Агрегаты оборудования герметической кабины

Одной из важных задач СКВ является поддержание заданного давления воздуха в ГК. Это обеспечивается с помощью различных регуляторов давления. Тип регулятора определяется значениями входного и выходного давлений, температурой и расходом газа.

По принципу действия автоматические регуляторы делятся на регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия (рис. 3.10) измерительный (чувствительный элемент) и исполнительный (регулирующий орган) узлы представляют собой единое целое. Воздействие на исполнительный механизм передается непосредственно от чувствительного элемента. Эти регуляторы просты в конструкции, но имеют ряд недостатков: большая зона нечувствительности; склонность к автоколебаниям; при больших расходах воздуха имеют большие габаритные размеры и массу.

Регуляторы прямого действия в настоящее время применяются для поддержания постоянного давления в небольших гермообъемах (отсеках с объемом до 1 м³) при подаче воздуха с расходом до 10 кг/ч и в качестве предохранительной аппаратуры.

В самолетных СКВ в качестве рабочего тела используется сжатый воздух. При этом газ подводится с определенным давлением, которое поддерживается в нужных диапазонах регуляторами давления. Тип регулятора определяется значениями входного и выходного давлений, температурой и расходом газа. Регуляторы давления могут поддерживать избыточное или абсолютное давление. Регуляторы избыточного давления – редукторы регулируют давление по отношению к давлению окружающей среды. Регуляторы абсолютного давления поддерживают постоянную разность давлений между давлением в герметичном объеме чувствительного элемента и выходным давлением.

Характеристики самолетных СКВ, их эффективность и надежность работы, качество поддержания параметров воздуха в кабинах и отсеках зависят от работоспособности сетевых регуляторов давления. Сетевые регуляторы давления устанавливаются в СКВ для понижения давления, получаемого от компрессора двигателя. Они характеризуются большой пропускной способностью (расход воздуха 1 кг/с), широким изменением входных давлений от 0,1 до 3,0 МПа при температуре рабочего воздуха до 650°С. Сетевые регуляторы давления бывают прямого и непрямого действия и имеют весьма разнообразные конструктивные схемы.

Сетевые регуляторы прямого действия, так же как и регуляторы давления кабины, имеют ряд недостатков, которые препятствуют их применению. Поэтому современные сетевые регуляторы выполняют по схеме непрямого действия.

Регулятор давления воздуха предназначен для поддержания заданного закона изменения давления воздуха в кабине, а также для предохранения кабины от опасного разрежения воздуха.

На рис. 3.10 показана принципиальная схема регулятора прямого действия. В конструктивном отношении регулятор представляет собой агрегат, объединяющий в одном корпусе три элемента: регулятор постоянного абсолютного давления; регулятор постоянного перепада давлений и предохранительный клапан обратного перепада давления. Регулятор постоянного абсолютного давления обеспечивает поддержание в кабине давления воздуха на участках (h ₁ – h ₅)кривой 3 (см. рис. 3.9). Чувствительным элементом регулятора постоянного абсолютного давления является вакуумированный сильфон 2 с расположенной внутри пружиной 7 (см. рис. 3.10).

Регулятор постоянного перепада давлений предназначен для поддержания постоянного перепада давления между давлением внутри кабины и давлением наружного воздуха на участке (h ₅ – h ₆) кривой 3 (см. рис. 3.9). Чувствительным элементом регулятора постоянного перепада давлений является спиральная пружина 6 (см. рис. 3.10), оттарированная на силу, соответствующую избыточному давлению Δ р _к. Регуляторы постоянного абсолютного давления и постоянного перепада давлений конструктивно выполнены так, что их чувствительные элементы: сильфон и пружина независимо друг от друга действуют на один и тот же исполнительный орган – сдвоенные клапаны 4 и 5.

Рис. 3.10. Принципиальная схема регулятора: 1 – корпус; 2 – сильфон; 3 – шток; 4 и 5 – клапаны; 6 – пружина регулятора постоянного перепада давлений; 7 – пружина сильфона; 8 – серьга; 9 – кожух; 10 – предохранительный клапан

Наличие серьги 8 обеспечивает некоторый ход штока 3 с клапанами относительно сильфона 2. Пружина 6 прижимает верхний конец штока к серьге и этим самым создает необходимую жесткость передающей системы от сильфона к клапанам.

Работают регуляторы постоянного абсолютного давления и постоянного перепада давлений следующим образом. При полете на уровне земли давление воздуха внутри сильфона 2 меньше атмосферного, потому сильфон находится в сжатом состоянии и клапаны 4 и 5 полностью открыты. По мере увеличения высоты полета давление наружного воздуха, а, следовательно, и давление в кабине понижается, вследствие чего сильфон 2 будет постепенно расширяться, уменьшая посредством клапанов 4 и 5 площадь проходного сечения. До высоты h ₁ (см. рис. 3.9, кривая 3), сильфон 2, расширяясь, оставляет клапаны 4 и 5 открытыми настолько, что в кабине не создается избыточного давления. На высоте h ₅, дальнейшее расширение сильфона приводит к такому прикрытию клапанов 4 и 5, что в кабине по сравнению с окружающей атмосферой создается избыточное давление. Начиная с высоты h ₅, вступает в работу регулятор постоянного перепада давлений.

