Пристрій керування положенням виконавчого механізму з використанням сервоклапана із заморожуванням при відмові

1. Пристрій керування положенням виконавчого механізму, який містить: електрично керований сервоклапан (10), який містить гідравлічний розподільник (20), що має щонайменше один подавальний отвір високого тиску (HP) щонайменше один вихід низького тиску (LP) і щонайменше два робочі отвори (U1, U2), при цьому кожний робочий отвір призначений для з'єднання з високим тиском або низьким тиском залежно від керованого положення повзуна в гідравлічному розподільнику, і виконавчий механізм (50), який містить повзун (52), несучий щонайменше два виступи (54, 56) і виконаний з можливістю ковзання в циліндрі (60), при цьому виконавчий механізм має дві камери (62, 64) керування, сполучені з відповідними робочими отворами (U1, U2) у розподільнику сервоклапана і розташовані кожна на одній стороні відповідного виступу, і проміжну камеру (66), сполучену з C2 2 (19) 1 3 напрямних лопатей з різновстановлюваним кутом або заслінок форсунок в газотурбінних двигунах. При таких вживаннях потрібне "заморожування" положення керованого елемента у разі відмови електричному ланцюгу в управлінні за допомогою сервоклапана для забезпечення надійної роботи і можливості знаходження знову положення, яке займається перед відмовою, коли вдалося виправити пошкодження. Рівень техніки. Сервоклапани з так званою пам'яттю положення у разі відмови (або сервоклапани із "заморожуванням "при відмові (fail freeze) добре відомі. Зокрема, можна назвати патент FR 2818331. В цьому патенті сервоклапан містить розподільник, який у разі відмови електричного керування приходить у положення, в якому розподільник закриває робочі отвори, сполучені з камерами керування виконавчого механізму. Відхід із "замороженого положення" виконавчого механізму важко запобігти через витік гідравлічної рідини, яка міститься в камерах виконавчого механізму. Задача і суть винаходу. Задачею винаходу є створення виконавчого механізму, регульованого за допомогою електрично керованого сервоклапана, в якому положення виконавчого механізму може бути "заморожено" у разі відмови електричного ланцюга без істотної небезпеки його зсуву. Ця задача вирішується за допомогою пристрою, який містить: електрично керований сервоклапан, який містить гідравлічний розподільник, який має щонайменше один подавальний отвір високого тиску, щонайменше один вихід низького тиску і щонайменше два робочі отвори, при цьому кожний робочий отвір призначений для з'єднання з високим тиском або низьким тиском залежно від керованого положення повзуна у гідравлічному розподільнику, і виконавчий механізм, який містить повзун, несучий щонайменше два виступи і призначений для ковзання в циліндрі, при цьому виконавчий механізм має дві камери керування, сполучені з відповідними робочими отворами в розподільнику сервоклапана і розташовані кожна на одній стороні відповідного виступу, і проміжну камеру, сполучену з високим або низьким тиском і розташовану між іншими сторонами виступів, при цьому повзун гідравлічного розподільника у разі відмови електричного керування переводиться у захисне положення, в якому викликається зупинка повзуна виконавчого механізму по суті в його положенні на момент відмови, причому: в захисному положенні повзуна гідравлічного розподільника в камерах керування виконавчого механізму за допомогою їх з'єднання з робочими отворами розподільника встановлюється однаковий низький або високий тиск, протилежний тиску, створюваному в проміжній камері, так що на кожний виступ повзуна виконавчого механізму впливає високий тиск на одній стороні і низький тиск на іншій стороні, і герметизація між кожним з вказаних виступів повзуна виконавчого механізму і циліндра вико 95080 4 навчого механізму забезпечується динамічним ущільненням, що створює силу тертя між виступом і циліндром залежно від різниці тиску, діючого на дві сторони виступу. Переважно, проміжна камера виконавчого механізму сполучена з високим тиском, і в захисному положенні повзун розподільника сполучає робочі отвори розподільника з низьким тиском. Таким чином, на заморожене положення повзуна виконавчого механізму не впливають витоки. Невеликі витоки в ущільненнях не змінюють величину різниці тисків, які діють на