ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ
HYDRAULIC VALVE

Область техники
Изобретение относится к пропорциональному гидравлическому вентилю, например, к трехходовому вентилю.
Предшествующий уровень техники
В документе US2004/016372 A1 описан гидравлический вентиль, содержащий электрический соленоидный привод. Подавая ток в соленоидный привод, можно перемещать шток, называемый ʺpush pinʺ, из первого положения во второе положение. Этот шток, который в US2004/016372 A1 не является ферромагнитным, соединен с ферромагнитным якорем. С штоком соединен подвижный элемент вентиля, который позволяет контролировать прохождение текучей среды между входным и выходным каналами гидравлического вентиля. В документе US2004/016372 A1, в частности, в параграфе [0015] указано, что элемент вентиля может перемещаться эквивалентно штоку.
Вентиль, описанный в документе US2004/016372 A1, имеет недостатки. В некоторых случаях применения желательно, чтобы элемент вентиля мог описывать большое движение или большой ход. Большой ход элемента вентиля обеспечивает пропорциональное регулирование более значительных расходов. Действительно, если необходимо регулировать большой расход при малом ходе, происходит потеря чувствительности (один и тот же миллиметр хода может соответствовать большей разности расхода). Кроме того, если ход является недостаточным, элемент вентиля может создавать (даже если вентиль полностью открыт) слишком большие потери напора. Однако обычно ставится задача ограничения потерь напора границами вентиля, и, следовательно, необходимо, чтобы ход был адаптирован к расходу проходящего потока. Таким образом, варианты применения, в которых лучше использовать большие значения хода, являются вариантами применения с пропорциональным регулированием большого расхода (например, начиная от 1500 л/ч).
В случае вентиля, описанного в US2004/016372 A1, некоторые значения длинного хода могут оказаться недостижимыми. С другой стороны, в этой известной системе чем больше увеличивается необходимый ход элемента вентиля, тем больше становится масса гидравлического вентиля в целом. Действительно, чтобы иметь значения длинного хода, необходимо предусмотреть большой элемент вентиля и/или большой шток. Это приводит к увеличению веса гидравлического вентиля. С другой стороны, если подвижные компоненты (элемент вентиля и шток) являются большими, необходимо предусмотреть достаточно большой соленоид (или катушку) привода, чтобы он мог их перемещать: необходимо предусмотреть устройство, которое позволяет создавать большую силу действия на шток. В этом случае часто необходимо подавать в соленоид достаточно большой электрический ток, чтобы генерировать достаточно сильное магнитное поле для перемещения подвижных компонентов, таких как шток. Однако в некоторых случаях применения, например, в авиации, желательно ограничивать размер и вес вентиля и/или иметь возможность использовать ограниченный ток в соленоиде.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение призвано предложить пропорциональный гидравлический вентиль с электрическим приводом, элемент вентиля которого может описывать большой ход, одновременно ограничивая массу вентиля и ток, необходимый для электрического привода.
В связи с этим авторы изобретения предложили гидравлический вентиль для гидравлического контура оборудования летательного аппарата, содержащий:
- полый корпус вентиля, содержащий вход, два выхода и канал в направлении внешнего источника давления;
- электрический соленоидный привод, находящийся в полости полого корпуса вентиля и содержащий подвижный ферромагнитный шток;
- подвижный элемент вентиля в корпусе вентиля для по меньшей мере частичного перекрывания прохода между упомянутым входом и одним из двух выходов, при этом упомянутый элемент вентиля по меньшей мере частично образует первую и вторую камеры, находящиеся с двух сторон от упомянутого элемента вентиля в полости корпуса вентиля,
- фиксированное сужение на уровне (или внутри) упомянутого канала таким образом, чтобы перемещение упомянутого подвижного штока приводило к изменению давления в одной из упомянутых первой и второй камер, чтобы создать силу перемещения, действующую на упомянутый элемент вентиля для изменения расхода текучей среды между входом и двумя выходами.
Таким образом, канал позволяет гидравлически соединить часть полости корпуса вентиля с камерой, внешней относительно вентиля и содержащей текучую среду с внешним (или контрольным) давлением.
Таким образом, шток действует как сужение, изменяющееся в зависимости от своего положения.
