ГАЗОВЫЙ НАСОС-СМЕСИТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННЫМ СЕЧЕНИЕМ ВПУСКНОГО КАНАЛА
GAS MIXING PUMP WITH VARIABLE CROSS SECTION OF INLET CHANNEL

Область техники
Изобретение относится к газовому, а именно воздушному насосу-смесителю с переменным сечением впускного канала.
Воздушный насос-смеситель используется, например, в системах кондиционирования воздуха самолетов для подачи на выходе насоса-смесителя воздушного потока постоянного давления, состоящего из двух потоков воздуха различного давления.
Уровень техники
Из уровня техники, например, из патентного документа US 2003/0205049, известен струйный насос-смеситель с переменным сечением впускного канала, содержащий смесительную воздушную камеру; выходящий в смесительную камеру первый впускной канал подачи в смесительную камеру воздуха, называемого воздухом высокого давления (далее - ВД) под первым давлением; выходящий в смесительную камеру второй впускной канал подачи в смесительную камеру воздуха, называемого воздухом низкого давления (далее - НД) под вторым давлением ниже первого давления; пневматический исполнительный орган, содержащий подвижный поршень, расположенный в первом впускном канале подачи воздуха ВД, причем подвижный поршень выполнен с возможностью перемещения между положением, называемым закрытым положением, в котором он препятствует проходу воздуха ВД к смесительной камере, и положением, называемым открытым положением, в котором он допускает проход воздуха ВД к смесительной камере.
Такой насос-смеситель позволяет изменять количество воздуха ВД, подаваемого к смесительной камере, таким образом, чтобы обеспечивать возможность получения на выходе насоса-смесителя смешанного воздуха постоянного давления в любой фазе полета самолета, то есть независимо от величин давления воздуха во впускных каналах подачи воздуха ВД и НД.
Кроме того, такой насос-смеситель позволяет ограничить количество воздуха ВД, отбираемого от главных двигателей самолета и за счет этого улучшить рабочие характеристики и надежность главных двигателей, снизить потребление топлива и улучшить общие характеристики самолета, оснащенного таким насосом-смесителем.
Давление воздуха на выходе смесительной камеры зависит от пропорции воздуха ВД и НД, подаваемого в смесительную камеру. Эта пропорция зависит от положения подвижного поршня во впускном канале подачи воздуха ВД в смесительную камеру. Таким образом, величина давления на выходе насоса-смесителя прямо зависит от положения подвижного поршня во впускном канале подачи воздуха ВД.
Согласно патентному документу US 2003/0205049 положение подвижного поршня исполнительного органа с пневматическим управлением регулируется автоматически давлением смешанного воздуха на выходе смесительной камеры. Для этого согласно US 2003/0205049 предусмотрен подвижный поршень, приводимый в движение исполнительным органом, который содержит корпус исполнительного органа, выполненный таким образом, чтобы обеспечивать направление подвижного поршня. Этот корпус исполнительного органа содержит также полость закрытия, в которую подается воздух, отбираемый на выходе смесительной камеры, с помощью канала обратной связи, расположенного между выходом смесительной камеры и этой полостью закрытия. Исполнительный орган содержит также действующую на закрытие пружину, расположенную между подвижным поршнем и корпусом исполнительного органа, и выпуск воздуха. В результате в каждый момент времени подвижный поршень занимает равновесное положение под действием давления в полости закрытия, жесткости пружины, размеров выпуска и других факторов.
Такой насос-смеситель позволяет получать постоянное номинальное давление на выходе насоса-смесителя независимо от величин давления воздуха во впускных каналах подачи воздуха ВД и НД в смесительную камеру.
Кроме того, такой насос-смеситель позволяет автоматически ограничить потребление воздуха ВД по достижении номинального давления благодаря перемещению подвижного поршня к закрытому положению под действием воздуха, отбираемого на выходе насоса-смесителя.
И наконец, такой насос-смеситель и в особенности пневматический исполнительный орган позволяют, с одной стороны, выдерживать температуры отбираемого от двигателей воздуха ВД, которые могут достигать 500°С, и, с другой стороны, использовать имеющиеся энергетические ресурсы, что позволяет ограничивать отбор воздуха ВД от двигателей, когда давление воздуха на выходе насоса-смесителя достигает номинальной величины.
Однако такой известный насос-смеситель не поддается управлению для создания на выходе насоса-смесителя давления, отличного от номинального. Это давление зависит от сечения каналов, жесткости пружины исполнительного органа и в целом от комплекса характеристик насоса-смесителя. Другими словами, струйный насос-смеситель по патентному документу US 2003/0205049 должен быть спроектирован для изготовления таким образом, чтобы независимо от давлений ВД и НД обеспечивать на выходе насоса-смесителя воздух под определенным номинальным давлением, которое в дальнейшем не может регулироваться. Соответственно, применение такого насоса-смесителя ограничивается до конкретного случая использования, для которого он рассчитан.
