ЭЛЕКТРОГИДРОУСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F15B3/00 

Изобретение относится к гидро- и пневмоавтоматике и может быть использовано в системах топливорегулирования газотурбинных двигателей (ГТД).

Известные электрогидроусилители (ЭГУ) [1, 2] в общем случае состоят из одно- или двухканального преобразователя электромеханического (ПЭМ), механогидравлического преобразователя, гидравлического усилителя, золотникового гидрораспределителя и датчика положения. С целью повышения грязестойкости и надежности все большее распространение получают ЭГУ с распределителями на основе плоских золотников [3]. Однако использование промежуточного гидроусилителя приводит к усложнению конструкции и снижению надежности ЭГУ. В связи с этим разрабатываются альтернативные ЭГУ прямого действия, в которых плоский золотник непосредственно перемещается ПЭМ большой мощности, например, ЭГУ по схеме дозатора [4], который выбран в качестве прототипа предлагаемого изобретения по технической сути и по количеству совпадающих признаков.

В известной схеме дозатор содержит корпус с неподвижной плитой, в которой выполнены профилированные окна для прохода рабочего тела. Плоский золотник выполнен в виде поршня, который устанавливается в расточку приводного вала, кинематически связанного с шаговым электродвигателем и датчиком положения. Привод золотника от вала осуществляется через сферический палец и паз в золотнике. Предварительный поджим золотника к плите выполняется с помощью пружин, установленных в глухих отверстиях, выполненных в торце вала. При повороте вала рабочее тело проходит через дросселирующие щели переменного сечения между окнами в плите и кромками выступов на торце золотника, чем достигается управление расходами рабочего тела.

Основными недостатками такого ЭГУ являются:
- наличие дополнительного механического узла связи ротора ПЭМ и приводного вала распределителя, что приводит к росту габаритов и веса, а также к дополнительным нагрузкам от трения в сопрягаемых элементах;
- присутствие дополнительных люфтов в линиях связи вала распределителя с роторами ПЭМ и датчика положения.

Предлагаемым изобретением решается задача разработки многоканального ЭГУ, имеющего повышенную надежность, упрощенную конструкцию и минимальные габариты.

Для достижения этого технического результата в электрогидроусилителе, включающем электромеханический преобразователь, распределитель на основе плоского золотника и датчик положения, согласно изобретению приводной вал распределителя выполнен заодно целое с ротором преобразователя и не имеет дополнительных опор, статорная обмотка преобразователя выполнена в виде сегментных катушек, равномерно распределенных по поверхности статора с двух сторон от плоского ротора с постоянными магнитами и имеющих параллельные ротору оси, причем все сегментные катушки соединены последовательно в два канала управления с равным их количеством в каждом канале.

Перечисленные выше отличительные признаки заявляемого ЭГУ являются существенными, так как каждый из них необходим, а вместе они достаточны для достижения указанного технического результата в сравнении с известными подобными электрогидравлическими усилителями. Между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом имеется причинно-следственная связь.

Выполнение вала распределителя заодно целое с ротором преобразователя позволило уменьшить количество опор и упростить конструкцию ЭГУ. Для уменьшения линейных размеров ПЭМ выполнен с плоским ротором на основе редкоземельных магнитов, что обеспечивает также повышение перестановочного усилия. Выполнение статорной обмотки преобразователя в виде соединенных параллельно-последовательно сегментных катушек, равномерно распределенных по поверхности статора с двух сторон от плоского ротора и имеющих параллельные ротору оси, обеспечивает по меньшей мере два канала управления, позволяет реконфигурировать магнитную систему при электрических отказах, что повышает надежность ЭГУ. Для обеспечения идентичности тяговых характеристик ПЭМ количество катушек в каждом канале одинаково. За счет этого получен технический результат - упрощена конструкция и повышена надежность ЭГУ.

Заявляемое техническое решение является новым, поскольку оно неизвестно из уровня техники, имеет изобретательский уровень, так как предложенное конструктивное выполнение гидрораспределителя и электромагнитной системы ПЭМ явным образом не следует из уровня техники, промышленно применимо, поскольку оно предназначено для использования в системах топливорегулирования ГТД.

Техническая сущность и принцип действия ЭГУ поясняются чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - продольный разрез ЭГУ;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1;
на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1;
на фиг.5 - сечение Г-Г на фиг.1;
на фиг.6 - сечение Д-Д на фиг.5.

Электрогидроусилитель (фиг.1) включает ПЭМ 1, распределитель 2 и индуктивные датчики, обмотки 3 которых закреплены неподвижно, а якоря 4 жестко соединены с ротором 5 ПЭМ 1, статорная обмотка которого выполнена в виде сегментных катушек 6 (фиг.2), равномерно распределенных на поверхности статора с двух сторон от плоского ротора 5 с поляризованными постоянными магнитами 7 (фиг. 3), количество которых равно числу катушек 6 в канале. Все катушки 6 соосны с ротором 5 и соединены последовательно в два канала управления с равным их количеством в каждом канале. Полюсы постоянных магнитов 7 развернуты по угловому положению относительно полюсов катушек 6 на половину сегмента.

