BR102015028563B1

BR102015028563B1 - Válvula pneumática

Info

Publication number: BR102015028563B1
Application number: BR102015028563-9A
Authority: BR
Inventors: Alan J. Fahrner; Rick Pudoka
Original assignee: Goodrich Corporation
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2022-08-23
Also published as: EP3032153B1; EP3032153A1; US9851020B2; US20160169411A1; CA2909381C; CA2909381A1; BR102015028563A2

Abstract

VÁLVULA E MÉTODO DE AQUECIMENTO DE UM FLUIDO Uma válvula inclui um corpo com uma entrada em uma primeira extremidade do corpo, e uma saída em uma segunda extremidade do corpo. Um primeiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo está localizado na entrada e aquece uma primeira fonte de fluido a uma temperatura superior a 0 graus C. Um segundo elemento de aquecimento eletricamente resistivos está localizado na saída e aquece uma segunda fonte de fluido a uma temperatura superior a 0 graus C.

Description

[001] Durante a operação, aeronaves enfrentam um risco indesejável de acúmulo de gelo sobre os componentes virados para a frente, como a borda de ataque dos aerofólios, como as asas. O gelo que se forma sobre os componentes do aerofólio pode causar arrasto, perda de elevação, e acréscimo de peso. Para evitar estes problemas, é desejável proporcionar um sistema de proteção contra o gelo que reduza a formação de gelo sobre as superfícies dos aerofólios ao mesmo tempo que mantém os gastos de energia do sistema de proteção contra o gelo relativamente baixos. Um destes sistemas de proteção contra o gelo é o degelo pneumático.

[002] Em particular, as válvulas pneumáticas utilizadas em sistemas de degelo pneumático estão sujeitas ao congelamento quando a sangria de ar fornecida a partir dos motores teve uma remoção de umidade insuficiente conforme a sangria de ar de desloca pelas válvulas pneumáticas. As válvulas pneumáticas estão normalmente localizadas em áreas não aquecidas da aeronave, e estão frequentemente localizadas de forma que elas sejam o ponto mais baixo no sistema de degelo para drenar a umidade acumulada. Quando o funcionamento da válvula pneumática é mais necessário, em temperaturas ambiente abaixo de zero, a válvula pode estar sujeita ao congelamento e tornar o sistema de degelo inativo.

SUMÁRIO

[003] Uma válvula inclui um corpo com uma entrada em uma primeira extremidade do corpo, e uma saída em uma segunda extremidade do corpo. Um primeiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo está localizado na entrada e aquece uma primeira fonte de fluido a uma temperatura superior a 0 graus C. Um segundo elemento de aquecimento eletricamente resistivos está localizado na saída e aquece uma segunda fonte de fluido a uma temperatura superior a 0 graus C.

[004] Um método para aquecer um fluido inclui a incorporação de elementos de aquecimento eletricamente resistivos em uma válvula. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos são inseridos na válvula em locais que são susceptíveis de acumulação de umidade e/ou de gelo. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos estão eletricamente ligados a uma fonte de energia.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[005] A FIG. 1 é uma vista transversal superior de uma válvula pneumática.

[006] A FIG. 2 é uma vista transversal lateral de uma válvula pneumática.

[007] A FIG. 3 é uma vista transversal lateral parcial de uma válvula pneumática.

[008] A FIG. 4 é uma vista em corte lateral de um elemento de aquecimento eletricamente resistivo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[009] No passado, algumas válvulas pneumáticas foram aquecidas pela colocação de um cartucho aquecedor no corpo da válvula, aquecendo todo o corpo da válvula para evitar o congelamento das passagens de fluido. O calor gerado é maior no ponto do aquecedor, que geralmente não está localizado perto das passagens de fluido. Este método de cartucho aquecedor permite ainda que seções da válvula congelem caso a energia disponível e capacidade de aquecimento sejam insuficientes para superar a temperatura ambiente. Um método alternativo consiste em aquecer o exterior da válvula, envolvendo o corpo de válvula em um aquecedor de silicone (ou outro material de aquecimento). Sem isolamento adequado e um bom contato entre o aquecedor e o corpo da válvula, a maior parte do calor passa para o ar circundante. Como acontece com a maioria das aplicações em aeronaves, a energia disponível é escassa e a energia necessária para aquecer o corpo da válvula inteiro através destes métodos pode não estar disponível.

