ВЕТРОАГРЕГАТ Российский патент 1996 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к авиационной технике и, в частности к агрегатам для аварийной гидросистемы летательного аппарата.

Известны ветродвигатели, содержащие ротор с малым числом лопастей, кинематически связанной с валом приводного агрегата объемного типа, подключенного своим входом и выходом к рабочей гидросистеме.

Для обеспечения раскрутки ветродвигателя под нагрузкой выход агрегата имеет перепускной канал с расположенным в нем запорным органом, соединенным с управляющим элементом (1).

Однако такие ветродвигатели, использующие в качестве управляющего элемента поворот лопастей при раскрутке под действием центробежных сил из нерабочего в рабочее положение, а также стравливающие рабочее тело в атмосферу в процессе раскрутки агрегата, не могут быть использованы для применения в летательных аппаратах, т.к. наличие широкого диапазона скоростей полета последних требует поворот лопастей в больших пределах для регулирования скорости вращения, тем самым исключая возможность использования поворота лопастей для управления запорным органом. Кроме того, стравливание рабочего тела из гидросистемы летательного аппарата в атмосферу не допустимо, а быстрая раскрутка ветродвигателя на холостом ходу и резкое перекрытие перепускного канала приводят к дополнительным нагрузкам на конструктивные элементы ветродвигателя и приводного агрегата, снижая надежность последних.

Известны также ветроагрегаты, преимущественно для летательного аппарата, содержащие ротор с лопастями, кинематически связанный с валом насоса объемного типа, имеющего входной и выходной каналы, с вторым из которых сообщен перепускной канал с расположенным в нем дросселем и запорным органом, выполненным в виде золотника, расположенного в корпусе и взаимодействующего с управляющим элементом (2).

Однако, использование на таких ветроагрегатах в качестве управляющего элемента центробежного датчика требует введения в конструкцию дополнительных кинематических звеньев, например зубчатых передач для передачи вращения к центробежному датчику, и необходимости обязательного его расположения в непосредственной близости с запорным золотником. Сам центробежный датчик является достаточно сложным механизмом. Следовательно, в таком исполнении ветроагрегат имеет усложненную конструкцию, большую трудоемкость изготовления, увеличенную массу и габариты.

Целью предполагаемого изобретения является упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления, уменьшение массы и габаритов ветроагрегата.

Поставленная цель достигается тем, что в ветроагрегате, содержащем насос объемного типа, ротор с лопастями, кинематически связанный с валом насоса, имеющего входной и выходной каналы, причем с последним сообщен перепускной канал с расположенным в нем дросселем и запорным органом, а запорный орган выполнен в виде золотника и установлен в корпусе насоса с возможностью взаимодействия с управляющим элементом, согласно изобретению, насос снабжен подкачивающей ступенью, управляющий элемент размещен в корпусе подвижно и образует в последнем две рабочие камеры, соединенные соответственно с выходом подкачивающей ступени и с входным каналом насоса посредством двух гидравлических каналов, при этом первый из них образован трубчатым элементом и расположен внутри входного канала, а вокруг последнего размещена кольцевая полость, выполненная в корпусе, образующая часть выходного канала насоса.

Такое выполнение ветродвигателя позволяет упростить конструкцию, т.к. исключает использование в качестве управляющего элемента центробежного датчика, а также снижает трудоемкость изготовления, вес и габариты агрегата.

На чертеже изображен схематично ветроагрегат.

Ветроагрегат содержит ротор 1 с лопастями 2, кинематическую передачу (на чертеже не показана), расположенную в кронштейне подвески 3, насос объемного типа 4 с подкачивающей ступенью, выполненной в виде центробежного колеса 5, установленного на валу ротора насоса 4, корпус 6, неподвижно закрепленный на летательном аппарате (на чертеже не показан), со ступицей 7, которая совместно со смонтированной на ней подвижно проушиной 8 насоса 4, уплотнительными кольцами 9 и выполненными в ней гидравлическими каналами образует узел шарнирной подвески и стыковки с гидравлической системой ветроагрегата на объекте. В корпусе 6 размещен запорный орган, выполненный в виде командного золотника 10 и исполнительного золотника 11, а также мембрана 12, которая образует две рабочие камеры 13 и 14, соединенные соответственно с выходом 15 центробежного колеса 5 подкачивающей ступени и с входным каналом 16 насоса 4 с помощью двух гидравлических каналов 17 и 18, первый из которых образован трубчатым элементом, расположенным внутри входного канала 16. Кольцевая полость 19, выполненная в ступице 7 корпуса 6 и расположенная вокруг входного канала 16, образует часть выходного канала 20.