Приводной вал 8 распределителя 2 выполнен заодно целое с ротором 5 ПЭМ 1 и установлен на подшипниках качения 9. Привод плоского поворотного золотника 10 распределителя 2 (показанного на фиг. 1 в открытом положении) осуществляется от вала 8 посредством сферического пальца 11. Золотник 10 прижимается пружинами 12 и усилием от давления рабочего тела в полости 13 к плите 14 с профилированными окнами 15 (фиг.4), выполнен в виде поршня с профилированными выступами 16 (фиг.6) и уплотняющими поясками 17 (фиг.5) по периметру выступов 16 на торцевой части. Каждый выступ 16 на золотнике 10 имеет дополнительную уплотняющую перемычку 18, образующую в полости между выступом 16 и плитой 14 подводящую полость 19. Подвод рабочего тела осуществляется через сопряженные центральные отверстия 20 и 21 соответственно в плите 14 и золотнике 10 в подводящие полости 19, а отвод выполняется в профилированные окна 15 в плите 14 через дросселирующие каналы переменного сечения, образованные между кромками перемычек 18 на выступах 16 и кромками окон 15 в плите 14. Для повышения устойчивости золотника 10 предусмотрены опорные выступы 22.

ЭГУ работает следующим образом.

При закрытом положении распределителя рабочее тело под высоким давлением со входа через сопряженные центральные отверстия 20 и 21 в плите 14 и золотнике 10 поступает в подводящие полости 19, перекрытые уплотняющими поясками 17 и разобщенные перемычками 18 с окнами 15 в плите 14, а также через отверстие 21 в полость 13, прижимая вместе с пружинами 12 золотник 10 к плите 14 и обеспечивая герметичность и неподвижность соединения.

При подаче на один из каналов ПЭМ 1 сигнала управления от блока управления (не показан) возникает электромагнитное поле задействованных катушек 6, под воздействием которого ротор 5 вместе с валом 8 начинает перемещаться в соответствующую сторону. Золотник 10, плотно прижатый усилием от пружин 12 и давления в полости 13 уплотняющими поясками 17 выступов 16 и опорными выступами 22 к поверхности плиты 14, посредством сферического пальца 11 перемещается по поверхности плиты 14, образуя кромками уплотняющих перемычек 18 вместе с кромками окон 15 каналы переменного сечения, которые обеспечивают требуемую подачу рабочего тела, при этом уплотняющие пояски 17 полностью перекрывают окна 15 в плите 14 в любом рабочем положении золотника 10. Вместе с золотником 10 перемещаются якоря 4 датчиков относительно неподвижных обмоток 3, в которых вырабатывается сигнал, соответствующий положению золотника 10. Этот сигнал поступает в блок управления, где компенсирует сигнал управления, и движение золотника 10 прекращается. Для уменьшения усилий, необходимых для поворота золотника 10 во всем диапазоне регулирования, площадь сечения поршневой части золотника 10 равна площади выступов 16. При отказе одного канала управления система управления (не показана) включает резервный канал, работа ЭГУ на котором аналогична работе отказавшего канала.

Совмещение вала ПЭМ с валом распределителя, на котором неподвижно закреплены якоря датчиков положения, позволило свести к минимуму количество опор и погрешность сигналов с датчиков обратной связи в процессе эксплуатации. Повышение надежности обеспечено резервированием и простотой конструкции ЭГУ.

Двухканальный ЭГУ прямого действия на основе ПЭМ с редкоземельными магнитами и распределителя с плоским поворотным золотником и малым перестановочным усилием разработан и изготовлен для насоса-дозатора НД-450 системы топливопитания ГТД АИ-450 вертолета Ка-226.

Источники информации
1. Нагорный B. C., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем. - М.: Высшая школа, 1991. - 367 с.

2. Авторское свидетельство СССР 1546726, кл. F 15 D 3/00, 1990.

3. Насос-дозатор НД-100. Руководство по технической эксплуатации. 9191.000-01 РЭ-ЛУ. Разработчик - Стар, акционерное общество открытого типа. 614600 Россия, ГСП, г. Пермь, ул. Куйбышева, 14а. Т. (3422) 493259, ф. (3422)452257.

4. Горбатюк Н. В. , Кравченко Ю.И., Павлюк Е.В. Дозатор газа с плоским золотником //Вiсник iнженерноi академii Украiни. Випуск 2000. - Киiв, 2000. - С. 614-616.

Электрогидроусилитель предназначен для систем топливорегулирования газотурбинных двигателей. Электрогидроусилитель включает электромеханический преобразователь, распределитель на основе плоского золотника и датчик положения, при этом приводной вал распределителя выполнен за одно с ротором преобразователя и не имеет дополнительных опор, а статорная обмотка преобразователя выполнена в виде сегментных катушек, равномерно распределенных по поверхности статора с двух сторон от плоского ротора с постоянными магнитами и имеющих параллельные ротору оси, причем все сегментные катушки соединены последовательно в два канала управления с равным их количеством в каждом канале. Технический результат - повышение надежности. 6 ил.

Электрогидроусилитель, включающий электромеханический преобразователь, распределитель на основе плоского золотника и датчик положения, отличающийся тем, что приводной вал распределителя выполнен за одно целое с ротором преобразователя и не имеет дополнительных опор, а статорная обмотка преобразователя выполнена в виде сегментных катушек, равномерно распределенных по поверхности статора с двух сторон от плоского ротора с постоянными магнитами и имеющих параллельные ротору оси, причем все сегментные катушки соединены последовательно в два канала управления с равным их количеством в каждом канале.