[0010] Uma válvula aquecida da presente divulgação impede o possível congelamento, ou não funcionamento de uma válvula. Com o funcionamento da válvula, isto permite que todo o sistema funcione como projetado. A válvula da presente divulgação também reduz a energia necessária para evitar a formação de gelo aplicando calor diretamente nas áreas necessárias, em vez de aquecer o corpo da válvula inteiro e os elementos circundante. A válvula da presente divulgação irá concentrar o calor onde ele é mais necessário, evitando o congelamento da válvula enquanto minimiza a energia necessária para realizar o aquecimento. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos podem compartilhar o mesmo conector elétrico que fornece energia para as outras seções da válvula diminuindo, desta forma, o custo dos elementos elétricos adicionais.

[0011] A FIG. 1 é uma vista transversal superior de uma válvula pneumática 10. A válvula pneumática 10 inclui o corpo da válvula 12, a entrada da válvula 14, a saída da válvula 16, câmara do gatilho da válvula 18, e segunda câmara 20. A entrada da válvula 14 está em comunicação fluida com a câmara do gatilho da válvula 18, e a câmara do gatilho da válvula 18 está em comunicação fluida com a saída da válvula 16. A válvula pneumática 10 também inclui o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22, que está localizado dentro da câmara do gatilho da válvula 18. A segunda câmara 20 está configurada para abrigar vários elementos elétricos e elementos de controle usados para operar a válvula pneumática 10.

[0012] A válvula pneumática 10 está incluída em um sistema de degelo pneumático de uma aeronave. A válvula pneumática 10 proporciona o controle do sistema de degelo pneumático do fluido para operar mecanicamente a superfície do sistema de degelo pneumático. A superfície de degelo funciona sendo inflada e desinflada com o fluido da válvula pneumática 10 para expandir e contrair a superfície de degelo, fazendo com que o gelo se separe das aero-superfícies da aeronave. A válvula pneumática 10 direciona o fluido para o sistema de degelo pneumático, recebendo a primeira fonte de fluido 24 através da entrada da válvula 14. A válvula pneumática, 10 em seguida, passa o fluxo de gás através do corpo da válvula 12, antes de expelir a segunda fonte de fluido 26 a partir da saída da válvula 16.

[0013] A válvula pneumática 10 é geralmente feita de um material que é mecanicamente forte o suficiente para reter a pressão experimentada pela válvula pneumática 10. Alguns exemplos de materiais para a válvula pneumática 10 incluem materiais metálicos como alumínio, titânio e aço inoxidável, e outros materiais, como plástico. Além disso, a válvula pneumática 10 pode incluir uma válvula de controle de fluxo ejetor, uma válvula de distribuição dupla, um regulador de pressão, uma válvula de retenção, ou outros tipos semelhantes de válvulas pneumáticas.

[0014] A entrada da válvula 14 é configurada para receber a primeira fonte de fluido 24 a partir do motor da aeronave. A primeira fonte de fluido 24 inclui tipicamente a sangria de ar do motor da aeronave. Antes de chegar na válvula pneumática 10, a sangria de ar do motor da aeronave tipicamente passa através de uma série de válvulas de retenção, um regulador, um condicionador, e é então recebida pela válvula pneumática 10.