Таким образом, получаемое на выходе насоса-смесителя давление прямо зависит от его характеристик - сечения каналов, жесткости пружины, размеров выпуска и т.д. Эти характеристики определяются в конструкторском бюро, например, путем создания виртуальных макетов. Любое расхождение между теоретической и действительной характеристикой приводит к изменению номинального давления, реально получаемого на выходе насоса-смесителя. Другими словами, такой насос-смеситель не имеет хороших больших допусков на характеристики.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и создание насоса-смесителя с переменным сечением выпускного канала, в котором можно изменять величину давления воздуха на выходе насоса-смесителя в соответствии с заданной или опорной величиной.
Задачей изобретения является также создание насоса-смесителя, который обеспечивает на выходе давление воздуха, не зависящее от величин давления воздуха, подаваемого в насос-смеситель.
Задачей изобретения является также создание газового насоса-смесителя с переменным сечением впускного канала, имеющего хорошие большие допуски на характеристики.
Задачей изобретения является также создание насоса-смесителя, который может быть установлен и адаптирован для монтажа на самолетах всех типов.
Задачей изобретения является также создание насоса-смесителя, в который могут подаваться газы очень высокой температуры.
Задачей изобретения является также создание насоса-смесителя с переменным сечением впускного канала, который может изготавливаться серийно и регулироваться при монтаже на самолетах всех типов.
Задачей изобретения является также создание насоса-смесителя с переменным сечением впускного канала, который обеспечивает возможность тонкого регулирования с высокой точностью давления на выходе насоса-смесителя.
В соответствии с изобретением решение поставленных задач достигается в газовом, в особенности воздушном, насосе-смесителе с переменным сечением впускного канала, содержащем смесительную газовую камеру; выходящий в смесительную камеру первый впускной канал подачи в смесительную камеру газа, называемого газом высокого давления (далее - газ ВД), под первым давлением; выходящий в смесительную камеру второй впускной канал подачи в смесительную камеру газа, называемого газом низкого давления (далее - газ НД), под вторым давлением, отличным от первого давления; связанный со смесительной камерой выпускной канал для выпуска из смесительной камеры смешанных газов, называемых выходным газом, причем этот выходной газ имеет промежуточное давление между указанным первым давлением и указанным вторым давлением, зависящее от пропорции газов ВД и НД, подаваемых в смесительную камеру; пневматический исполнительный орган, расположенный в первом впускном канале подачи газа ВД, причем этот исполнительный орган содержит подвижный поршень, жестко соединенный с пробкой, положение которой во впускном канале определяет проходное сечение для газа ВД к смесительной камере, а изменение положения поршня вызывает изменение этого проходного сечения; полость управления подвижным поршнем, в которую подается давление по напорному каналу, причем давление в полости управления определяет положение подвижного поршня; пневматический контур, называемый силовым контуром, организованный между источником давления, называемым первым источником давления, и напорным каналом, причем силовой контур выполнен таким образом, чтобы подавать давление, называемое управляющим давлением, в полость управления по напорному каналу.
Согласно изобретению насос-смеситель отличается тем, что силовой контур содержит, по меньшей мере, один спускной клапан, расположенный между первым источником давления и напорным каналом, выполненный таким образом, чтобы создавать утечку в силовом контуре с регулируемым расходом утечки, величина которого определяет давление, подаваемое в полость управления пневматического исполнительного органа.
Насос-смеситель по изобретению позволяет изменять пропорцию ВД/НД газовой смеси, воздействуя на давление, подаваемое в полость управления исполнительного органа. Это давление подается силовым контуром, который содержит спускной клапан, выполненный таким образом, чтобы создавать утечку в силовом контуре, что позволяет регулировать величину давления, подаваемого в полость управления пневматического исполнительного органа, а следовательно, и величину давления газовой смеси на выходе насоса-смесителя.
Согласно изобретению предпочтительно этот спускной клапан выполнен с возможностью перемещения между, по меньшей мере, одним положением, называемым открытым положением, и, по меньшей мере, одним положением, называемым закрытым положением, при этом давление, подаваемое силовым контуром в полость управления исполнительного органа, является более низким при открытом положении спускного клапана, чем при его закрытом положении.
Если давление на выходе насоса-смесителя следует уменьшить, утечка в силовом контуре может быть уменьшена путем перевода спускного клапана в закрытое положение, так что давление, подаваемое в полость управления пневматического исполнительного органа, увеличивается. Это вызовет увеличение объема полости управления и перемещение подвижного поршня к положению, в котором проходное сечение для газа ВД уменьшается пробкой, так что ограничивается количество газа ВД, подаваемого в смесительную камеру. При этом новая смесь на выходе насоса-смесителя имеет более низкое содержание газа ВД, чем перед закрытием спускного клапана, что приводит к снижению давления смеси.
