Система кондиционирования воздуха летательного аппарата
Предлагаемое техническое решение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к авиационному оборудованию, предназначенному для обеспечения жизнедеятельности экипажа и пассажиров летательного аппарата. Известны системы кондиционирования воздуха летательного аппарата содержащие основную магистраль с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором, установленным на выходе тракта охлаждающего воздуха, и дополнительную магистраль, обводящую турбохолодильник, с расположенным в ней дросселирующим устройством, имеются также датчики параметров воздуха, связанные с соответствующими блоками регулирования температуры и расхода. Ожидаемый технический результат предполагаемой полезной модели состоит в обеспечении безаварийной работы турбохолодильной машины, выполненной на газовых опорах, и следовательно, всей системы кондиционирования при всех режимах эксплуатации. Технический результат достигается тем, что блок регулирования расхода имеет дополнительный аналого-интегральный выход, а управляемое дросселирующее устройство, расположенное на входе основной магистрали, выполнено в виде регулятора давления воздуха «после себя» и содержит собственно дросселирующий орган с пневмоприводом, и пневмозадатчиком, электропневмопреобразователь, узел ограничения скорости изменения сигнала, а пневмозадатчик имеет две управляющие непроточные полости, образуемые жестко связанными подпружиненными мембранами с
различными эффективными площадями, при этом одна управляющая полость сообщена с выходом электропневмопреобразователя, вход которого соединен с аналогово-интегральным выходом блока регулирования расхода, другая управляющая полость сообщена с основной магистралью за компрессором через узел ограничения скорости изменения сигнала, например, дроссельно-емкостного типа. А также тем что она включает в себя сигнализатор релейного типа минимально допустимых оборотов турбины и электропневмопереключатель, пневматические гнезда которого подключены параллельно к узлу ограничения скорости изменения сигнала, при этом в цепь электропитания. электропневмопереключателя включен нормально-закрытый контакт указанного сигнализатора, а в цепь "на открытие" дросселирующего устройства во второй дополнительной магистрали включен его нормально-открытый контакт. И еще тем, что она содержит задатчик минимально допустимых оборотов, который совместно с датчиком оборотов образует корректор смещения задания температуры регулятора на выходе основной магистрали.
Предложение касается полезной модели, как объекта промышленной собственности, и относится к области авиационного оборудования, в частности, к системе кондиционирования воздуха летательного аппарата.
Системы кондиционирования воздуха летательного аппарата обеспечивают жизнедеятельность экипажа и создают комфортные условия для пассажиров. Отказы подобных систем приводят к понижению конкурентоспособности летательных аппаратов. Для устранения отказов требуются значительные затраты как финансовые так и временные. Наиболее уязвимой частью таких систем является турбохолодильная машина, работающая на больших оборотах, более 40000 об/мин, при резко изменяемых параметрах по давлению и температуре рабочего воздуха.
Для стабилизации параметров система оснащается специальными регуляторами, одним из которых является регулятор расхода.
Особенностью регуляторов расхода является то, что они работают на нагрузку - установку кондиционирования воздуха с переменным гидравлическим сопротивлением, зависящим от режима эксплуатации летательного аппарата (зима-лето, высота полета, количество тепловыделений в гермокабине), т.е. при неизменной величине расхода давление за дросселирующим устройством регулирования может меняться в широком диапазоне.
Известна система кондиционирования воздуха на летательном аппарате [1], содержащая турбохолодильную машину и оснащенная регуляторами расхода и температуры. Эта система не содержит средств для обеспечения безопасного и безаварийного функционирования ее отдельных элементов, таких как турбохолодильная машина, регуляторы расхода и температуры.
Известна система кондиционирования воздуха [2] летательного аппарата содержащая основную магистраль с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом, и установленный между ними компрессор, механически связанный общим валом с турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором, установленным на выходе тракта охлаждающего воздуха, и дополнительную магистраль, обводящую турбохолодильник, с расположенным в ней дросселирующим устройством, имеются также датчики параметров воздуха, связанные с соответствующими блоками регулирования температуры и расхода.
