к седлу 2 ряда окон 11 и осуществить регулирование давления подачи масла перепуском смазки только на дальнем от седла ряде окон 12, что резко сократило непроизводительный переток смазки на слив в основном по длительности режиме работы двигателя. Это, в свою очередь, дало возможность уменьшить производительность нагнетающих насосов системы подачи смазки двигателя, массу нагнетающих насосов и потребляемую ими мощность. Очень важно, что при изменении режима работы перепускного клапана с первой ступени давления (режим малого газа двигателя) на вторую ступень давления (основной режим двигателя) его регулирующий орган (тарель 4) из упорного превращается в скользящий, что исключает удары тарели о седло, приводящие к разрушению клапана.
Технический результат изобретения - повышение надежности двигателя вследствие оптимизации настройки давления подачи масла на разных режимах работы, снижение потребной производительности системы подачи масла и массы нагнетающих насосов, а также снижение потребляемой нагнетающими насосами мощности.