Обратным образом, если давление на выходе насоса-смесителя следует увеличить, утечка в силовом контуре может быть увеличена путем перевода спускного клапана в открытое положение, так что давление, подаваемое в полость управления пневматического исполнительного органа, уменьшается. Это вызовет уменьшение объема полости управления и перемещение подвижного поршня к положению, в котором проходное сечение для газа ВД увеличивается, так что увеличивается также количество газа ВД, подаваемого в смесительную камеру. При этом новая смесь на выходе насоса-смесителя имеет более высокое содержание газа ВД, чем перед открытием спускного клапана, что приводит к повышению давления смеси.
Согласно изобретению предпочтительно спускной клапан выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, называемым полностью закрытым положением, в котором давление, подаваемое в полость управления, является давлением первого источника давления, и открытым положением, называемым полностью открытым положением, соответствующим максимальному открытию спускного клапана.
Таким образом, насос-смеситель по изобретению, снабженный пневматическим контуром подачи давления в полость управления пневматического исполнительного органа, содержащим, по меньшей мере, один спускной клапан, позволяет подавать на выходе насоса-смесителя заданное или опорное давление, величина которого может регулироваться.
Пневматический контур насоса-смесителя по изобретению может содержать один или несколько спускных клапанов. Каждый спускной клапан может быть выполнен различным по форме и конструкции. Спускной клапан по изобретению может быть клапаном с логической функцией «да - нет» или пропорциональным клапаном.
Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один спускной клапан является пропорциональным клапаном, выполненным с возможностью бесступенчатого перемещения между полностью открытым положением, называемым положением максимального открытия, и закрытым положением таким образом, чтобы обеспечивать бесступенчатое изменение расхода утечки.
Насос-смеситель согласно этому варианту осуществления позволяет бесступенчато и с высокой точностью регулировать расход утечки, создаваемой таким спускным клапаном, что позволяет бесступенчато и с высокой точностью регулировать давление, подаваемое в полость управления исполнительного органа, и, следовательно, бесступенчато и с высокой точностью позиционировать пробку во впускном канале подачи газа ВД. Таким образом, получаемая на выходе газовая смесь может быть с высокой точностью дозирована газом ВД и газом НД. Это позволяет получать определенное давление, которое может иметь любую величину и может бесступенчато регулироваться в интервале между величинами, близкими к давлению газа ВД и газа НД.
Газ на выходе насоса-смесителя может иметь давление, равное давлению газа НД, при полном перекрытии впускного канала подачи газа ВД. В противоположность этому, поскольку впускной канал подачи газа НД не может перекрываться, максимальное давление на выходе такого насоса-смесителя может быть только ниже величины давления газа ВД.
Открытие и закрытие спускного клапана может обеспечиваться различными средствами - механическими, пневматическими, электрическими и другими.
Предпочтительно насос-смеситель по изобретению содержит электромотор, выполненный таким образом, чтобы допускать перемещение спускного клапана между полностью открытым положением и полностью закрытым положением и наоборот.
Предпочтительно насос-смеситель по изобретению содержит датчик давления, расположенный на выходе насоса-смесителя и выполненный таким образом, чтобы подавать измерительный сигнал давления, представляющий давление выходного газа; электрический блок управления, выполненный таким образом, чтобы принимать опорный сигнал, представляющий опорную величину давления, которое насос-смеситель должен обеспечивать на выходе, и измерительный сигнал давления, подаваемый датчиком давления, причем этот электрический блок управления выполнен таким образом, чтобы подавать на электромотор команду для запуска процесса открытия/закрытия спускного клапана или клапанов таким образом, чтобы изменять величину давления, подаваемого в полость управления таким образом, чтобы пробка могла перемещаться во впускном канале подачи газа ВД и чтобы насос-смеситель обеспечивал на выходе выходной газ под указанным опорным давлением.
Такой насос-смеситель, содержащий электрический блок управления, способный принимать опорное давление и измеренное давление на выходе насоса-смесителя, позволяет вырабатывать и передавать на электромотор команду таким образом, что мотор вызывает перемещение каждого спускного клапана, что обеспечивает получение на выходе насоса-смесителя газовой смеси под заданным или опорным давлением.
Таким образом, насос-смеситель позволяет регулировать давление на выходе. Это регулирование может быть тонким и высокоточным за счет использования электромотора, выполненного с возможностью прямого или непрямого привода каждого спускного клапана на открытие и закрытие.
Таким образом, этот вариант осуществления содержит электромотор и электрическое управление, обеспечивающие возможность регулирования подаваемого насосом-смесителем давления даже при воздействии на него температур порядка 500°С. Это стало возможным за счет разделения электрического и пневматического управления. В частности, силовой контур подает давление в полость управления пневматического исполнительного органа. Этот силовой контур содержит спускной клапан, расход которого регулируется путем регулирования проходного сечения утечки. Это сечение утечки управляется непосредственным или непрямым образом посредством электромотора. При этом электромотор не подвергается прямому воздействию враждебной среды в аспекте давления и температуры в насосе-смесителе.
Согласно этому варианту осуществления насос-смеситель управляется по давлению. Однако ничто не мешает предусмотреть управление по температуре.
