РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к элементам испытательного стендового оборудования агрегатов топливопитания прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) в условиях завода-изготовителя систем топливопитания, в частности, к перекрывным устройствам с высоким быстродействием.
Наиболее близким техническим решением является устройство для дозирования топлива, используемое, например, при розжиге форсажной камеры газотурбинного двигателя, содержащее запорный клапан с дифференциальным сервопоршнем, полость большей рабочей поверхности которого соединена с магистралью топлива высокого давления, распределительный и электромагнитный клапаны, соединяющие полость большей рабочей поверхности с магистралью слива (см. а.с. СССР №507107, кл.F02C 9/04, 19.06.1973 г.)
Известное устройство выполняет функцию начала и прекращения подачи топлива, при этом сохраняет возможность дозирования топлива на промежуточных режимах, однако, не позволяет проконтролировать режим запуска ПВРД, требующего импульсного начала подачи топлива, причем время полного раскрытия канала, подающего топливо к форсункам двигателя, должно быть минимальным (доли секунды). В реальных условиях работы ПВРД функцию импульсного открытия канала выполняет устройство, которое не может быть использовано в процессе стендовых испытаний топливной системы в условиях завода-изготовителя.
Характерной особенностью запуска ПВРД является его кратковременность. Время от открытия заглушек коллекторов до розжига камеры сгорания двигателя составляет обычно 0,33…0,35 сек. Эта кратковременность обусловлена тем, что начальный разгон летательного аппарата до скорости, при которой ПВРД окажется способным развить потребную для полета тягу, осуществляется с помощью вспомогательной силовой установки, выполненной, обычно, в виде порохового ускорителя, а минимальная скорость полета, допускающая применение ПВРД, составляет не менее 650 км/ч, следовательно, из-за увеличения времени запуска может наступить такой момент, при котором скорость летательного аппарата может оказаться ниже минимальной скорости полета, при которой ПВРД способен создавать потребную тягу. (см., например, «Реактивные двигатели» под редакцией О.Е.Ланкастера, Военное издание МО СССР, 1962 г., стр.243).
В агрегатах регулирования ПВРД в транспортном положении все дозирующие элементы и запорные клапаны полностью открыты, рабочее положение они занимают только спустя ~0,35 сек. от начала подачи топлива в камеру сгорания двигателя. В течение этого времени стендовая система должна обеспечить возможность контроля следующих параметров:
- время перемещения дозирующих элементов из максимального в рабочее положение;
- время закрытия запорных клапанов, входящих в состав агрегата регулирования и установленных, при необходимости, перед каждым отводом топлива к коллекторам форсунок.
Известные стенды для испытания агрегатов регулирования большерасходных ПВРД, в которых максимальный расход топлива может колебаться от нескольких тонн до нескольких десятков тонн в час, не в состоянии обеспечить контроль всех вышеперечисленных динамических процессов, т.к. все стандартные запорные устройства (краны, вентили, заслонки), устанавливаемые на стендах, медленнодействующие, чтобы исключить возможность образования гидроударов в процессе испытаний, в то время как специфика работы ПВРД требует релейного открытия специальных запорных устройств, установленных на выходе из агрегата.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является обеспечение возможности имитации режима запуска двигателя с заданным быстродействием без дополнительного сопротивления при открытой перекрываемой магистрали высокого давления.
Для достижения указанного технического результата в регулирующем устройстве, содержащем запорный клапан с дифференциальным сервопоршнем, полость большей рабочей поверхности которого соединена с магистралью топлива высокого давления, распределительный и электромагнитный клапаны, соединяющие полость большей рабочей поверхности с магистралью слива, в магистрали подвода топлива высокого давления к полости большей рабочей поверхности сервопоршня установлены входной демпфер управления дифференциальным сервопоршнем и клапан постоянного давления, а между распределительным клапаном и клапаном постоянного давления установлен демпфер управления распределительным клапаном, соединяющий полость клапана постоянного давления с управляющей полостью распределительного клапана, причем полость меньшей поверхности дифференциального сервопоршня соединена с магистралью слива, а торец запорного клапана соединен с магистралью топлива высокого давления.
Кроме того, площади большей рабочей поверхности дифференциального сервопоршня и торца запорного клапана выполнены в соотношении 2:1.
Отличительные признаки, а именно установка в магистрали подвода топлива высокого давления к полости большей рабочей поверхности сервопоршня входного демпфера управления дифференциальным сервопоршнем и клапана постоянного давления, а между распределительным клапаном и клапаном постоянного давления - демпфера управления распределительным клапаном, соединяющего полость клапана постоянного давления с управляющей полостью распределительного клапана, и соединение полости меньшей поверхности дифференциального сервопоршня с магистралью слива, а торца запорного клапана - с магистралью топлива высокого давления, позволяют перекрывать топливную магистраль и своевременно ее открывать без дополнительного сопротивления протоку топлива в открытой магистрали высокого давления.