В случае заявленного вентиля перемещение штока создает разность давления между первой и второй камерами. Эта разность давления приводит к созданию силы перемещения на элемент вентиля. Если эта сила является достаточной, она позволяет переместить элемент вентиля. Как будет показано ниже, можно получить большое перемещение элемента вентиля, даже если шток перемещается незначительно и/или действующая на него сила является слабой. Это возможно, в частности, благодаря наличию первой и второй камер, по меньшей мере частично образованных элементом вентиля, наличию канала полого корпуса вентиля в направлении внешнего давления и присутствию фиксированного сужения. Перемещение штока, даже слабое и вызванное слабой силой, может создать разность давления между этими двумя камерами, которая будет достаточной для перемещения элемента вентиля на большое значение хода. Таким образом, шток не должен описывать большое перемещение для получения большого хода элемента вентиля, и нет необходимости в приложении большой силы на шток. Следовательно, размер штока можно уменьшить, что позволяет получить гидравлический вентиль небольшого размера. Поскольку шток имеет небольшой размер, нет необходимости предусматривать очень мощный электрический привод. Следовательно, можно уменьшить его размер (и вес), так же как и ток, подаваемый на него для перемещения штока. Наконец, заявленный гидравлический вентиль позволяет выполнить элемент вентиля, совершающий большой ход, и одновременно ограничить вес гидравлического вентиля и ток, необходимый для электрического привода.
При заявленном вентиле можно получать большие перемещения (или большие значения хода) элемента вентиля, даже если шток совершает небольшое перемещение. Следовательно, заявленный гидравлический вентиль можно рассматривать как усилительный вентиль. Как правило, начиная с 4 мм хода элемента вентиля, ход можно считать большим. Масса заявленного вентиля может быть меньше 2 кг. Предпочтительно ее можно уменьшить до 1.5 кг и даже до 1 кг.
При заявленном вентиле перемещение элемента вентиля не обязательно должно быть идентичным перемещению штока, который заставляет перемещаться элемент вентиля. При заявленном вентиле шток и элемент вентиля, как правило, не соединены механически. В некоторых вариантах выполнения шток и элемент вентиля никогда не входят между собой в контакт.
Электрический привод заявленного вентиля не требует большого тока питания, даже если необходимо, чтобы элемент вентиля совершал большой ход. Например, для электрического привода типа соленоида можно использовать ток от 0 до 100 мА на шине 16-29VDC, предпочтительно типа EEC-FADEC. Следовательно, для перемещения элемента вентиля большим ходом достаточно небольшой электрической мощности. Заявленный гидравлический вентиль не является вентилем типа ʺDirect Driveʺ. Термины «вход» и «выход» полого корпуса вентиля могут быть взаимозаменяемыми. Действительно, это зависит только от направления потока текучей среды, расход которой контролируют при помощи заявленного вентиля. Так, корпус вентиля может иметь два входа и один выход. Точно так же, корпус вентиля может иметь более одного входа и более двух выходов.
Под силой перемещения следует понимать силу, которая действует в одну сторону и имеет направление в одном возможном направлении перемещения подвижного элемента вентиля. Специалисты иногда называют шток плунжером. Канал выполнен с возможностью установления сообщения полости полого корпуса вентиля с контрольным давлением. Термин «фиксированное сужение» известен специалисту в данной области. Можно предусмотреть разные типы фиксированного сужения. Не ограничительным примером является круглое отверстие, выполненное в стенке, толщина которой имеет тот же порядок величины, что и его диаметр. Другими примерами являются колено, сужение диаметра.
Заявленный гидравлический вентиль имеет другие преимущества. Он может быть менее дорогим, чем другие известные вентили. Он имеет также хорошие характеристики. Как правило, существующие гидравлически усиленные вентили (типа сервоклапанов) нельзя применять для больших значений хода. Если необходимо пропустить большой расход через существующий сервоклапан, приходится пожертвовать его эффективностью (потеря разрешения, увеличенные потери напора). В случае заявленного вентиля можно получить усиление, одновременно сохраняя хорошие характеристики (разрешение, точность, повторяемость). Таким образом, с заявленным вентилем можно получить следующие характеристики: точность в открытом контуре 10% по положению элемента вентиля, разрешение 5% по положению элемента вентиля, повторяемость 2% по положению элемента вентиля. Кроме того, заявленный вентиль является исключительно простым и не требует использования компонентов сложной формы. Важным может быть сам принцип усиления движения элемента вентиля. Интерфейсом привода может быть команда типа сигнала компьютера (например, EEC-FADEC). Заявленный гидравлический вентиль можно применять в разных областях: например, но не только, в двигателе летательного аппарата.