динамічні ущільнення і тим самим на силу тертя, яка "заморожує" положення повзуна виконавчого механізму. Винахід застосовується, зокрема, в пристрої керування потоком палива в авіаційному двигуні, при цьому виконавчий механізм утворює вимірювальний пристрій, а проміжна камера сполучена з джерелом палива високого тиску і має один випускний отвір, поперечний переріз для потоку якого є функцією положення повзуна виконавчого механізму. При такому застосуванні динамічні ущільнення також забезпечують перевагу запобігання витокам вимірюваного потоку палива. Короткий опис креслень. Нижче приводиться для кращого розуміння винаходу його докладний опис, що не має обмежувального характеру, з посиланнями на прикладені креслення, на яких зображено: Фіг.1 - схема пристрою з сервоклапаном і виконавчим пристроєм, згідно з одним варіантом виконання винаходу; Фіг.2А і 2В - розріз динамічного ущільнення такого типу, який можна використовувати для герметизації між повзуном і циліндром виконавчого механізму, згідно з фіг.1, у збільшеному масштабі; Фіг.3 - співвідношення між силою електричного струму керування сервоклапаном і декількома різними робочими точками, і Фіг.4А-4F - конфігурації гідравлічного розподільника сервоклапана, згідно з фіг.1, для декількох різних робочих точок на фіг.3. Докладний опис варіантів виконання. Нижче приводиться опис варіанта виконання винаходу з посиланнями на фіг.1-3 і 4A-4F в контексті застосування для вимірювання (керування потоком) палива в системі уприскування палива авіаційного двигуна. На фіг.1 схематично показаний пристрій сервоклапана 10, який керує виконавчим механізмом 50, створюючим блок вимірювання палива. Сервоклапан 10 керується електрично і містить електродвигун, наприклад, електродвигун 12, що крутить, гідравлічний розподільник 20 і відповідні гідромеханічні елементи (гідравлічний потенціометр і механічний негативний повторювач), які утворюють контрольний керуючий елемент 14 розподільника 20. Гідравлічний розподільник 20, частковий варіант виконання якого приводиться нижче, містить повзун, який може лінійно переміщатися в циліндрі. Розподільник 20 містить отвори, сполучені з подвійним джерелом високого тиску (HP) і виходом (або поверненням у бак низького тиску (LP)), 5 робочі виходи U1, U2, сполучені з вимірювальним блоком 50, і контрольні керуючі входи Р1, Р2, що відкриваються у контрольні керуючі камери, розташовані на кінцях розподільника 20. Контрольні керуючі входи Р1, Р2 сполучені з контрольним керуючим елементом 14, при цьому тиски, що прикладаються за допомогою елемента 14 до входів Р1, Р2, діють протилежно один одному з метою керування переміщенням повзуна розподільника. Гідравлічна рідина, що використовується, може бути паливом. Блок 50 вимірювання палива містить повзун 52, несучий два виступи 54, 56 і здатний ковзати в циліндрі 60. Виступи 54, 56 розділяють внутрішній об'єм циліндра 60 на керуючі камери 62, 64, розташовані на кінцях циліндра 60, і на проміжну камеру 66, розташовану між виступами 54, 56. Керуючі камери 62, 64 сполучені керуючими лініями з робочими виходами U1, U2. Проміжна камера 66 сполучена через подавальний отвір 66а з джерелом високого тиску (HP) (джерелом подачі палива під високим тиском) і через робочий отвір 66b з трубкою уприскування палива. Ступінь закривання робочого отвору 66b виступом 56 визначає вимірюваний потік. Вузол із сервоклапана і блока вимірювання палива, вказаних вище, сам по собі відомий. У разі відмови електричного збудження сервоклапана повзун гідравлічного розподільника переходить у положення, в якому однаковий тиск, в даному випадку низький тиск, є на робочих виходах U1 і U2. Потім на кожний виступ 54, 56 вимірювального блока 50 діє на одній стороні низький тиск, а на іншій стороні - високий тиск. Герметизація між виступами 54, 56 і циліндром 60 здійснюється за допомогою динамічних ущільнень, що створюють силу тертя між виступом і циліндром залежно від різниці тиску, діючого на двох сторонах кожного із виступів. Таким чином, у разі відмови електричного збудження сервоклапана ця різниця тиску є максимальною (різниця між HP і LP), так що сила тертя також є максимальною. Тому положення повзуна 52 у момент відмови зберігається без небезпеки його істотного зсуву, так що витрата палива заморожується на