BRPI0800652A2 - dispositivo de controle de posição de atuador, dispositivo de controle de fluxo de combustìvel em um motor aeronáutico, e, motor aeronáutico - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO DE CONTROLE DE POSIçãO DE ATUADOR, DISPOSITIVO DE CONTROLE DE FLUXO DE COMBUSTìVEL EM UM MOTOR AERONáUTICO, E, MOTOR AERONáUTICO. O atuador (50) compreende um cursor (52) portando pelo menos dois estágios (54, 56) e sendo capaz de deslizar dentro de um cilindro e duas câmaras de controle (62,64) conectadas com respectivos orificios de uso (U1, U2) de um distribuidor hidráulico de servo-válvula (20) eletricamente controlado. As câmaras de controle (62,64) são, cada, situadas em um lado de um respectivo estágio e uma câmara intermediária conectada com alta ou baixa pressão é situada entre os outros lados dos estágios. Na eventualidade de falha de controle elétrico, o cursor do distribuidor (20) é levado para uma posição de segurança na qual as câmaras de controle (62,64) do atuador (50) estão na mesma baixa ou alta pressão oposta àquela aplicação na câmara intermediária (66) de modo que cada estágio do cursor de atuador é então sujeito a alta pressão em um lado e a baixa pressão no outro lado. Vedação entre cada estágio de cursor de atuador (54,56) e o cilindro de atuador (60) é executada por meio de uma vedação dinâmica (70) produzindo uma força de fricção entre estágio e cilindro, dependendo da diferença entre as pressões exercidas nos dois lados do estágio de modo que, na eventualidade de falha de controle elétrico, a válvula de cursor de atuador é imobilizada em sua posição no momento da falha ("congelamento de falha"). O atuador (50) pode ser uma unidade de dosagem de combustível de motor aeronáutico.

Description

"DISPOSITIVO DE CONTROLE DE POSIÇÃO DE ATUADORDISPOSITIVO DE CONTROLE DE FLUXO DE COMBUSTÍVEL EM UMMOTOR AERONÁUTICO, E, MOTOR AERONÁUTICO"
Antecedentes da invenção
Esta invenção refere-se ao controle de posição de um atuadorpor meio de uma servo-válvula eletricamente controlada.
Um campo particular de aplicação da invenção é aquele decontrole de posição de atuadores usados em motores aeronáuticos,especialmente para dosar combustível ou para ajustar palhetas de guia tendoângulo de ajuste variável ou abas de bocal em motores de turbina a gás.
Para essas aplicações, o "congelamento" da posição de umelemento controlado é requerida na eventualidade de falha elétrica no controlede servo-válvula, para prover operação de segurança e de modo que a posiçãoocupada antes da falha pode ser novamente encontrada quando tiver sidopossível corrigir a falha.
Servo-válvulas com o que é chamado de memória de posiçãona eventualidade de uma falha (ou servo-válvulas com "congelamento defalha") são bem conhecidas. Em particular, será possível se referir aodocumento FR 2 818 331. Neste documento, a servo-válvula compreende umdistribuidor, o qual, na eventualidade de uma falha de controle elétrico, vaipara uma posição na qual orifícios de uso de distribuidor conectados comcâmaras de controle de atuador são fechados. Um desvio da posição'congelada' do atuador é difícil de ser evitada, devido a fugas do fluidohidráulico contido nas câmaras de controle.
Objetivo e sumário da invenção
O objetivo da invenção é propor um dispositivo de atuadorcontrolado por meio de uma servo-válvula eletricamente controlada, em que aposição do atuador pode ser congelada na eventualidade de uma falha elétricasem substancial risco de desvio.Este objetivo é atingido com um dispositivo compreendendo:
- uma servo-válvula eletricamente controlada compreendendoum distribuidor hidráulico tendo pelo menos um orifício de suprimento de altapressão, pelo menos uma saída de baixa pressão e pelo menos dois orifíciosde uso, cada orifício de uso sendo conectável com alta pressão ou baixapressão, dependendo da posição controlada de um cursor no distribuidorhidráulico e
- um atuador compreendendo um cursor portando pelo menosdois estágios e capaz de deslizar dentro de um cilindro, o atuador tendo duascâmaras de controle conectadas com respectivos orifícios de uso nodistribuidor de servo-válvula e cada uma situada em um lado de umrespectivo estágio e uma câmara intermediária conectada com alta ou baixapressão e situada entre os outros lados dos estágios,
- o cursor de distribuidor hidráulico sendo levado, naeventualidade de uma falha de controle elétrico, para uma posição desegurança na qual ele causa a imobilização do cursor de atuadorsubstancialmente em sua posição no instante da falha,
um dispositivo no qual:
- na posição de segurança do cursor de distribuidor hidráulico,as câmaras de controle de atuador são levadas, por meio de sua conexão comos orifícios de uso de distribuidor, para uma mesma baixa ou alta pressãooposta àquela aplicação na câmara intermediária de modo que cada estágio docursor de atuador é então sujeito a alta pressão em um lado e a baixa pressãono outro lado, e
- a vedação entre cada um dos ditos estágios do cursor deatuador e o cilindro de atuador é provida por meio de uma vedação dinâmicaproduzindo uma força de fricção entre estágio e cilindro, dependendo dadiferença entre as pressões exercidas nos dois lados do estágio.