В других примерах выполнения элемент вентиля образует по меньшей мере частично более двух камер, например, три, четыре. Как правило, перемещение штока может приводить к изменению давления в первой камере. В других примерах шток может приводить также к изменению давления во второй камере.
Заявленный гидравлический вентиль является пропорциональным вентилем, и этот термин хорошо известен специалисту. Следовательно, можно контролировать переход между входом и каждым из двух выходов во всем диапазоне хода элемента вентиля. Таким образом, заявленный вентиль не является просто вентилем ON-OFF в отличие от вентиля, описанного в US4,445,528 (в этом вентиле в камере происходит падение давления, а не постепенное изменение давления). В случае заявленного вентиля существует бесконечное множество стабильных положений для элемента вентиля: таким образом, он обеспечивает реальный контроль расхода текучей среды между входом и двумя выходами в отличие от US4,445,528 (это становится возможно за счет реального контроля давления в первой и/или второй полости). Электрический привод заявленного гидравлического вентиля можно считать погружным в отличие от вентиля согласно US2,526,709. Так, если заявленный гидравлический вентиль позволяет контролировать расход масла, электрический привод погружен в масло во время работы гидравлического вентиля.
Согласно возможному варианту, корпус вентиля содержит два канала, каждый из которых выполнен с возможностью гидравлического соединения полости корпуса вентиля с внешним источником давления, и гидравлический вентиль содержит фиксированное сужение внутри (или на уровне) каждого канала таким образом, что перемещение упомянутого подвижного штока приводит к изменению давления в каждой из упомянутых первой и второй камер для создания силы перемещения упомянутого элемента вентиля с целью изменения расхода текучей среды между входом и двумя выходами.
Таким образом, канал позволяет соединить гидравлически полость корпуса вентиля с внешней камерой, содержащей текучую среду с заданным давлением. Каждый канал может соединять полость с одним и тем же внешним источником давления или с двумя разными внешними источниками давления.
В предпочтительном варианте выполнения контроль движения элемента вентиля может быть еще лучше, и усиление действующей на него силы может быть еще больше.
Предпочтительно заявленный гидравлический вентиль выполнен таким образом, чтобы перемещение упомянутого подвижного штока приводило к изменению давления для создания силы на упомянутый шток с направлением, противоположным упомянутому перемещению. Это позволяет получить более стабильный гидравлический вентиль, так как он действует на шток силой, направленной противоположно его перемещению.
Согласно другому предпочтительному варианту, полость корпуса вентиля содержит камеру, содержащую:
- упомянутый электрический соленоидный привод и
- канал в сторону источника контрольного давления,
чтобы получать постоянное давление на уровне упомянутого подвижного штока независимо от его положения.
Это соответствует сбалансированной версии гидравлического вентиля.
Согласно другому возможному варианту выполнения, канал выходит на первую камеру. Предпочтительно вторая камера соединена с выходным источником давления. Фиксированное сужение может иметь проход (или канал или зазор) между штоком и окружающей его цилиндрической стенкой. Такая цилиндрическая стенка является внутренней стенкой корпуса вентиля там, где находится электрический соленоидный привод.
Согласно еще одному возможному варианту выполнения, упомянутый элемент вентиля по меньшей мере частично образует третью камеру в полом корпусе вентиля. Этот вариант выполнения позволяет повысить стабильность штока.
Согласно возможному варианту выполнения, по меньшей мере участок элемента вентиля содержит ферромагнитный материал, и электрический соленоидный привод выполнен с возможностью действия магнитной силой перемещения на упомянутый ферромагнитный участок элемента вентиля. В этом случае электрический соленоидный привод можно считать приводом с двумя штоками или плунжерами. Когда в соленоиде проходит электрический ток, оба штока сближаются, чтобы уменьшить магнитное сопротивление и, следовательно, магнитную энергию. Однако в результате этого перемещения появляется разность давления между первой и второй камерами, которая позволяет переместить элемент вентиля в противоположном направлении в целом, что в конечном счете позволяет получить большое перемещение элемента вентиля.