Для этого насос-смеситель по изобретению предпочтительно содержит датчик температуры, расположенный на выходе насоса-смесителя и выполненный таким образом, чтобы подавать измерительный сигнал температуры, представляющий температуру выходного газа; электрический блок управления, выполненный таким образом, чтобы принимать опорный сигнал, представляющий опорную величину температуры, которую насос-смеситель должен обеспечивать на выходе, и измерительный сигнал температуры, подаваемый датчиком температуры, причем этот электрический блок управления выполнен таким образом, чтобы подавать на электромотор команду для запуска процесса открытия/закрытия спускного клапана или клапанов таким образом, чтобы изменять величину давления, подаваемого в полость управления таким образом, чтобы пробка могла перемещаться в первом канале и чтобы насос-смеситель обеспечивал на выходе выходной газ с указанной опорной температурой.
Согласно другому варианту насос-смеситель может содержать и датчик давления, и датчик температуры, а блок управления может вырабатывать команду в функции измерения температуры и давления.
Согласно изобретению предпочтительно спускной клапан является трехходовым клапаном, причем его первый ход связан с напорным каналом, второй ход связан с первым источником давления, а третий ход связан со спускным баком, давление в котором ниже давления первого источника давления.
Такой трехходовой спускной клапан позволяет изменять величину давления, подаваемого в полость управления исполнительного органа, в диапазоне между двумя величинами давления.
Согласно изобретению предпочтительно такой трехходовой спускной клапан содержит тело клапана, выполненное с возможностью бесступенчатого перемещения между положением, соответствующим полностью закрытому положению, в котором первый ход находится в прямом сообщении со вторым ходом, так что подаваемое в полость управления давление является давлением первого источника давления, и положением, соответствующим полностью открытому положению, в котором первый ход находится в прямом сообщении с третьим ходом, так что подаваемое в полость управления давление является давлением спускного бака.
Согласно изобретению предпочтительно электромотор выполнен таким образом, чтобы допускать перемещение тела клапана таким образом, чтобы обеспечивать изменение давления, подаваемого в полость управления исполнительного органа, в диапазоне между давлением первого источника давления и давлением спускного бака.
Согласно этому варианту осуществления положение спускного клапана определяется положением тела клапана, расположенного внутри спускного клапана. Перемещение этого тела клапана осуществляется электромотором.
Электромотор может воздействовать на тело клапана непосредственно или непрямым путем, через управляющий контур, или же он может являться частью управляющего контура спускного клапана.
Предпочтительно насос-смеситель по изобретению содержит управляющий контур спускного клапана, причем этот управляющий контур содержит регулятор, содержащий мембрану, ограничивающую две полости, из которых одна полость регулирования предназначена для подачи в нее давления, называемого регулирующим давлением, а другая полость тарирования содержит тарированную пружину, связанную с мембраной, при этом равновесное положение мембраны зависит от регулирующего давления и жесткости тарированной пружины; жесткую тягу, соединенную с мембраной и с телом клапана спускного клапана таким образом, что перемещение мембраны вызывает перемещение тела клапана.
Перемещение мембраны является результатом равновесия между усилием тарированной пружины и давлением, оказываемым регулирующим давлением. Равновесное положение мембраны определяет положение тела клапана спускного клапана. Положение тела клапана определяет управляющее давление, подаваемое в полость управления.
Регулятор насоса-смесителя по изобретению может быть регулятором простого или двухстороннего действия.
Согласно изобретению предпочтительно управляющий контур спускного клапана содержит источник давления, называемый третьим источником давления; по меньшей мере, один канал, расположенный между третьим источником давления и полостью регулирования и выполненный таким образом, чтобы подавать регулирующее давление в эту полость регулирования; по меньшей мере, один спускной клапан, выполненный таким образом, чтобы создавать утечку из канала управляющего контура, что позволяет изменять давление, подаваемое в полость регулирования.
Так же как и спускной клапан силового контура для подачи давления в полость управления исполнительного органа, спускной клапан управляющего контура может быть выполнен в различных конструктивных видах.
Согласно изобретению предпочтительно спускной клапан управляющего контура образован отверстием, выполненным в канале, и подвижной заслонкой, расположенной напротив этого отверстия. При этом перемещение заслонки обеспечивает изменение регулирующего давления, подаваемого в полость регулирования.
Принцип подачи регулирующего давления в полость регулирования регулятора аналогичен принципу подачи управляющего давления в полость управления исполнительного органа. В частности, этот управляющий контур содержит спускной клапан, расположенный между источником давления и полостью регулирования, причем этот спускной клапан управляющего контура выполнен таким образом, чтобы создавать утечку в управляющем контуре, что позволяет изменять величину давления, подаваемого в полость регулирования. Предпочтительно этот спускной клапан управляющего контура реализован системой по типу сопло/заслонка.
Согласно изобретению предпочтительно электромотор выполнен таким образом, чтобы по команде блока управления обеспечивать перемещение заслонки, что позволяет изменять давление, подаваемое в полость регулирования регулятора, таким образом, чтобы допускать открытие/закрытие спускного клапана.