В известной системе кондиционирования [2] используется регулятор расхода, включающий в себя мерное устройство, электронный блок управления и дросселирующее устройство в виде электроприводной заслонки, которая имеет значительное время перекладки из края в край. Это обусловливает возможность забросов по расходу при изменениях давления на входе системы. Другим недостатком известной системы кондиционирования является то, что при снижении давления на входе системы (когда не может обеспечиваться заданный расход)
управляемое дросселирующее устройство полностью открывается, что может приводить к забросам по давлению с нерегулируемой скоростью изменения параметров при увеличении давления на входе, т.к. скорость изменения давления на выходе регулятора расхода при этом не ограничивается до величины требуемого расхода.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту, принятым в качестве прототипа, является система кондиционирования воздуха [3], содержащая основную магистраль с расположенными в ней друг за другом управляемым дросселирующим устройством, расходомером (трубка Вентури) с датчиками давления и перепада давления, связанными с релейно-импульсным блоком регулирования расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом, и установленным между ними компрессором, оснащенным датчиком оборотов и механически связанным общим валом, с выполненной на газовых опорах турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором. Помимо этого она содержит первую дополнительную магистраль, обводящую турбохолодильник, и вторую дополнительную магистраль, обводящую компрессор и теплообменник за ним, с расположенными в них управляемыми дросселирующими устройствами, при этом к блоку регулирования расхода подключены управляемые дросселирующие устройства, установленные на входе основной магистрали и во второй дополнительной магистрали.
Однако эта система также как и предыдущая содержит дросселирующее устройство в виде электроприводной заслонки и ей присущи вышеописанные недостатки.
Целью настоящего предложения (ожидаемым техническим результатом) является обеспечение работоспособности системы кондиционирования при всех режимах эксплуатации, в том числе и при давлении воздуха на входе в систему, при котором не обеспечивается заданный расход.
Поставленная цель достигается тем, что блок регулирования расхода имеет дополнительный аналого-интегральный выход, а управляемое дросселирующее устройство, расположенное на входе основной магистрали, выполнено в виде регулятора давления воздуха «после себя» и содержит собственно дросселирующий орган с пневмоприводом, и пневмозадатчиком, электропневмопреобразователь, узел ограничения скорости изменения сигнала, а пневмозадатчик имеет две управляющие непроточные полости, образуемые жестко связанными подпружиненными мембранами с различными эффективными площадями, при этом первая управляющая полость сообщена с выходом электропневмопреобразователя, вход которого соединен с аналогово-интегральным выходом блока регулирования расхода, вторая управляющая полость сообщена с основной магистралью за компрессором через узел ограничения скорости изменения сигнала, например, дроссельно-емкостного типа. А также тем что она включает в себя сигнализатор релейного типа минимально допустимых оборотов турбины и электропневмопереключатель, пневматические гнезда которого подключены параллельно к узлу ограничения скорости изменения сигнала, при этом в цепь электропитания электропневмопереключателя включен нормально-закрытый контакт указанного сигнализатора, а в цепь "на открытие" дросселирующего устройства во второй дополнительной магистрали включен его нормально-открытый контакт. И еще тем, что она содержит задатчик минимально допустимых оборотов, который совместно с датчиком оборотов образует корректор смещения задания температуры регулятора на выходе основной магистрали.
В результате анализа технической и патентной литературы в данной области техники не обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа [3]. Следовательно заявляемый объект отвечает критерию "новизна".
Заявляемая полезная модель является "промышленно приемлемой", что подтверждается нижеследующим описанием со ссылками на чертежи в количестве 2 листов.
На чертеже (фиг.1) представлена принципиальная схема системы кондиционирования с теплоэнергетическими агрегатами и элементами автоматического регулирования параметров системы.
На чертеже (фиг.2) представлены функциональная схема регулятора температуры на выходе основной магистрали.
Система кондиционирования содержит основную магистраль 1 с расположенными в ней друг за другом регулятором расхода с входящими элементами: блоком регулирования 2, имеющим два выхода релейно-импульсный 3 и аналогово-интегральный 4, мерное устройство 5 с датчиками давления 6 и перепада давления 7, дросселирующими устройствами основным 8 и дополнительным 9, теплообменниками 10 и 11, которые охлаждаются атмосферным воздухом. Забор воздуха из атмосферы осуществляется от скоростного напора, либо вентилятором 12. Между теплообменниками 10 и 11 расположен компрессор 13, механически связанный общим валом с турбиной 14 и вентилятором, совместно образующие турбохолодильную машину (турбохолодильник). Система также содержит две дополнительные магистрали 15 и 16. Первая дополнительная магистраль 15 с установленным в ней дросселирующим устройством 17 (электроприводная заслонка) обводит турбину 14. Вторая дополнительная магистраль 16 с установленным в ней дросселирующим устройством 9 (электроприводная заслонка) обводит компрессор 13 и теплообменник 11. Система также содержит регулятор температуры на выходе из системы включающий в себя блок управления 18, датчик температуры 19, дросселирующие устройство 17, задатчик 20. Блок регулирования температуры 18 включает в себя релейно-импульсный усилитель 21 и корректор смещения задания 22, к которому подключены датчик оборотов 23 и задатчик 24 минимально допустимых оборотов турбины. Датчик оборотов
23 подключен также и к сигнализатору 25 релейного типа минимально допустимых оборотов турбины.