Предпочтительно заявленный гидравлический вентиль содержит пружину, и конец элемента вентиля соединен с упомянутым корпусом вентиля через упомянутую пружину.
Предпочтительно упомянутый внешний источник давления является источником высокого давления.
Шток может быть соединен с пружиной.
Согласно возможному варианту выполнения, в штоке выполнено продольное отверстие. В этом предпочтительном варианте выполнения можно получить давление в упомянутых первой и второй камерах, которое определено только силой, создаваемой соленоидным приводом. Таким образом, это давление не зависит от контрольного давления, которое, как правило, является высоким давлением.
Согласно возможному варианту выполнения, в штоке выполнено продольное отверстие, которое позволяет установить сообщение между упомянутыми первой и второй камерами, если оно не перекрыто. При этом шток предпочтительно выполнен с возможностью перекрывания упомянутого продольного отверстия элемента вентиля. В этом случае упомянутый шток предпочтительно находится в упомянутой первой камере, и упомянутый канал может обеспечивать сообщение между упомянутой первой камерой и упомянутым внешним источником давления (или контрольным давлением), которое предпочтительно является высоким давлением. Предпочтительно вторая камера сообщается при этом с источником низкого давления.
Согласно возможному варианту выполнения, элемент вентиля содержит две механически соединенные части. В этом случае упомянутые две части элемента вентиля предпочтительно содержат, каждая, продольное отверстие, позволяющее устанавливать сообщение между упомянутыми первой и второй камерами, если упомянутые продольные отверстия не перекрыты. В этом случае предпочтительно упомянутые первая и вторая камеры находятся с двух сторон от элемента вентиля. Предпочтительно упомянутый шток содержит круглое утолщение (или элемент), расположенное между упомянутыми двумя частями элемента вентиля и выполненное с возможностью перекрывания продольного отверстия одной из упомянутых двух частей элемента вентиля. В этом последнем предпочтительном варианте выполнения можно получить движение подвижного элемента вентиля, которое не зависит от изменения контрольного давления. Предпочтительно это контрольное значение является высоким давлением.
Предпочтительно упомянутый канал в сторону упомянутого внешнего источника давления содержит фильтр. Это позволяет соблюдать условие чистой текучей среды.
Предпочтительно шток имеет симметрию вращения.
Заявленный гидравлический вентиль позволяет распределять гидравлический поток между двумя путями (например, двумя выходами) пропорционально, то есть 50%-50%, благодаря командному сигналу малой мощности, который может быть передан компьютером. Заявленный гидравлический вентиль можно использовать для разных текучих сред, например, таких как: масло, моторное масло, топливо. Заявленный гидравлический вентиль можно использовать и с другими текучими средами. Предпочтительно заявленный гидравлический вентиль содержит один или несколько фильтров или устройств предупреждения загрязнения (например, прокладки, пути утечки) в целях снижения рисков блокировки элемента вентиля. Заявленный гидравлический вентиль можно применять в гидравлическом контуре оборудования летательного аппарата, например, в гидравлическом контуре шасси.
Авторы изобретения предложили также гидравлический контур оборудования летательного аппарата (например, гидравлический контур шасси), систему топливного элемента, газотурбинный двигатель и летательный аппарат, содержащий один или несколько заявленных гидравлических вентилей.
Краткое описание фигур
Эти и другие объекты изобретения будут представлены в подробном описании вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает возможный вариант выполнения заявленного гидравлического вентиля.
Фиг. 2 - другой вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 3 - увеличенный вид на уровне электрического привода варианта выполнения, показанного на предыдущей фигуре.
Фиг. 4 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 5 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 6 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 7 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 8 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 9 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Фиг. 10 - еще один вариант выполнения упомянутого гидравлического вентиля.
Чертежи представлены не в масштабе. Как правило, аналогичные элементы на фигурах имеют одинаковые обозначения. Наличие цифровых обозначений на чертежах не следует рассматривать как ограничительное, в том числе, если эти цифровые обозначения указаны в формуле изобретения.