Выполнение площади большей рабочей поверхности дифференциального сервопоршня и торца запорного клапана в соотношении 2:1 обеспечивает заданное быстродействие открытия проходного сечения.
На чертеже показана принципиальная схема предлагаемого регулирующего устройства.
Устройство содержит запорный клапан 1, состоящий из дифференциального сервопоршня 2 и золотника 3 с торцем А, установленным с возможностью перекрытия магистрали 4 топлива высокого давления, которая соединена с магистралью 5 подвода топлива высокого давления внутри или за пределами устройства (на чертеже не показано), при этом торец А соединен постоянно с магистралью 4.
Магистраль 5 соединена через входной демпфер 6 управления дифференциальным сервопоршнем 2 с полостью большей рабочей поверхности дифференциального сервопоршя 2 и с отсечной кромкой К распределительного клапана 7, который установлен с возможностью соединения магистрали 5 с магистралью 8 слива, причем полость меньшей поверхности сервопоршня 2 постоянно соединена с магистралью 8.
Магистраль 5 соединена с клапаном постоянного давления 9 (КПД), полость которого через демпфер 10 управления клапаном 7 соединена с управляющей полостью клапана 7, которая связана с магистралью 8 через электромагнитный клапан 11.
Гидравлическая связь входного демпфера 6 и отсечной кромки К клапана 7 обеспечивает режимы перемещения дифференциального сервопоршня 2, а выполнение площади большей рабочей поверхности дифференциального сервопоршня 2 и торца А золотника 3 в соотношении 2:1 обеспечивает заданное быстродействие.
Работает устройство следующим образом.
Сервопоршень 2 с золотником 3, перемещаясь от упора до упора под действием сил, возникающих от давления топлива на торец А золотника 3 и от изменяемого давления топлива на большей рабочей поверхности сервопоршня 2, открывают или закрывают магистраль 4. На меньшую поверхность сервопоршня 2, площадь которого в два раза меньше площади рабочей поверхности, действует сливное давление, которое не оказывает влияния на перемещение золотника 3 с сервопоршнем 2.
Остальные элементы устройства предназначены для формирования гидравлической команды на перемещение сервопоршня 2.
КПД 9 обеспечивает перед демпфером 10 постоянный уровень давления независимо от величины давления топлива, поступающего на вход магистрали 5. После демпфера 10 топливо заполняет управляющую полость клапана 7. При обесточенном электромагнитном клапане 11 (клапан открыт) давление в управляющей полости клапана 7 будет близким к давлению слива. При этом под действием пружины клапан 7 будет соединять со сливом полость большей рабочей поверхности сервопоршня 2. Давление в этой полости будет близким к сливному, в результате чего давление топлива на входе в магистраль 4, воздействуя на торец А золотника 3, переместит сервопоршень 2 на упор в положение «открыто».
При подаче питания электромагнитный клапан 11 закроет слив из управляющей полости клапана 7, давление в которой поднимется до уровня постоянного, клапан 7, сжимая пружину, перекроет слив из полости большей рабочей поверхности сервопоршня 2 по кромке К. В полости большей рабочей поверхности сервопоршня 2 давление поднимается до уровня давления топлива на входе в магистраль 5. Большая рабочая поверхность, превосходящая торец А по площади в 2 раза, под давлением топлива в полости большей рабочей поверхности сервопоршня 2 переместит золотник 3 в положение закрыто. За счет соотношения площадей 2:1 обеспечивается время срабатывания, не превышающее 0,15 сек., что установлено экспериментальным путем. Превышение этого времени нежелательно, т.к. процессы перемещения дозирующих элементов испытуемого агрегата в заданное положение длятся обычно 0,3…0,35 сек., и завышение времени открытия искажает характеристики динамических процессов при запуске.
Таким образом, подачей или снятием питания на электромагнитный клапан 11 обеспечивается открытие и закрытие магистрали 4.
Скорость закрытия обеспечивается временем заполнения полости большей рабочей поверхности сервопоршня 2 через демпфер 6.
Скорость открытия обеспечивается временем опорожнения полости большей рабочей поверхности сервопоршня 2 через кромку К с учетом того, что демпфер 6 постоянно подпитывает полость большей рабочей поверхности топливом высокого давления.
Проливочные характеристики демпфера 10 и электромагнитного клапана 11 обеспечивают быстродействие клапана 7, которое на порядок выше быстродействия запорного клапана 1 и определяющего значения в работе изделия не имеет.
Использование постоянного давления, малообъемных элементов 7, 9, 11, и расчетной проливки демпферов 6, 10 позволяют обеспечить заданный временной режим открытия и закрытия магистрали (не более 0,15 сек. на открытие и не более 1,5 сек. на закрытие) автоматически по команде от пульта или вручную от тумблера.