[0015] O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 está localizado perto da parte inferior da câmara do gatilho da válvula 18. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 pode ser ligado adesivamente ou mecanicamente ao corpo da válvula 12, e um meio de fixação pode incluir adesivo epóxi, ajuste por pressão, ou método de ajuste por compressão. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 é configurado para fornecer calor para as áreas localizadas dentro da válvula pneumática 10e, em particular, para fornecer calor ao gás se deslocando da câmara do gatilho da válvula 18 através da saída da válvula 16. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 fornece calor para o gás que passa através do aquecimento condutor. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 pode conter várias camadas, incluindo um material de isolamento térmico, um material de aquecimento com resistência elétrica flexível, e um material termicamente condutor. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22, está ligado eletricamente a uma fonte de alimentação para fornecer a energia necessária ao elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 para proporcionar aquecimento condutivo ao gás que passa sobre o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22.

[0016] A FIG. 2 é uma vista transversal lateral de uma válvula pneumática 10. Além do elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22, a válvula pneumática 10 inclui o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28 e o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28 está localizado na entrada da válvula 14, e o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30 está localizado na saída da válvula 16. Os fios condutores 32 se conectam eletricamente o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22 e o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30 a uma fonte de energia. Os fios condutores 32 estão dispostos em canais 34 que foram maquinados a partir do corpo da válvula 12 para permitir a passagem dos fios condutores 32. Os canais 34 podem ser maquinados a partir do corpo da válvula 12 após o corpo da válvula 12 ser fabricado, ou os canais 34 podem ser formados durante o processo de fabricação, como por meio de um processo adicional de fabricação. Os fios condutores 32 são fixados nos canais 34 por um meio mecânico ou adesivo, e os meios de fixação podem incluir epoxi, anéis tipo o-rings, ou outros tipos semelhantes de métodos de vedação. Os fios condutores 32 precisam ser devidamente protegidos, para evitar o vazamento de fluidos durante a prova e teste de explosão de válvula pneumática 10.

[0017] O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28 e o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30 são ambos em formato cilíndrico para caber dentro da entrada da válvula 14 e da saída da válvula 16, respectivamente. A localização do elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28 e o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30 permite o aquecimento nos locais específicos da entrada da válvula 14 e da saída da válvula 16, onde o gás entra e sai do corpo da válvula 12. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28 está configurado para aquecer a primeira fonte de fluido 24 que passa através da entrada da válvula 14 a uma temperatura superior a 0 graus C. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30 está configurado para aquecer a segunda fonte de fluido 26 que passa através da saída da válvula 16 a uma temperatura superior a 0 graus C. Os locais do elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28 e do elemento de aquecimento eletricamente resistivo 30 são utilizados para evitar a formação de umidade e de gelo na válvula pneumática 10, e a prevenção disto permite que a válvula pneumática 10 funcione corretamente. Sem o aquecimento localizado fornecido pelo elemento de aquecimento eletricamente resistivo 22, o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 28, e os elementos de aquecimento eletricamente resistivos 30, seria necessário o aquecimento do corpo da válvula 12 inteiro através de métodos de aquecimento externos que requerem um nível mais elevado de energia térmica e a energia elétrica para obter o mesmo resultado que através da utilização de elementos de aquecimento eletricamente resistivo localizados.

[0018] A FIG. 3 é uma vista transversal lateral parcial da válvula pneumática 36 de acordo com uma modalidade alternativa da presente divulgação. A válvula pneumática 36 inclui o gatilho da válvula 38 localizada na câmara do gatilho da válvula 40. O gatilho da válvula 38 inclui uma pluralidade de vedações 42. A pluralidade de vedações 42 entram em contato com as paredes internas 44 da câmara do gatilho da válvula 40 para formar compartimentos herméticos dentro da câmara do gatilho da válvula 40. A pluralidade de vedações 42 entra em contato com as paredes internas 44 em uma série de pontos de ligação 46.