Подробное описание некоторых вариантов выполнения изобретения
На фиг. 1 показан пример варианта выполнения заявленного гидравлического вентиля 50. Он содержит полый корпус 20 вентиля и три пути: один вход 22 и два выхода 23. Предпочтительно левый выход 23 является известным специалисту перепускным выходом. Предпочтительно правый выход является выходом со стороны двигателя. Элемент 5 вентиля или золотник является подвижным в полом корпусе 20 вентиля. Форма элемента 5 вентиля относительно полости корпуса 20 вентиля является такой, что изменение давления элемента 5 вентиля позволяет изменять расход текучей среды между входом 22 и одним или двумя выходами 23. Как показано на фиг. 1, предпочтительно один конец элемента 5 вентиля соединен или связан с корпусом 20 вентиля при помощи пружины 9. Элемент 5 вентиля образует первую камеру 1 справа от себя и вторую камеру 2 слева от себя на уровне пружины 9. Предпочтительно вторая камера 2 находится под выходным давлением, как показано на фиг. 1. Давление первой камеры 1 регулируют через канал 21, направленный к внешнему источнику давления (или контрольного давления), которое в данном случае является высоким давлением, и через канал, направленный к камере, содержащей электрический привод 40, которая, в свою очередь, имеет перепускной выход. Канал 21 в сторону внешнего давления содержит сужение 30.
Гидравлический вентиль 50 содержит также электрический соленоидный привод 40, содержащий катушку и подвижный ферромагнитный шток 40. При подаче электрического тока в катушку электрического привода 40 ферромагнитный шток 41 перемещается, уменьшая магнитное сопротивление (термин известен специалисту) или эквивалентно общую магнитную энергию.
В примере, показанном на фиг. 1, когда в катушке соленоидного привода проходит электрический ток, шток 41 перемещается вверх, уменьшая сообщение между первой камерой 1 и перепускным выходом (конфигурация показана на фиг. 1). При этом давление в первой камере 1 повышается, так как шток 41 препятствует уравновешиванию давления между первой камерой 1 и перепускным выходом. Поскольку давление во второй камере 2 является таким же, как и давление на перепускном выходе, появляется разность давления между первой 1 и второй 2 камерами. Это создает силу перемещения влево, действующую на элемент 5 вентиля. Если эта сила перемещения является достаточно большой, элемент 5 вентиля перемещается влево. Если высокое или внешнее давление через канал 21 снижается, сила, создаваемая приводом 41, остается постоянной, так как она зависит только от тока, проходящего в катушке. При этом сужение 30 сужается, чтобы поддерживать давление в первой камере.
На фиг. 2 показан другой вариант выполнения заявленного гидравлического вентиля 50. Как показано на этой фигуре, предпочтительно гидравлический вентиль 50 содержит фильтр 35 на входе канала 21 для очистки масла. Действительно, текучая среда контрольного источника давления, например, высокого давления, может быть моторным маслом, например, содержащим частицы, которые могут скапливаться в сужениях. Необходимо отфильтровывать эти частицы, которые могут загрязнить гидравлический вентиль 50.
Как правило, вторая камера 2 имеет низкое давление, обозначаемое в дальнейшем НД. Как правило, камера 1 имеет среднее давление, обозначаемое в дальнейшем СД. Как правило, контрольное давление на входе канала 21 является высоким давлением, обозначаемым в дальнейшем ВД. Давлением, необходимым для работы заявленного гидравлического вентиля 50, является давление СД первой камеры 1 или камеры усиления. Разность между СД и НД определяет силу перемещения, которая может действовать на подвижный элемент 5 вентиля. Этот элемент вентиля соединен с пружиной.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, шток 41 соленоидного привода 40 соединен с пружиной 9, которая прижимает шток 41 к его седлу слева в отсутствие магнитной силы, создаваемой катушкой соленоидного привода 40. Когда шток 41 находится в этом положении, давление СД первой камеры 1 равно выходному давлению вентиля за счет утечки в зазорах и с учетом продольного отверстия 45 в штоке 41. Зазоры (или проход между штоком 41 и окружающей его цилиндрической стенкой) образуют фиксированное сужение 30.