Согласно этому предпочтительному варианту электромотор непосредственно приводит заслонку во вращательное движение. Предпочтительно заслонка укреплена на валу электромотора.
Управляющий контур содержит определенное число каналов между третьим источником давления и полостью регулирования регулятора. Согласно этому варианту осуществления управляющий контур содержит отверстие, выполненное в одном из каналов и перекрытое, по меньшей мере, частично указанной заслонкой. Перемещение заслонки позволяет изменять проходное сечение утечки из управляющего контура и за счет этого изменять регулирующее давление, подаваемое в полость регулирования.
Согласно этому варианту электромотор содержит вал, на котором расположена заслонка. Вращение вала электромотора вызывает поворот заслонки, что позволяет увеличивать или уменьшать проходное сечение этой утечки и, соответственно уменьшать или увеличивать давление, подаваемое в полость регулирования.
Таким образом, управление спускным клапаном силового контура является результатом следующих этапов: электромотор изменяет положение заслонки управляющего контура; это изменение вызывает изменение величины регулирующего давления, подаваемого в полость регулирования; это изменение величины давления вызывает перемещение мембраны регулятора; перемещение мембраны вызывает перемещение связанного с мембраной тела клапана спускного клапана силового контура.
Электрический блок управления насоса-смесителя по изобретению, выполненный таким образом, чтобы принимать опорное давление и измеренное давление на выходе насоса-смесителя, может также вырабатывать команды управления и передавать их на электромотор.
Электромотор насоса-смесителя по изобретению может быть мотором любого типа.
Однако согласно изобретению предпочтительно электромотор является моментным мотором постоянного тока. Управление таким моментным мотором осуществляется особенно легко. Блок управления передает на мотор опорную величину тока, что вызывает вращение вала мотора и, соответственно, изменение проходного сечения утечки.
В насосе-смесителе по изобретению, который содержит силовой контур, предназначенный для подачи давления в полость управления исполнительного органа, спускной клапан и управляющий контур, предназначенный для управления положением этого спускного клапана, силовое воздействие и управление разделены.
Это разделение дает целый ряд преимуществ по сравнению с известными насосами-смесителями уровня техники. Так, отделение пневматического управления от пневматического силового воздействия позволяет получить управляющий контур с управляющим газом более низкого давления, чем давление газа силового воздействия, предназначенного для подачи в полость исполнительного органа. Это более низкое давление позволяет использовать простой электромотор, развивающий ограниченную мощность по сравнению с тем исполнением, в котором электромотор должен был бы справляться с давлением газа силового воздействия, который подается в полость исполнительного органа. Такое разделение позволяет также избежать воздействия колебаний давления газов ВД и НД, циркулирующих в каналах насоса-смесителя. В общем случае насос-смеситель по изобретению является компонентом оснащения самолета, а газ ВД отбирается от двигателей самолета. Соответственно, газ ВД чувствителен к изменениям режима работы двигателей.
Третий источник давления, питающий управляющий контур, может быть источником любого типа.
Однако согласно изобретению предпочтительно этот третий источник давления управляющего контура снабжен редукционным вентилем, предназначенным для подачи предварительно определенного давления газа, отбираемого на выходе насоса-смесителя.
Источники давления, высокого и низкого давления, которые позволяют трехходовому клапану подавать в полость управления пневматического исполнительного органа давление в диапазоне между высоким и низким давлением, могут быть источниками любого типа.
Согласно изобретению предпочтительно этими источниками давления, связанными с трехходовым клапаном, являются окружающий воздух и газ ВД.
Согласно этому варианту источником высокого давления является газ ВД, а источником низкого давления - окружающий воздух.
Пневматический исполнительный орган насоса-смесителя по изобретению может быть исполнительным органом любого типа.
Предпочтительно этот пневматический исполнительный орган является пневматическим исполнительным органом простого действия.
Согласно изобретению предпочтительно этот пневматический исполнительный орган содержит корпус исполнительного органа, несущий пробку с подвижным поршнем, причем этот корпус исполнительного органа содержит средства направления свободного поступательного движения подвижного поршня, причем указанная полость управления ограничена корпусом исполнительного органа и подвижным поршнем; ограниченную корпусом исполнительного органа и подвижным поршнем вторую полость, противоположную полости управления, причем эта вторая полость предназначена для подачи в нее газа ВД; действующую на закрытие пружину, расположенную в полости управления и предназначенную для передачи на подвижный поршень усилия, которое суммируется с давлением, подаваемым в полость управления, для обеспечения перемещения подвижного поршня.
Действующая на закрытие пружина оказывает значительное содействие подаваемому в полость управления управляющему давлению для обеспечения операций перемещения подвижного поршня.
Насос-смеситель по изобретению может быть выполнен различным по форме и размерам. Впускные каналы подачи газа ВД и НД в смесительную камеру также могут иметь различные формы и размеры.
Согласно изобретению предпочтительно эти впускные каналы подачи газа ВД и НД выходят в смесительную камеру концентрично.
