устройство для отбора воздуха из компрессора

Формула изобретения

Устройство для отбора воздуха из компрессора ГТД, содержащее корпус с двумя входными патрубками, сообщающимися соответственно с высоконапорной и низконапорной ступенями компрессора, и одним выходным патрубком, связанным с системой отбора воздуха, размещенный в корпусе двухпозиционный цилиндрический подпружиненный клапан с поперечной диафрагмой и опорно-направляющими элементами, а также два неподвижных поршня, расположенных по обе стороны диафрагмы и образующих с клапаном двухполостной пневмоцилиндр, причем один из поршней выполнен за одно целое со входным патрубком высоконапорной ступени компрессора, а прилегающая к нему полость пневмоцилиндра сообщена со штуцером этого патрубка, отличающееся тем, что второй поршень выполнен за одно целое с патрубком низконапорной ступени компрессора, прилегающая к нему полость пневмоцилиндра сообщена со штуцером этого патрубка, при этом диафрагма клапана герметична, а опорно-направляющие элементы размещены на внешней поверхности поршней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может использоваться для отбора воздуха из компрессора, например для противообледенительной системы или системы кондиционирования.

Известно устройство для отбора воздуха из компрессора газотурбинного двигателя (ГТД), содержащее корпус с двумя входными и одним выходным патрубками и размещенные в корпусе с возможностью поочередно перекрытия входных патрубков две поворотные, кинематически связанные заслонки с приводом от пневмо- или гидроцилиндра [1].

Известное устройство имеет недостаточную надежность элементов кинематической передачи, которые под действием относительно больших статических нагрузок и вибраций могут преждевременно изнашиваться или разрушаться. Кроме того, конструкция заслонок и корпуса не обеспечивает плотное прилегание уплотняющих поверхностей в закрытом положении, что приводит к низкой герметичности известного устройства.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для отбора воздуха из компрессора ГТД, которое содержит корпус с двумя входными патрубками, сообщающимися соответственно с высоконапорной и низконапорной ступенями компрессора, и одним выходным патрубком, связанным с системой отбора воздуха, размещенный в корпусе двухпозиционный цилиндрический подпружиненный клапан с поперечной диафрагмой и опорно-направляющими элементами; а также два неподвижных поршня, расположенных по обе стороны диафрагмы и образующих с клапаном двухполостной пневмоцилиндр, причем один из поршней выполнен за одно целое со входным патрубком высоконапорной ступени компрессора, а прилегающая к нему полость пневмоцилиндра сообщена со штуцером этого патрубка [2].

Известное устройство характеризуется недостаточной эффективностью из-за дополнительных наружных утечек воздуха высокого давления через отверстия в диафрагме. Кроме того, подвод управляющего воздуха в полость пневмоцилиндра, прилегающую к патрубку низконапорной ступени осуществляется непосредственно из патрубка высоконапорной ступени, поэтому возможность срабатывания устройства зависит от уровня давления в патрубке высоконапорной ступени.

Надежность известного устройства недостаточно высока, т.е. опорно-направляющие элементы клапана выполнены на малом диаметре и имеют небольшой долевой разнос, что под действием вибраций может приводить к образованию выработок материала на поверхности направляющей оси, возникновению перекосов и заклиниванию двухпозиционного клапана.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключатся в повышении эффективности работы устройства путем снижения утечек воздуха из высокого давления и осуществления независимого подвода управляющего воздуха в обе полости пневмоцлиндра, а также повышении надежности работы за счет исключения заклинивания двухпозиционного клапана.

Задача решена за счет того, что в устройстве для отбора воздуха из компрессора ГТД, содержащем корпус с двумя входными патрубками, сообщающимися соответственно с высоконапорной и низконапорной ступенями компрессора, и одним выходным патрубком, связанным с системой отбора воздуха, размещенный в корпусе двухпозиционный цилиндрический подпружиненный клапан с поперечной диафрагмой и опорно-направляющими элементами, а также два неподвижных поршня, расположенных по обе стороны диафрагмы и образующих с клапаном двухполостной пневмоцилиндр, причем один из поршней выполнен за одно целое со входным патрубком высоконапорной ступени компрессора, а прилегающая к нему полость пневмоцилиндра сообщена со штуцером этого патрубка, согласно изобретению второй поршень выполнен за одно целое с патрубком низконапорной ступени компрессора, прилегающая к нему полость пневмоцилиндра сообщена со штуцером этого патрубка, при этом диафрагма герметична, а опорно-направляющие элементы размещены на внешней поверхности поршней.

Выполнение диафрагмы клапана герметичной позволяет снизить утечки воздуха высокого давления и тем самым повысить экономичность устройства.