[0019] A FIG. 3 exibe o gatilho da válvula em uma posição aberta, ou energizada, permitindo a comunicação de fluida entre a entrada da válvula 48 e a saída da válvula 50. O gatilho da válvula 38 pode, alternativamente, ocupar uma posição fechada, ou desenergizada, em que o gatilho da válvula 38 é empurrado para baixo pelo elemento de mola 56, para encerrar a comunicação fluida entre a entrada da válvula 48 e saída da válvula 50. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 52 e o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 54 estão localizados na entrada da válvula 48 e na saída da válvula 50, respectivamente. Elementos de aquecimento eletricamente resistivos adicionais podem ser posicionados em toda câmara do gatilho da válvula 40. Por exemplo, o elemento de aquecimento eletricamente resistivo em forma de anel 58 está localizado onde as vedações 60 entrarão em contato com as paredes internas 44 da câmara do gatilho da válvula 40, quando o gatilho da válvula 38 for abaixada para uma posição fechada.

[0020] A FIG. 4 é uma vista em corte lateral de um elemento de aquecimento eletricamente resistivo 54. O elemento de aquecimento eletricamente resistivo 54 contém três camadas incluindo material de isolamento térmico 62, aquecedor flexível 64, e material condutor térmico 66. O material de isolamento térmico 62 reduz o aquecimento das partes do corpo da válvula que não necessitam de calor. O material de isolamento térmico 62 pode ser feita de um material concebido para absorver a energia térmica, e de um material que também atua para impedir a transmissão de energia térmica. O aquecedor flexível 64 torna-se termicamente energizado e fornece energia térmica para o material condutor térmico 66. O material do aquecedor flexível 64 pode incluir qualquer material de base metálica ou de carbono condutor elétrico, como fio de cobre, de aço inoxidável, ou de resistência. O material condutor térmico 66 transfere a energia térmica do aquecedor flexível 64 para o gás que passa através da superfície do material condutor térmico 66. O material condutor térmico 66 pode ser feito de um material com uma condutividade térmica desejada, tipicamente um nível elevado de condutividade térmica. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos 22, 28, 30, 52 e 58 também pode incluir uma construção semelhante a que está prevista para o elemento de aquecimento eletricamente resistivo 54. Além disso, qualquer um dos elementos de aquecimento eletricamente resistivos discutidos neste documento pode incluir mais ou menos do que três camadas, e também podem incluir camadas e construções múltiplas de aquecedores flexíveis.

[0021] Embora a invenção seja descrita com referência a uma ou mais modalidades de exemplo, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material específicos aos ensinamentos da invenção sem que haja desvio do seu âmbito essencial. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada a modalidade particular divulgada, mas que a invenção irá incluir todas as modalidades abrangidas pelo âmbito das reivindicações acrescentadas.

DISCUSSÃO DE POSSÍVEIS MODALIDADES

[0022] São apresentadas, a seguir, descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.

[0023] Uma válvula pode incluir um corpo com uma entrada em uma primeira extremidade do corpo, e uma saída em uma segunda extremidade do corpo. Um primeiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo pode estar localizado na entrada e pode aquecer uma primeira fonte de fluido a uma temperatura superior a 0 graus C. Um segundo elemento de aquecimento eletricamente resistivo pode estar localizado na saída e pode aquecer uma segunda fonte de fluido a uma temperatura superior a 0 graus C.

[0024] A válvula do parágrafo anterior pode incluir, opcionalmente, além disso e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais.

[0025] A primeira e a segunda fontes de fluido podem incluir um gás. A válvula pode ser uma válvula pneumática utilizada em um sistema de degelo pneumático para uma aeronave. A primeira fonte de fluido pode incluir sangria de ar de um motor de turbina de uma aeronave. Ambos os elementos de aquecimento eletricamente resistivos podem incluir um material termicamente isolante, um aquecedor flexível e um material termicamente condutor. O corpo da válvula pode incluir uma câmara do gatilho com paredes internas, e gatilho posicionado no interior da câmara do gatilho. O gatilho pode permitir a regulação da comunicação fluida entre a entrada e a saída. Uma pluralidade de vedações pode estar disposta no gatilho e posicionada para permitir o contato com as paredes internas da câmara do gatilho em uma série de pontos de ligação. O corpo da válvula pode incluir ainda um ou mais elementos de aquecimento eletricamente resistivos adicionais que podem ser dispostos nas paredes internas da câmara do gatilho e posicionados de modo adjacente a pelo menos um da série de pontos de ligação.