Для этого впускной канал подачи в смесительную камеру газа ВД расположен внутри впускного канала подачи газа НД. При этом сечение впускного канала подачи газа НД является кольцевым.
Такая компоновка позволяет уменьшить размеры насоса-смесителя с переменным сечением впускного канала подачи и способствует смешиванию газов в смесительной камере.
Согласно изобретению предпочтительно этот впускной канал подачи в смесительную камеру выполнен коническим, а пробка, жестко соединенная с подвижным поршнем пневматического исполнительного органа, выполнена в виде конического наконечника, который расположен внутри конического впускного канала.
Такое взаимодействие форм позволяет изменять сечение инжекции газа ВД в смесительную камеру.
Насос-смеситель по изобретению предназначен в особенности для оснащения системы кондиционирования воздуха самолета.
При этом согласно изобретению предпочтительно газ ВД является воздухом под высоким давлением, отбираемым от двигателей самолета, а указанный газ НД является воздухом под давлением воздуха внутри кабины самолета.
Изобретение относится также к насосу-смесителю с переменным сечением впускного канала, который отличается комбинацией всех или части признаков, указанных выше или описываемых в дальнейшем.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны не являющиеся ограничительными примеры осуществления изобретения, а также другие особенности, цели и преимущества изобретения. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает насос-смеситель по изобретению в первом примере выполнения,
фиг.2 схематично изображает насос-смеситель в другом примере выполнения,
фиг.3 схематично изображает исполнительный орган и спускной клапан насоса-смесителя, находящийся в закрытом положении,
фиг.4 схематично изображает исполнительный орган и спускной клапан насоса-смесителя, находящийся в открытом положении,
фиг.5 схематично изображает насос-смеситель в следующем примере выполнения.
Осуществление изобретения
Показанный на фиг.1 насос-смеситель содержит смесительную газовую камеру 1. В эту смесительную газовую камеру 1 подается газ под высоким давлением, далее газ ВД по каналу 2, который выходит в камеру 1, и газ под низким давлением, далее газ НД по каналу 3, который выходит в камеру 1.
Из смесительной газовой камеры 1 по выпускному каналу 4 выходит выходной газ, который является смесью газов ВД и НД, подаваемых в смесительную газовую камеру 1 по каналам 2, 3. Этот выходной газ, подаваемый по выпускному каналу 4, имеет промежуточное давление между НД и ВД.
Насос-смеситель по изобретению содержит также пневматический исполнительный орган 10, расположенный в канале 2. Этот пневматический исполнительный орган 10 содержит подвижный поршень 11, жестко соединенный с пробкой 12, положение которой в канале 2 определяет проходное сечение для газа ВД к смесительной газовой камере 1. Изменение положения подвижного поршня 11 вызывает изменение этого проходного сечения. Кроме того, исполнительный орган 10 содержит полость 13 управления подвижным поршнем 11. В эту полость 13 управления подается давление по напорному каналу 14. Давление в полости 13 управления определяет положение подвижного поршня 11, а следовательно, и положение пробки 12 в канале 2. Изменение положения пробки 12 вызывает изменение проходного сечения для прохода газа ВД к камере 1, а следовательно, и изменение давления выходного газа. Таким образом, давление в полости 13 управления определяет давление выходного газа.
Далее, насос-смеситель по изобретению содержит силовой пневматический контур 20, называемый силовым контуром 20 и соединяющий источник давления, называемый первым источником 21 давления, с напорным каналом 14. Этот силовой контур 20 предназначен для подачи давления, которое будет называться управляющим давлением, в полость 13 управления через напорный канал 14.
Силовой контур 20 содержит, по меньшей мере, один спускной клапан 22, который предназначен для создания утечки из силового контура 20, что позволяет изменять давление, подаваемое в полость 13 управления исполнительного органа 10.
Спускной клапан 22 силового контура 20 может быть клапаном любого известного типа. Однако предпочтительно он является пропорциональным клапаном, например пропорциональным трехходовым клапаном. Как показано на чертежах (фиг.3 и 4), этот пропорциональный трехходовой клапан 22 имеет первый ход 23, сообщающийся с напорным каналом 14, второй ход 24, сообщающийся с первым источником 21 давления, и третий ход 25, который выполняет функцию спуска.
Этот третий ход 25 может выходить в атмосферу вокруг спускного клапана 22, как это показано на фиг.1.
Согласно другому примеру осуществления, показанному на фиг.2, этот третий ход 25 может быть соединен со спускным баком 26 под давлением ниже давления первого источника 21 давления. Этот спускной бак 26 выполняет функцию второго источника давления.
Таким образом, спускной клапан 22 насоса-смесителя в этом примере выполнения может обеспечивать подачу в полость 13 управления пневматического исполнительного органа 10 управляющего давления, которое является промежуточным между давлением первого источника 21 давления и давлением в спускном баке 26.