Сообщение полости пневмоцилиндра, прилегающей к патрубку низконапорной ступени компрессора, со штуцером на этом патрубке при герметичной диафрагме позволяет осуществить независимый подвод управляющего воздуха в обе полости пневмоцилиндра и тем самым обеспечить возможность реализации различных схем управления устройством.

Выполнение второго поршня за одно целое с патрубком низконапорной ступени компрессора позволяет исключить из конструкции направляющую ось клапана и унифицировать патрубки подвода воздуха, что повышает дополнительно надежность работы устройства.

Размещение опорно-направляющих элементов на внешней поверхности поршней, т.е. на большем диаметре и с большим долевым разносом, позволяет предотвратить износ направляющей поверхности и возможность заклинивания клапана.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в положении отбора воздуха от высоконапорной ступени компрессора. На фиг. 2 - то же в положении отбора воздуха от низконапорной ступени компрессора.

Устройство содержит корпус 1 с двумя входными 2 и 3 и одним выходным 4 патрубками для подсоединения соответственно к низконапорной и высоконапорной ступеням компрессора и к системе отбора воздуха. В корпусе 1 соосно входным патрубкам 2 и 3 размещен подвижный клапан 5, имеющий торцевые уплотнительные поверхности 6 и 7 и поперечную герметичную диафрагму 8. По обе стороны диафрагмы 8 расположены неподвижные поршни 9 и 10, выполненные за одно целое со входными патрубками 2 и 3 соответственно и образующие вместе с подвижным клапаном 5 двухполостной пневмоцилиндр с полостями А и Б. На внешней поверхности поршней 9 и 10 размещены опорно-направляющие элементы 11 и 12 в виде разрезных кольцевых графитовых вставок и поршневые графитовые кольца 13 и 14. В полости Б между диафрагмой 8 и поршнем 10 установлена пружина 15.

Полости А и Б пневмоцилиндра соединены каналами со штуцерами 16 и 17, расположенными на входных патрубках 2 и 3.

В корпусе 1 со стороны входных патрубков 2 и 3 выполнены цилиндрические уступы 18 и 19, долевое расстояние между торцами которых меньше осевой длины клапана 5. На патрубках 2 и 3 выполнены плоские седла 20 и 21.

Устройство работает следующим образом.

На остановленном двигателе полости А и Б пневмоцилиндра через штуцеры 16 и 17 сообщены с атмосферой, торец 7 клапана 5 под действием усилия пружины 15 прижат к седлу 21, обеспечивая соединение с выходным патрубком 4 через входной патрубок 3 высоконапорной ступени компрессора.

При запуске двигателя и до определенного режима его работы указанное выше положение элементов устройства сохраняется, что позволяет производить отбор воздуха от высоконапорной ступени.

При достижении заданного режима работы двигателя (например, заданной частоты вращения ротора или заданного давления воздуха за компрессором и т.д.) срабатывает внешний управляющий клапан (не показан) и обеспечивает соединение полости А через штуцер 16, например, с высоконапорной ступенью компрессора. Давление воздуха в полости А возрастает, и под действием усилия от возникающего перепада давления на диафрагме 8 клапан 5, сжимая пружину 15, перемещается в сторону патрубка 3 до упора торца 6 в седло 20. В результате этого патрубок 2 сообщается с патрубком 4, обеспечивая возможность отбора воздуха от низконапорной ступени компрессора.

При снижении режима работы двигателя до заданного значения внешний управляющий клапан соединяет полость А с атмосферой, давление воздуха в полости А уменьшается, и клапан 5 под действием усилия пружины 15 возвращается в исходное положение - встает на упор торцем 7 в седло 21.

В связи с тем, что осевая длина клапана 5 больше расстояния между торцами уступов 18 и 19 на корпусе 1, при перемещении клапана 5 исключается одновременное сообщение с патрубком 4 (а следовательно, и между собой) патрубков 2 и 3. Это предотвращает возможность перетекания воздуха из высоконапорной в низконапорную ступень компрессора и тем самым предупреждается возможность помпажа компрессора.

Кроме приведенной выше схемы управления, когда в полость А подводится воздух от высоконапорной ступени, а полость Б сообщена с атмосферой, могут быть реализованы и другие варианты управления, так как наличие штуцеров 16 и 17 позволяет подводить в эти полости управляющий воздух от любого независимого источника давления. При этом, если в качестве управляющего параметра использовать непосредственно перепад давления между полостями А и Б, то отпадает необходимость в применении внешнего клапана. Достаточно сообщить данные полости, например, с соответствующими ступенями компрессора.

Источники информации:

1. Патент РФ N 1332958, МКИ F 04 D 27/00, 1987 г.

2. Патент РФ N 2006682, МКИ F 04 D 27/00, 1994 г.