В перепускном канале, образованном каналами 21, 22, 23 и полостью 24 и связывающим входной канал 16 и выходной канал 20 через исполнительный золотник 11, расположен дроссель 25. Командный золотник 10 поджат к мембране 12 с помощью пружины 26, тарелок 27, регулировочного винта 28. Гидравлическая связь командного золотника 10 и исполнительного золотника 11 обеспечивается через канал 29. По обе стороны исполнительного золотника 11 в корпусе 6 выполнены полости 30 и 31. На корпусе 6 имеются штуцер 32 входа и штуцер 33 выхода для подключения к гидросистеме объекта.

Работа ветроагрегата происходит следующим образом.

После вывода ветроагрегата в рабочее положение набегающий поток воздуха воздействует на лопасти, заставляя ротор вращаться. Однако, в случае запуска ветродвигателя на гидросистему объекта, находящуюся под противодавлением, пусковой момент малолопастного ветроагрегата оказывается недостаточным для раскрутки.

Для обеспечения раскрутки ветроагрегата насос 4 объемного типа разгружен, т. е. обеспечивается перепуск рабочей жидкости с выходного канала 20, через кольцевую полость 19, каналы 21, дроссель 25, кольцевую проточку исполнительного золотника 11, полость 24 и канал 23 во входной канал 16 насоса 4. По мере раскрутки ветроагрегата расход рабочей жидкости, обеспечиваемый насосом 4, возрастает, растет перепад давления на дросселе 25, а, следовательно, растет момент, потребляемый приводным агрегатом насосом 4. Одновременно растет развиваемый ротором 1 момент, небольшой избыток которого над моментом, потребляемым насосом 4, обеспечивает плавную раскрутку ветроагрегата, исключая большие забросы частоты вращения.

После набора частоты вращения ветроагрегатом, близкой к рабочей, давление рабочей жидкости на выходе 15 центробежного колеса 5 возрастает до такой величины, что, попадая через канал 17 в полость 13, обеспечивает прогиб мембраны и перемещение командного золотника 10 вправо, сжимая пружину 26. При этом канал 29 через проточку командного золотника 10 сообщается с полостью 30 исполнительного золотника, в которой как и в полости 31 устанавливается давление выхода насоса 4. За счет разности площадей торцов исполнительного золотника 11, обращенных к полостям 30 и 31, возникает сила, которая перемещает его вправо. При этом пояском золотника 11 перекрывается канал, в котором установлен дроссель 25, тем самым прекращается перепуск жидкости с выходного канала 20 во входной канал 16. При достигнутой в этот момент частоте вращения ротор 1 ветродвигателя располагает мощностью, достаточной для обеспечения работы насоса 4 на всех режимах. Поэтому после перекрытия перепуска ветроагрегат полностью переходит на рабочий режим подачу рабочей жидкости в гидросистему объекта.

В случае снижения скорости полета ниже величины, необходимой для работы ветроагрегата на заданном режиме, частота вращения падает и при достижении некоторого значения, когда момент, развиваемый ротором 1, становится меньше потребного для вращения насоса 4, ветроагрегат должен был бы резко остановиться. Однако при уменьшении частоты вращения снижается давление на выходе центробежного колеса 5, а, следовательно, и в полости 13, поэтому пружина 26 отжимает командный золотник 10 влево, отсекая полость 30 от канала 29 и сообщая ее через канал 23 с входным каналом 16. Исполнительный золотник 11 перемещается влево, открывая перепускной канал, давление на выходе снижается и устанавливаются обороты ветроагрегата, при которых обеспечивается равенство мощностей, развиваемой ротором 1 и потребляемой насосом 4. Тем самым предотвращается полный останов ветроагрегата и обеспечивается его работа при пониженных скоростях воздушного потока на режимах пониженной мощности, что особенно важно при посадке летательного аппарата
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 164568, МКИ F 03 D 9/00, 1964.

2. Прототип: Авторское свидетельство СССР N 868106, МКИ F 03 D 9/00, 1981.

Использование: в авиационной технике. Сущность изобретения: ветроагрегат содержит ветродвигатель, состоящий из ротора 1 с лопастями 2, насоса объемного типа 4, имеющего подкачивающую ступень с центробежным колесом 5, и устройство гидравлической разгрузки для обеспечения раскрутки ветроагрегата. 1 ил.

Ветроагрегат, содержащий насос объемного типа, ротор с лопастями, кинематически связанный с валом насоса, имеющего входной и выходной каналы, причем с последним сообщен перепускной канал с расположенными в нем дросселем и запорным органом, а запорный орган выполнен в виде золотника и установлен в корпусе насоса с возможностью взаимодействия с управляющим элементом, отличающийся тем, что насос снабжен подкачивающей ступенью, а управляющий элемент размещен в корпусе подвижно и образует в последнем две рабочие камеры, соединенные соответственно с выходом подкачивающей ступени и с входным каналом насоса посредством двух гидравлических каналов, первый из которых образован трубчатым элементом и расположен внутри входного канала, вокруг последнего размещена кольцевая полость, выполненная в корпусе, образующая часть выходного канала насоса.