Когда соленоидный привод 40 действует силой на шток 41, эта сила притягивает его вправо. Текучая среда (например, масло) под давлением ВД поступает в продольное отверстие 45 штока 41 и достигает камеры, в которой находится пружина 9, соединенная со штоком 41. Когда давление СД становится достаточно большим, оно прижимает шток 41 к его седлу, так как часть штока 41 находится под действием выходного давления НД, которое является более слабым (см. например, фиг. 3). В конечном итоге давление в первой камере 1 и в камере пружины 9 штока 41 уравниваются с учетом продольного отверстия 45 штока 41. Давление НД второй камеры 2 равно выходному давлению вентиля, которое является меньшим. На элемент 5 вентиля действует сила перемещения влево.
Как показано на фиг. 3, на шток 41 действуют следующие силы:
- сила пружины 9, действующая на шток 41. В примере, представленном на фиг. 2 и 3, эта сила действует влево (пружина 9 работает на сжатие). Это позволяет прижимать шток 41 к его седлу, когда в катушке соленоидного привода 40 не проходит ток и нет увеличения давления в камере, содержащей пружину 9. В пружине 9, соединенной со штоком 41, нет необходимости, так как постоянно присутствующее гидравлическое давление все время толкает шток 41 влево. Если со штоком 41 соединена пружина 9, как показано на фиг. 2 и 3, предпочтительно выбирают пружину 9 с умеренной константой жесткости, так как магнитная сила, которой катушка соленоидного привода 40 действует на ферромагнитный шток 41, должна преодолевать силу, создаваемую пружиной 9.
- Магнитная сила, действующая на ферромагнитный шток 41 со стороны катушки соленоидного привода 40 и направленная вправо.
- Усилия давления. Что касается контрольного давления ВД, то оно действует на весь контур штока 41, который имеет цилиндрическую форму. Таким образом, силы взаимно уничтожаются.
Если считать, что усилия, направленные вправо, являются отрицательными, а усилия, действующие влево, положительными, то получаем:
-СД*S
-НД(S
-S
)+СД*S
=(СД-НД)*(S
-S
)
1
2
1
2
2
1
1
2
2
1
Площадь S (соответственно S) является площадью вертикальной поверхности левого (соответственно правого) конца штока 41. Поскольку S больше, чем S, и СД больше, чем НД, силы давления стремятся быть положительными и, следовательно, направленными влево (стремятся закрыть шток 41).
В конечном итоге шток 41 находится в равновесии, когда магнитная сила становится равной сумме между усилиями давления и усилием пружины 9 (которое, как правило, является ничтожным по вышеупомянутым причинам). При этом получаем:
(СД-НД)*(S2-S1)+Fпружины=Fмагнитная
при этом (СД-НД) и (S2-S1), как правило, являются постоянными.
Следует отметить, что давление СД определено только силой, создаваемой соленоидом, причем независимо от давления ВД (но не от НД). Однако НД может обеспечивать большее постоянство, чем ВД, так как, например, связано напрямую с резервуаром.
В пружине 9, соединенной со штоком 41, нет необходимости. В отсутствие такой пружины 9 следует предусмотреть упор (предпочтительно немагнитный) справа от штока 41, чтобы справа от него всегда было гидравлическое давление, которое может заставлять его перекрывать сужение в сторону первой камеры 1.
На фиг. 4 показан еще один возможный вариант выполнения заявленного гидравлического вентиля 50. Как и в других вариантах выполнения, основным принципом является модулирование давления камеры через фиксированное сужение (30) и переменное сужение (создаваемое штоком 41). Подвижный элемент 5 вентиля постоянно подвергается толкающему действию в направлении штока 41 со стороны пружины 9, соединенной с элементом 5 вентиля. Это приводит к распределению гидравлических давлений таким образом, что элемент 5 вентиля не соприкасается со штоком 41 и постоянно остается на небольшом расстоянии слева от него. Когда ток в катушке электрического соленоидного привода 40 повышается, шток 41 движется влево, провоцируя падение давления во второй камере 2, которая содержит пружину 9 (вторая камера 2 соединена с внешним источником давления через канал 25, который содержит фиксированное сужение 30). Действительно, шток 41 может по меньшей мере частично перекрывать продольное отверстие 46 элемента 5 вентиля, которое может устанавливать сообщение между первой 1 и второй 2 камерами. Движение штока 41 влево приводит, таким образом, к движению элемента 5 вентиля тоже влево. Движение штока 41 влево может также привести к повышению давления в первой камере 1, в результате чего элемент 5 вентиля перемещается влево.