Управление трехходовым спускным клапаном 22 предпочтительно передается на тело 27 клапана, которое может перемещаться бесступенчато между положением, соответствующим положению полного закрытия спускного клапана 22, в котором первый ход 23 непосредственно сообщается со вторым ходом 24, и положением, соответствующим положению полного открытия спускного клапана 22, в котором первый ход 23 непосредственно сообщается с третьим ходом 25.
Когда спускной клапан 22 находится в полностью закрытом положении, подаваемое в полость 13 управления давление является давлением первого источника 21 давления.
Когда спускной клапан 22 находится в полностью открытом положении, подаваемое в полость 13 управления давление является давлением спускного бака 26.
Когда спускной клапан 22 находится в промежуточном положении между полностью открытым и полностью закрытым положениями, подаваемое в полость 13 управления давление является промежуточным между давлением первого источника 21 давления и давлением спускного бака 26.
Согласно особенно предпочтительному примеру осуществления изобретения перемещение тела 27 клапана спускного клапана 22 управляется управляющим контуром 40 спускного клапана 22.
Этот управляющий контур 40 спускного клапана 22 содержит пневматический регулятор 31. Как показано на чертежах (фиг.2), пневматический регулятор 31 содержит мембрану 32, образующую две полости. Одна из них, полость 33 регулирования, предназначена для подачи в нее давления, называемого регулирующим давлением, а другая полость 34 тарирования содержит тарированную пружину 35, связанную с мембраной 32. Равновесное положение мембраны 32 зависит от регулирующего давления и жесткости тарированной пружины 35. Пружина 35 может быть пружиной любого типа, например, спиральной проволочной пружиной.
Регулятор 31 содержит также жесткую тягу 30, соединенную с мембраной 32 и с телом 27 клапана спускного клапана 22.
Таким образом, перемещение мембраны 32 вызывает перемещение тела 27 клапана. Соответственно, перемещение тела 27 клапана зависит от регулирующего давления, подаваемого в полость 33 регулирования.
Для выполнения этого управляющий контур 40 также содержит источник давления - третий источник 28 давления, а также, по меньшей мере, один канал 15 между третьим источником 28 давления и полостью 33 регулирования и спускной клапан 41, который предназначен для создания утечки из канала 15 управляющего контура 40, что позволяет изменять давление, подаваемое в полость 33 регулирования.
Согласно показанному на чертежах предпочтительному примеру осуществления этот спускной клапан 41 управляющего контура 40 образован отверстием 42, выполненным в канале 15, и подвижной заслонкой 43 для этого отверстия 42. Перемещение заслонки 43 обеспечивает изменение проходного сечения утечки, а следовательно, изменение регулирующего давления, подаваемого в полость 33 регулирования.
Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения перемещение заслонки 43 обеспечивается электромотором 7.
Так, например, заслонка 43 может быть установлена на валу электромотора 7 таким образом, что вращение вала мотора может обеспечивать поворот заслонки 43, по меньшей мере, на несколько градусов, чтобы увеличивать или уменьшать проходное сечение утечки в управляющем контуре 40.
Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения насос-смеситель содержит также блок 8 управления, предназначенный для подачи на электромотор 7 команды на привод перемещения заслонки 43. Перемещение заслонки 43 позволяет изменять давление, подаваемое в полость 33 регулирования регулятора 31. Это изменение давления вызывает перемещение мембраны 32. Перемещение мембраны 32 вызывает перемещение жесткой тяги 30. Перемещение жесткой тяги 30 вызывает перемещение тела 27 клапана. Перемещение тела 27 клапана позволяет изменять давление, подаваемое в полость 13 управления. Это изменение давления вызывает перемещение пробки 12 в канале 2. Это перемещение пробки 12 вызывает изменение пропорции газ ВД/газ НД в смесительной газовой камере 1. Это изменение пропорции вызывает изменение давления выходного газа в выпускном канале 4.
Электромотор 7 является, например, моментным мотором, который может получать команду постоянного тока от блока 8 управления. Блок управления является, например, блоком управления электромотором постоянного тока, способным подавать постоянный ток в диапазоне от нескольких миллиампер до 350 мА.
Команда, передаваемая на электромотор 7 блоком 8 управления, позволяет регулировать давление насоса-смесителя в этом примере осуществления.
Показанный на чертежах насос-смеситель в этом примере осуществления содержит также датчик 45 давления, расположенный на выходе насоса-смесителя и предназначенный для подачи на блок 8 управления сигнала давления, который представляет давление газа на выходе насоса-смесителя. Датчик 45 может быть датчиком любого типа.
Кроме того, блок 8 управления выполнен таким образом, чтобы принимать опорный сигнал, передаваемый по связи 46. Этот опорный сигнал может представлять опорную величину давления, которую насос-смеситель должен обеспечивать на выходе. Связь 46 может быть проводной или беспроводной, то есть в общем виде это может быть связь любого типа, способная передавать электрический сигнал на блок управления.