Основное дросселирующее устройство 8 имеет пневмопривод 26, управляемый от пневмозадатчика 27, который имеет две управляющие непроточные полости 28 и 29, образуемые жестко связанными, подпружиненными мембранами 30. Первая управляющая полость 28 пневмозадатчика 27 сообщена с магистралью 1 между компрессором 13 и турбиной 14 через узел 31 ограничения скорости измерения сигнала. Вторая управляющая полость 29 сообщена с выходом электропневмопреобразователя 32, который, в свою очередь, подключен ко входу магистрали 1 через стабилизатор 33 давления. Параллельно узлу 31 ограничения скорости изменения сигнала подключен электропневмопереключатель 34, электрический соленоид которого соединен с сигнализатором 25 минимально допустимых оборотов турбины.
На крейсерских режимах и других этапах эксплуатации летательного аппарата давление воздуха на входе основной магистрали 1 определяется режимом работы двигателей. Оно может повышаться или понижаться. Требуемый для работы системы кондиционирования расход воздуха обеспечивается за счет работы регулятора расхода, в котором мерное устройство 5 передает сигнал о величине текущего расхода на блок регулирования расхода 2, а последний, управляя дроссельным устройством 8, обеспечивает заданное значение расхода. Если давление в основной магистрали 1 мало, то дроссельное устройство 8 может полностью открыться, при этом необходимый расход обеспечивается открытием дроссельного устройства 9 во второй дополнительной магистрали 16. Охлаждение воздуха обеспечивается в теплообменниках 10 и 11, а также за счет работы турбохолодильной машины. Регулирование температуры воздуха производится на выходе основной магистрали, для чего имеется блок регулирования температуры 18.
Для получения быстродействия регулятора расхода дросселирующее устройство 8 имеет пневматический привод, подсельфонная полость которого сообщена с выходом устройства 8, что превращает его в регулятор давления "после себя". Такое выполнение дросселирующего устройства позволяет парировать все изменения давления, возникающие на входе системы при работе маршевых двигателей. Но для обеспечения требуемого расхода необходимо регулировать давление за дросселирующим устройством в широком диапазоне, что обеспечивается работой пневмозадатчика 27, который получает сигнал по давлению из турбохолодильной машины. Указанный сигнал поступает в полость 28 пневмозадатчика 27 ограниченным по скорости изменения давления в узле 31. Этот сигнал является заданием для регулятора давления и меняется в зависимости от гидравлического сопротивления турбохолодильной машины, например, от степени открытия дросселирующего устройства 17, управляемого блоком регулирования температуры 18. Давление указанного сигнала воздействует через мембраны 30 на клапан задатчика 27, который закрывается, что вызывает открытие дросселирующего устройства 8. Расход увеличивается и может стать выше заданного значения. Это отразится в блоке регулирования расхода 2, который через аналогово-интегральный выход 4 изменит пневматический сигнал с электропневмопреобразователя 32, что вызовет изменение давления в полости 29 пневмозадатчика 27. При этом разность давлений в полостях 28 и 29 приведет к изменению положения клапана, поэтому изменится задание на регулятор давления "после себя". Все изменения по давлению, происходящие в турбохолодильной машине также будут парироваться работой регулятора расхода.
Основным режимом работы системы кондиционирования является случай, когда давление на входе в систему мало и не обеспечивает требуемый расход воздуха. При этом дросселирующее устройство 8 полностью открывается и при увеличении давления возможен заброс
давления непосредственно на турбохолодильник, который может привести к разрушению последнего.
В описанной системе этого не происходит, т.к. при снижении давления воздуха на входе снижается и давление в управляющей полости 28 пневмозадатчика 27. В тоже время, т.к. текущий расход воздуха ниже требуемого то сигнал с мерного устройства 5 будет ниже заданного, что приведет к пропаданию управляющего сигнала с блока регулирования расхода 2 на катушку электропневмопреобразователя 32. Следовательно, в управляющую полость 29 не поступает смещающий сигнал. Таким образом, единственным управляющим сигналом на пневмопривод 26 будет являться давление в управляющей полости 28 пневмозадатчика смещенный в меньшую сторону за счет пружины.
Т.к. с блока управления 2 сигнал отсутствует, то дросселирующее устройство 8 совместно с пневмоприводом 26 и пневмозадатчиком 27 выполняет роль регулятора давления "после себя", настроенный на давление входа, уменьшенное на величину усилия пружины, что обеспечивает ограничение забросов при возрастании давления на входе, т.к. при увеличении давления на входе будет меняться давление в управляющей полости 28 со скоростью, определяемой работой узла ограничения изменения сигнала 31. Следовательно, и давление за дросселирующим устройством будет меняться со скоростью, заданной узлом 31. Когда расход воздуха станет равным требуемому появится сигнал в управляющей полости 29, что обеспечит стабилизацию расхода воздуха при дальнейшем увеличении давления перед турбиной. Для повышения точности работы регулятора расхода имеется стабилизатор давления 33 перед электропневмопреобразователем 32.