Преимуществом варианта выполнения, показанного на фиг. 4, является то, что, если давление ВД повышается резко, переменное сужение продольного отверстия 46 элемента 5 вентиля открывается, что приводит также к повышению давления во второй камере 2 и компенсирует изменение давления ВД таким образом, чтобы не слишком влиять на элемент 5 вентиля.
На фиг. 5 показан еще один возможный вариант выполнения заявленного гидравлического вентиля 50. Как показано на фиг. 5, в этом варианте выполнения подвижный элемент 5 вентиля не соединен с пружиной 9. Предпочтительно канал 21 в сторону источника контрольного давления или внешнего источника давления (например, высокого давления) содержит фильтр 35. Как показано на фигуре, корпус 20 вентиля содержит в данном случае два канала 25 в сторону внешнего источника давления (в данном случае одного и того же выходного источника давления). Каждый из двух каналов 25 содержит фиксированное сужение 30.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 5, шток 41 содержит элемент 42 в виде шарика или круглого утолщения. Элемент 5 вентиля содержит две механически соединенные части (5а,5b). В каждой из частей (5а,5b) выполнено продольное отверстие 46 для установления сообщения между первой 1 и второй 2 камерами, когда продольные отверстия 46 не перекрыты. Элемент 42 штока 41 выполнен с возможностью по меньшей мере частичного перекрывания продольного отверстия 46 одной или двух частей (5а,5b) элемента 5 вентиля (переменное сужение). Когда активируют электрический привод 40, шток 41 перемещается влево (в этом примере пружина, соединенная со штоком 41, работает на растяжение). При этом сечение 44 левой части 5а элемента 5 вентиля оказывается по меньшей мере частично перекрытым, тогда как сечение 43 правой части 5b перекрыто в меньшей степени. Потеря напора через сечение 44 оказывается больше, чем через сечение 43. Давление в первой камере 1 повышается с учетом конфигурации канала 21, тогда как давление во второй камере 2 понижается. Следовательно, обе части (5а,5b) элемента 5 вентиля перемещаются влево.
Элемент 5 вентиля достигает своего равновесия, когда шток 41 достигает положения, которое ему задает сила электрического привода 40. В этом случае получаем равновесие давления между двумя камерами (1,2). Преимуществом этого варианта выполнения является независимость от изменений давления усиления и питания, так как он распределяет давление ВД, поступающее через канал 21, в первую 1 и вторую 2 камеры. Преимуществом этого варианта выполнения является его скорость реагирования: быстрый переход.
На фиг. 6 показана более стабильная версия, чем предыдущая. В данном случае первая камера 1 содержит часть подвижного штока 41, тогда как с двух сторон от элемента 5 вентиля находятся вторая 2 и третья 3 камеры, которые все время находятся под одинаковым давлением через продольное отверстие 46 в элементе 5 вентиля и в части штока 41. Когда в электрический соленоидный привод 40 подают ток, шток 41 движется вправо (в данном случае пружина штока работает на сжатие). Давление в первой камере 1 понижается, и таким образом разность р(камера 2)-р(камера 1) становится положительной, что приводит к движению элемента 5 вентиля вправо. Эта разность давления действует на шток 41 силой, направленной влево. Таким образом, система является стабильной, так как разность давления, появляющаяся при движении штока 41, его замедляет и его стабилизирует. Как показано на фиг. 6, первая 1 и вторая 2 камеры соединены с внешним источником давления (например, низкого давления) через два канала 25, каждый из которых содержит фиксированное сужение 30.
На фиг. 7 представлена уравновешенная версия гидравлического вентиля 50. Полость корпуса 20 вентиля содержит камеру 100, содержащую привод 40, и канал 21 (без фиксированного сужения 30) в сторону источника контрольного давления (например, высокого давления). Таким образом, на привод 40 действует постоянное давление, равное этому контрольному давлению, независимо от его положения. Систему называют уравновешенной. Как показано на фиг.7, первая 1 и вторая 2 камеры соединены с внешним источником давления (например, низкого давления) через два канала 25, каждый из которых содержит фиксированное сужение 30.