Таким образом, блок 8 управления может сравнивать величину давления, передаваемую датчиком 45 давления, с опорной величиной давления и определять управление мотором, которое позволяет электромотору 7 инициировать последовательность действий, позволяющих изменять давление на выходе насоса-смесителя.
Согласно примеру осуществления изобретения исполнительный орган 10 содержит корпус 16, внутри которого установлен поршень 11, жестко соединенный с пробкой 12. Корпус 16 содержит также средства направления свободного поступательного движения подвижного поршня 11.
Исполнительный орган содержит также полость 13 управления, ограниченную корпусом 16 и подвижным поршнем 11. Эта полость 13 управления снабжена пружиной 17, воздействующей на подвижный поршень 11, причем усилие пружины суммируется с давлением, подаваемым в полость 13 управления по напорному каналу 14.
Исполнительный орган содержит также вторую полость 18, расположенную противоположно полости 13 управления по отношению к подвижному поршню 11. Эта вторая полость 18 предназначена для подачи в нее давления газа ВД.
Таким образом, положение поршня 11 зависит от давления в полости 13 управления, от жесткости пружины 17 и от давления газа ВД во второй полости 18.
На фиг.3 и 4 показаны два примера соотношения между положением тела 27 клапана спускного клапана 22 и положением подвижного поршня 11 исполнительного органа 10.
На фиг.3 тело 27 клапана находится в положении, при котором в напорный канал 14 подается непосредственно высокое давление от источника 21 давления. Соответственно, в полость 13 управления подается это высокое давление. Подвижный поршень 11 находится в полностью выдвинутом положении. Пробка 12 максимально снижает проходное сечение для газа ВД в смесительную газовую камеру 1, что позволяет уменьшить давление газа на выходе насоса-смесителя.
На фиг.4 тело 27 клапана находится в положении, при котором утечка или спуск максимален. Соответственно, давление в полости 13 управления минимально. Разность давлений между давлением в полости 13 управления, с одной стороны, и давлением во второй полости 18, дополненным динамическим давлением на пробку 12, с другой стороны, перемещает подвижный поршень 11 в полностью втянутое положение. Соответственно, пробка 12 перемещается в положение, при котором проходное сечение для газа ВД к смесительной газовой камере максимально. Таким образом, давление газа на выходе увеличено.
Канал 2 и пробка 12 могут быть выполнены в различных видах.
Согласно показанному на чертежах предпочтительному примеру осуществления впускной канал 2 смесительной газовой камеры 1 выполнен коническим, а пробка 12 представляет собой конический наконечник, который проходит в этот канал 2 таким образом, что перемещение пробки бесступенчатым образом изменяет проходное сечение для газа ВД в смесительную газовую камеру 1.
Насос-смеситель по изобретению позволяет смешивать различные газы под различными давлениями.
Насос-смеситель по изобретению предназначен в особенности для оснащения системы кондиционирования воздуха в самолете. В этом случае газ ВД является воздухом высокого давления, отбираемым от двигателей самолета, а газ НД является воздухом, отбираемым из кабины самолета.
Однако возможны также другие источники воздуха питания насоса-смесителя по изобретению.
Первый, второй и третий источники давления также могут быть источниками любых типов.
Согласно предпочтительному примеру осуществления изобретения первым источником давления является канал 2, в котором циркулирует газ ВД, вторым источником давления является окружающий воздух вблизи насоса-смесителя, а третьим источником давления является газовая смесь на выходе насоса-смесителя.
Этот третий источник давления является предпочтительным. Как показано на фиг.5, он получен с помощью редукционного вентиля 48, предназначенного для подачи постоянного давления от выходного газа насоса-смесителя. Этот редукционный вентиль 48 может быть реализован с помощью любых известных средств для подачи пониженного давления от источника высокого или среднего давления.
Насос-смеситель по изобретению может быть выполнен во множестве неописанных вариантов.
В частности, насос-смеситель по изобретению может содержать множество спускных клапанов и множество моторов для управления этими спускными клапанами.
Насос-смеситель по изобретению позволяет точно регулировать давление на выходе. В частности, насос-смеситель по изобретению позволяет обеспечивать постоянное давление на выходе насоса-смесителя от двух источников непостоянного давления.
Таким образом, насос-смеситель позволяет производить отбор воздуха ВД от двигателей, что позволяет ограничить излишнее потребление топлива. Кроме того, в том случае, когда насос-смеситель предназначен для оснащения системы кондиционирования воздуха, он позволяет снизить размеры устройства предварительного охлаждения, обычно расположенного между двигателями самолета и первичным теплообменником.
Насос-смеситель по изобретению позволяет также повысить мощность двигателей самолета, поскольку отбор воздуха от них ограничен таким насосом-смесителем.
Насос-смеситель по изобретению позволяет также повысить срок службы двигателей самолета за счет снижения температуры, вызванного снижением отбора воздуха, которое обеспечивает такой насос-смеситель.
Насос-смеситель по изобретению позволяет также снизить вес пневматической арматуры за счет более высокого давления, имеющегося во время холостого хода двигателей самолета.