Если перепад давлений окажется выше допустимого, то он преодолеет силу упругости пружины 6, клапаны 4 и 5 отойдут от седел и выпустят воздух из кабины, что приведет к уменьшению перепада давлений. При снижении перепада давления картина изменится на противоположную.

Уравнение равновесия клапанов на режиме поддержания постоянства давления в кабине (высоты полета h₁…h₅):

Р _гк f ₁ + Р _а f ₂ + Р _пр.с.= Р _гк f ₂ + Р _а f ₁ + Р _гк f _с.

где p _гк – давление в кабине;

f ₁ – площадь верхнего клапана;

f ₂ – площадь нижнего клапана;

f _с – площадь сильфона;

Р _пр.с – сила натяжения пружины сильфона;

p _a – атмосферное давление;

p _гк (f ₁ – f ₂ – f _с)= p _а (f ₁ – f ₂) – Р _пр.с

p _гк (f _с + f ₂ – f ₁) = p _а (f ₂ – f ₁) + Р _пр.с

p _гк = p _а + .

В последней формуле (f ₂ – f ₁) << (f _с+ f ₂ – f ₁), поэтому, пренебрегая первым членом уравнения, получаем:

p _гк ≈ .

Здесь Р _пр.с≈ const; (f _с + f ₂ – f ₁)= const, поэтому Р _гк ≈ const

Уравнение равновесия клапанов. Рассмотрим уравнение равновесия сил, действующих на клапаны регулятора на режиме поддержания постоянства перепада давления в кабине (высоты полета h ₅… h ₆):

p _гк f ₁ + p _a f ₂ = p _гк f ₁ + p _a f ₂ + P _пр,

где P_пр – сила натяжения пружины 6.

Преобразовав это равенство и обозначив p_гк – p_a =Δ р, получим

Δ р = P_пр / (f ₂ – f ₁) = const, откуда следует, что регулятор на участке кривой (h ₅ – h ₆) (см. рис. 3.9, кривая 3) будет поддерживать постоянный перепад давления.

Сетевые регуляторы давления

Рис. 3.11. Схема сетевого регулятора избыточного давления: 1 – заслонка; 2 – сильфон; 3 – шток сильфона; 4 – рычаг заслонки; 5 – мембрана чувствительного элемента; 6, 10 – пружины; 7 – температурный компенсатор; 8 – седло усилителя; 9 – дроссель; 11 – силовой шток.

Регулятор избыточного давления непрямого действия. На рис. 3.11 показана схема сетевого регулятора, состоящего из исполнительного и командного механизмов. Исполнительный механизм регулятора, в свою очередь, состоит из регулирующего органа – заслонки 1 и сервопривода, основным элементом которого является герметичный сильфон 2, во внутреннюю полость которого из командного механизма подводится воздух. При изменении давления в сильфоне перемещается шток 3, который через рычаг 4 поворачивает регулирующую заслонку на определенный угол, изменяя площадь проходного сечения.

Командный механизм регулятора избыточного давления состоит из чувствительного элемента и усилителя. Чувствительный элемент состоит из мембраны 5, пружины 6, биметаллического компенсатора 7, предназначенного для компенсации тепловых изменений жесткости пружины и корпуса чувствительного элемента. При повышении температуры пластина компенсатора изгибается и поджимает пружину.

На любом установившемся режиме работы, т.е. при постоянном давлении р ₁ на входе в регулятор и постоянном расходе воздуха, действие давления р ₂ на выходе из регулятора на мембрану 5 командного механизма уравновешивается усилием пружины 6. При этом мембрана 5 образует определенный зазор над седлом 8. Воздух, проходящий через отверстие седла, частично сбрасывается через дроссельное отверстие 9 в атмосферу, а затем с давлением р _упрпоступает по трубке во внутреннюю полость сильфона 2 сервопривода. Величина р _упр зависит от соотношения проходных сечений седла 8 и дросселя 9, обеспечивая постоянное усилие на мембрану 5. Действие давления р _упр на сильфон уравновешивается пружиной 10, установленной между сильфоном и корпусом. Каждому значению величины р _упр соответствует определенная длина сильфона 2, а, следовательно, положение заслонки 1 регулирующего органа агрегата. При повышении, например, давления р ₂ мембрана 5 прогибается. Проходное сечение между седлом 8 увеличивается, давление р _упр повышается, сильфон 2 расширяется, поворачивает заслонку 1 на закрытие. В результате выходное давление р ₂ уменьшается. Регуляторы избыточного давления применяются, как правило, для защиты воздушных агрегатов от повышенного давления.