При включении турбохолодильной машины в рабочий режим требуется резкое увеличение давления на ее входе (для подъема ротора на газовые подшипники). Для этой цели система снабжена электропневмопереключателем 34, который при пуске шунтирует узел
ограничения скорости изменения сигнала 31. Электропневмопереключатель 34 отключается, когда обороты ротора турбохолодильной машины станут допустимыми, для чего имеется в схеме релейный сигнализатор минимально допустимых оборотов 25 ротора. Сигнализатор 25 обеспечивает также при запуске блокировку открытия дросселирующего устройства 17 по сигналам блока регулятора температуры 18 в первой дополнительной магистрали 15. Надежность работы турбохолодильной машины обеспечивается также включением в состав регулятора температуры корректора задания 22, который принимает сигналы с датчика оборотов 23 ротора турбины и сравнивает их со значением задатчика минимально допустимых оборотов 24. При наступлении положительного рассогласования по оборотам в сумматор блока регулирования температуры 18 помимо сигналов с датчика 19 и задатчика 20 температуры подается корректирующее значение уменьшения температуры на выходе турбохолодильной машины (несколько ниже требуемой), что приведет к стабилизации оборотов ротора турбохолодильной машины на заданном минимальном уровне в ущерб точности поддержания температуры блоком 18.
Введение в схему системы кондиционирования дросселирующего органа для многофункционального регулятора расхода в виде регулятора давления "после себя", пневмозадатчика 27, узла 31, охваченного электропневмопереключателем 34, сигнализатора 25 и корректора смещения задания 22 направлено на обеспечение безаварийной работы турбохолодильной машины, выполненной на газовых опорах, следовательно, и всей системы кондиционирования при всех режимах эксплуатации.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Авторское свидетельство №1016935, класс В 64 D 13/06
2. Авторское свидетельство №1159381, класс F 25 В 9/00
3. Руководство по летной эксплуатации ТУ204 - 120 с. Эксплуатация систем и оборудования. Глава 8.11 Кондиционирование воздуха. Рис.8.11.2
1. Система кондиционирования воздуха летательного аппарата, содержащая основную магистраль с расположенными в ней друг за другом управляемым дросселирующим устройством, расходомером (трубка Вентури) с датчиками давления и перепада давления, связанными с релейно-импульсным блоком регулирования расхода, двумя теплообменниками, охлаждаемыми атмосферным воздухом, и установленным между ними компрессором, оснащенным датчиком оборотов и механически связанным общим валом/с выполненной на газовых опорах турбиной, расположенной на выходе указанной магистрали, и с вентилятором, первую дополнительную магистраль, обводящую турбохолодильник, и вторую дополнительную магистраль, обводящую компрессор и теплообменник за ним с расположенными в них управляемыми дросселирующими устройствами, при этом к блоку регулирования расхода подключены управляемые дросселирующие устройства, установленные на входе основной магистрали и во второй дополнительной магистрали, отличающаяся тем, что блок регулирования расхода имеет дополнительный аналогово-интегральный выход, а управляемое дросселирующее устройство, расположенное на входе основной магистрали, выполнено в виде регулятора давления воздуха “после себя” и содержит собственно дросселирующий орган с пневмоприводом и пневмозадатчиком, электропневмопреобразователь и узел ограничения скорости изменения сигнала, а пневмозадатчик имеет две управляющие непроточные полости, образуемые жестко связанными подпружиненными мембранами с различными эффективными площадями, первая из которых сообщена с основной магистралью в точке системы, характеризующей максимальное гидравлическое сопротивление системы, например, между компрессором и турбиной через узел ограничения скорости изменения сигнала, а вторая управляющая полость сообщена с выходом электропневмопреобразователя, вход которого соединен с основной магистралью перед дросселирующим устройством посредством стабилизатора давления, а его электрический вход соединен с аналогово-интегральным выходом блока регулирования расхода.
2. Система кондиционирования воздуха летательного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что она включает в себя сигнализатор релейного типа минимально допустимых оборотов турбины и электропневмопереключатель, пневматические гнезда которого подключены параллельно к узлу ограничения скорости изменения сигнала, при этом в цепь электропитания электропневмопереключателя включен нормально-закрытый контакт указанного сигнализатора, а в цепь “на открытие” дросселирующего устройства в первой дополнительной магистрали включен его нормально-открытый контакт.
3. Система кондиционирования воздуха летательного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что она содержит задатчик минимально допустимых оборотов, который совместно с датчиком оборотов образует корректор смещения задания температуры регулятора на выходе основной магистрали.