своїй величині у момент відмови. На фіг.2А і 2В детально показаний один варіант виконання такого динамічного ущільнення 70. Як само по собі відомо, динамічне ущільнення 70 містить кільце 72 круглого поперечного перерізу, розташоване в канавці 74, утвореній у внутрішній стінці циліндра 60, і кільце 76, яке розташоване щонайменше частково в канавці 74 і спирається на кільце 72 круглого поперечного перерізу. Кільце 72 круглого поперечного перерізу виконане з еластомеру, наприклад, Viton®. На фіг.2А ущільнення 70 показане, коли тиск, прикладений до двох сторін ущільнення, є однаковим або трохи розрізняється. Під дією великої різниці тиску на двох сторонах ущільнення 70 (див. Фіг.2В), кільце круглого поперечного перерізу деформується і прикладає до кільця 76 зусилля, яке має тенденцію до збільшення сили, діючої на суміжний виступ (наприклад, виступ 54). Кільце 76 переважно виконане з матеріалу з низьким коефіцієнтом тертя, напри 95080 6 клад політетрафторетилену (PTFE). Природно, що як варіант, канавка, в якій розміщується кільце круглого поперечного перерізу, може бути виконана в самому виступі. При використовуванні динамічних ущільнень можна також покращувати герметизацію між виступами 54, 56 і циліндром 60 при нормальній роботі вимірювального блока, що зменшує вимоги до допусків на розміри. Приклад зміни витрати палива, зміряного як функція сили електричного струму електродвигуна 12, показаний на фіг.3. Робочі точки А, В, С, D, Е і F відповідають наступному: максимальна витрата (А), стаціонарна витрата (В), межі діапазону мінімальної витрати (C-D) і межі діапазону положень "заморожування" ("заморожування при відмові"), коли сила струму збудження стає дуже низькою або нульовою. На фіг.4А-4F показані положення повзуна 22 гідравлічного розподільника відносно циліндра 40 вказаного розподільника 20 для різних робочих точок A-F, відповідно, положення якого керується за допомогою контрольного керуючого елемента 14 під дією електродвигуна 12. В положенні А повзун 22 знаходиться в першому кінці свого ходу в циліндрі 40, при цьому різниця тиску, прикладеного до контрольних керуючих камер 31, 32 на кінцях циліндра є максимальною. Контрольні керуючі камери 31, 32 утворені кінцями циліндра 40 і відповідними виступами 23, 24, які має повзун 22. Робочий вихід U2 (який в даному випадку містить два окремі отвори, виконані в стінці циліндра 40) сполучений з низьким тиском LP через камеру 33 низького тиску LP, яка розташована між виступом 23 і виступом 25, в яку відкривається вихід. Робочий вихід U1 зв'язаний з високим тиском HP через контрольну керуючу камеру 31. В положенні В повзун 22 закриває робочий вихід U1 виступом 23 і два отвори, що створюють робочий вихід U2, виступом 25 і виступом 26. В положеннях С і D повзун 22 сполучає робочий вихід U2 з високим тиском HP через камеру 35, розташовану між виступами 24 і 26, тоді як робочий вихід 31 відкривається в камеру 33 низького тиску LP. В положеннях Е і F повзун 22 сполучає камеру 33 низького тиску LP з робочим виходом U1 і з робочим виходом U2 через прохід 29, утворений у повзунковому клапані 22 і сполучаючий камеру 33 низького тиску LP з камерою 34, розташованою між виступами 25 і 26. В положенні F повзун 22 знаходиться на іншому кінці свого ходу в циліндрі 40. Природно, що робочий профіль на фіг.3 і вказане вище внутрішнє розташування розподільника сервоклапана наведені як приклад лише і можливі інші форми за умови, що у разі відмови електричного збудження сервоклапана 10 повзун гідравлічного розподільника 20 приходить у захисне положення, в якому, в даному випадку, обидва робочі виходи U1 і U2 знаходяться під низьким тиском для забезпечення "заморожування" положення вимірювального блока 50. Винахід, природно, застосовується до гідрав 7 лічних виконавчих механізмів крім блоків вимірювання палива для авіаційних двигунів, оскільки положення виконавчого механізму можна "заморожувати" за допомогою додання в двох керуючих 95080 8 камерах тиску (LP або HP), протилежного тиску, прикладеному в проміжній камері, з герметизацією за допомогою динамічних ущільнень між проміжною камерою і кожною з керуючих камер. 9 95080 10 11 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 95080 Підписне 12 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601