[0026] Um método para aquecer um fluido pode incluir a incorporação de elementos de aquecimento eletricamente resistivos em uma válvula. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos podem ser inseridos na válvula em locais susceptíveis de acumulação de umidade e/ou de gelo. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos podem estar eletricamente ligados a uma fonte de energia.

[0027] O método de aquecimento de gás do parágrafo anterior pode incluir, opcionalmente, adicionalmente e/ou alternativamente, qualquer um ou mais dos seguintes recursos, configurações e/ou componentes adicionais.

[0028] O fluido pode ser um gás. A válvula pode ser posicionada dentro de um sistema de degelo pneumático para uma aeronave. A obtenção da válvula pode incluir ainda a concepção de uma válvula pneumática a fim de incluir elementos de aquecimento eletricamente resistivos. A obtenção da válvula pode também incluir a fabricação da válvula. Os elementos de aquecimento eletricamente resistivos podem ser posicionados em uma entrada da válvula, uma saída da válvula e/ou em uma parede internar de uma câmara do gatilho da válvula.

Claims

1. Válvula pneumática (10; 36), caracterizada pelo fato de que compreende: um corpo de válvula (12); uma entrada (14; 18) disposta em uma primeira extremidade do corpo de válvula (12); uma saída (16; 50) disposta em uma segunda extremidade do corpo de válvula (12); uma câmara do gatilho (40) dentro do corpo de válvula, a câmara do gatilho (40) incluindo paredes internas (44), em que a câmara do gatilho está em comunicação fluida com a entrada e a saída; um gatilho (38) posicionado dentro da câmara do gatilho (40), o gatilho (38) permitindo a regulação da comunicação fluida entre a entrada (48) e a saída (50); e uma pluralidade de vedações (42; 60) dispostas no gatilho (38) e posicionadas para permitir o contato com as paredes internas (44) da câmara do gatilho (40) em uma série de pontos de ligação (46). um primeiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo (28; 52) disposto no interior da entrada (14; 48), em que o primeiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo (28; 52) aquece o ar (24) que passa através da entrada (14; 48) a uma temperatura superior a 0 graus C; e um segundo elemento de aquecimento eletricamente resistivo (30; 54) disposto dentro da saída (16; 50) , em que o segundo elemento de aquecimento eletricamente resistivo (30; 54) aquece o ar (26) que passa através da saída (16; 50) a uma temperatura superior a 0 graus C; e um terceiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo (58) em forma de anel disposto ao longo de uma superfície interna de pelo menos uma das paredes internas (44) da câmara do gatilho (40), de modo que pelo menos uma da pluralidade de vedações (60) entre em contato com o terceiro elemento de aquecimento eletricamente resistivo (58) quando o gatilho (38) está na posição fechada.

2. Válvula pneumática (10; 36) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a válvula (10; 36) é uma válvula pneumática conectada a um sistema de degelo pneumático.

3. Válvula pneumática (10; 36) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o sistema de degelo pneumático é utilizado em uma aeronave.

4. Válvula pneumática (10; 36) de acordo com qualquer uma das reinvidicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o ar (24) é sangria de ar de um motor de turbina de uma aeronave.

5. Válvula pneumática (36) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que os elementos de aquecimento eletricamente resistivos (30; 54) incluem um material termicamente isolante (62), um aquecedor flexível (64), e um material termicamente condutor (66).

6. Válvula pneumática (36) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de incluir ainda um ou mais elementos de aquecimento eletricamente resistivos adicionais (58) dispostos nas paredes internas (44) da câmara do gatilho (40) e posicionados de modo adjacente a pelo menos um da série de pontos de ligação.