На фиг. 8 показана еще одна исключительно стабильная версия гидравлического вентиля 50. В данном случае элемент 5 вентиля содержит три механически связанные части (заштрихованные зоны). Контрольное давление, поступающее через канал 21 в полость корпуса 20 вентиля, предпочтительно является высоким давлением ВД. Первая камера соединена с источником высокого давления через канал 25, содержащий фиксированное сужение 30. При активации электрического привода 40 шток 41 перемещается влево. Это приводит к повышению давления в третьей камере 3, где находится левый конец (или левое утолщение) штока 41. Одновременно давление в полости, находящейся между третьей камерой 3 и первой камерой 1 и где находится правое утолщение штока 41, понижается или остается постоянным, так как эта полость сообщается с НД через вторую камеру 2, которая, в свою очередь, соединена с внешним источником давления НД через канал 25, который содержит фиксированное сужение 30. В конечном итоге гидравлическая сила, действующая на шток 41, направлена вправо, то есть в направлении, противоположном перемещению, индуцируемому катушкой соленоидного привода 40. Это повышает стабильность гидравлического вентиля 50.
На фиг. 9 показан другой вариант выполнения гидравлического вентиля 50. Элемент 5 вентиля содержит две части (5а,5b). Этот вариант выполнения похож на вариант, представленный на фиг. 5. Различие состоит в том, что в данном случае электрический соленоидный привод 40 может действовать магнитной силой перемещения на элемент 5 вентиля, так как правая часть 5b содержит ферромагнитный материал, и участок правой части 5b находится в линиях магнитного поля, генерируемых соленоидом привода, когда его активируют. Когда привод активирован, шток 41, который тоже содержит ферромагнитный материал, и правая часть 5b элемента 5 вентиля сближаются, уменьшая общую магнитную энергию. Результатом этого является также перекрывание продольного отверстия 46 левой части 5а в большей степени, чем продольного отверстия правой части, что приводит к движению влево элемента 5 вентиля. Контрольное давление, поступающее через канал 21, предпочтительно является высоким давлением ВД. Электрический привод 40 гидравлического вентиля, показанного на фиг. 9, можно считать электрическим приводом с двумя плунжерами или двумя штоками с учетом присутствия штока 41 и части 5b, которые могут передвигаться по причине присутствия тока в катушке соленоидного привода 40.
На фиг. 10 показан еще один вариант выполнения гидравлического вентиля 50, в котором элемент 5 вентиля содержит продольное отверстие 46, которое может по меньшей мере частично перекрываться элементом 42 штока 41, имеющим форму шарика, как показано на фиг. 10. Элемент 5 вентиля соединен с полым корпусом 2 вентиля через пружину 9. Эта пружина 9 находится во второй камере 2, соединенной с выходом 23 через канал. Первая камера 1, содержащая соленоидный привод 40, может быть соединена с источником контрольного давления, например, высокого давления ВД, через канал 21, который содержит фиксированное сужение 30.
Настоящее изобретение было описано в рамках конкретных вариантов выполнения, которые представлены исключительно в качестве примеров и ни в коем случае не являются ограничительными. В целом изобретение не ограничивается представленными и/или описанными примерами. Использование глаголов «содержать», «включать в себя» или любого другого варианта и их спряжений ни в коем случае не исключает присутствие элементов, отличных от вышеупомянутых. Использование неопределенного или определенного артикля единственного числа не исключает присутствия множества этих элементов. Цифровые обозначения в формуле изобретения не ограничивают ее объема.
Таким образом, изобретение можно вкратце представить следующим образом.
Гидравлический вентиль 50 для гидравлического контура летательного аппарата, содержащий:
- корпус 20 вентиля, содержащий вход 22, два выхода 23 и канал (21;25) в направлении внешнего источника давления;
- электрический соленоидный привод 40, находящийся в корпусе 20 вентиля и содержащий подвижный ферромагнитный шток 41;
- подвижный элемент 5 вентиля в корпусе 20 вентиля для по меньшей мере частичного перекрывания прохода между упомянутым входом 22 и одним из двух выходов 23, при этом упомянутый элемент 5 вентиля по меньшей мере частично образует первую 1 и вторую 2 камеры,
- фиксированное сужение 30 в упомянутом канале (21;25), выполненное таким образом, что перемещение упомянутого подвижного штока 41 приводит к изменению давления в одной из упомянутых первой 1 и второй 2 камер для создания силы перемещения, действующей на упомянутый элемент 5 вентиля.