Vantajosamente, a câmara intermediária de atuador éconectada com alta pressão e, em sua posição de segurança, o cursor dedistribuidor conecta os orifícios de uso de distribuidor com a baixa pressão.
Assim, a posição congelada do cursor de atuador não é afetadapor fugas. Menores fugas das vedações não alteram o valor diferencial depressão que se aplica às vedações dinâmicas e, assim, à força de fricção que"congela" a posição de cursor de atuador.
A invenção é especialmente aplicável a um dispositivo decontrole de fluxo de combustível em um motor aeronáutico, o atuadorformando um dispositivo de dosagem de combustível com uma câmaraintermediária conectada com uma fonte de combustível de alta pressão etendo um orifício de saída, cuja seção transversal de fluxo é uma função daposição de cursor de atuador.
Em uma tal aplicação, as vedações dinâmicas tambémoferecem a vantagem de prevenir fugas do fluxo do combustível dosado.
Breve descrição do desenho
A invenção será melhor entendida quando a descrição dadaabaixo, em uma base de guia, mas não limitativa, é lida, com referência aosdesenhos anexados, nos quais:
- a figura 1 ilustra esquematicamente um dispositivo comservo-válvula e atuador de acordo com uma forma de concretização dainvenção,
- as figuras 2A e 2B são vistas de detalhe, cortadas, ampliadas,de um tipo de vedação dinâmica que pode ser usada para vedação entre ocursor e o cilindro do atuador na figura 1,
- a figura 3 mostra uma relação entre a intensidade de umacorrente elétrica de controle de servo-válvula e vários pontos de operaçãodiferentes, e
- as figuras 4A a 4F são vistas mostrando muitoesquematicamente configurações de um distribuidor hidráulico de uma servo-válvula na figura 1 para vários pontos de operação diferentes na figura 3.Descrição detalhada de formas de concretização
Uma forma de concretização da invenção será descrita comreferência às figuras 1 a 3 e 4A-4F no contexto de aplicação para dosagem(controle de fluxo) de combustível para um sistema de injeção de combustívelde motor aeronáutico.
A figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de servo-válvula 10 que controla um atuador 50 formando uma unidade de dosagem decombustível.
A servo-válvula 10 é eletricamente controlada e compreendeum elemento de motor elétrico, por exemplo um motor de torque elétrico 12,um distribuidor hidráulico 20 e elementos hidromecânicos associados(potenciômetro hidráulico e seguidor negativo mecânico) que formam oelemento de controle piloto 14 do distribuidor 20.
O distribuidor hidráulico 20, uma particular forma deconcretização do qual é descrita abaixo, compreende um cursor que pode semover com movimento de translação linear em um cilindro. O distribuidor 20compreende orifícios conectados com um suprimento de alta pressão (HP)duplo e com uma saída (ou retorno de tanque de baixa pressão (LP)), saídasde uso Ul, U2 conectadas com a unidade de dosagem 50 e entradas decontrole piloto PI, P2 abrindo-se para câmaras de controle piloto situadas nasextremidades do distribuidor 20. As entradas de controle piloto PI, P2 sãoconectadas com o elemento de controle piloto 14, as pressões aplicadas peloúltimo às entradas PI, P2 atuando em oposição uma com respeito à outra paracontrolar o deslocamento do cursor de distribuidor. O fluido hidráulico usadopode ser o combustível.
A unidade de dosagem de combustível 50 compreende umcursor 52 portando dois estágios 54, 56 e sendo capaz de deslizar dentro deum cilindro 60. Os estágios 54, 56 dividem o volume interno do cilindro 60em duas câmaras de controle 62, 64 situadas nas extremidades do cilindro 60e em uma câmara intermediária 66, entre os estágios 54, 56. As câmaras decontrole 62, 64 são conectadas por meio de linhas de controle com as saídasde uso Ul, U2.
A câmara intermediária 66 é conectada através de um orifíciode suprimento 66a com o suprimento de alta pressão (HO) (fonte desuprimento de combustível de alta pressão) e através de um orifício de uso66b com um tubo de injeção de combustível. O grau de fechamento doorifício de uso 66b por meio do estágio 56 determina o fluxo dosado.
Um conjunto de unidade de servo-válvula/dosagem decombustível, como descrito acima, é conhecido por si.
Na eventualidade de falha d excitação elétrica de servo-válvula, o cursor de distribuidor hidráulico vai para uma posição na qual amesma pressão, no presente caso baixa pressão, é disponível nas saídas de usoU1 e U2. Cada estágio 54, 56 da unidade de dosagem 50 é então sujeita, emum lado, a baixa pressão e, no outro lado, a alta pressão.
Vedação entre os estágios 54, 56 e o cilindro 60 é executadapor meio de vedações dinâmicas produzindo uma força de fricção entreestágio e cilindro, dependendo da diferença entre as pressões exercidas nosdois lados de cada um dos estágios. Assim, na eventualidade de falha deexcitação elétrica de servo-válvula, esta diferença em pressão está no máximo(diferença entre HP e LP), então a força de fricção está também no máximo.A posição do cursor 52 no instante da falha pode, por conseguinte, serpreservada sem o risco de substancial desvio, de modo que a taxa de fluxo decombustível é congelada em seu valor no momento da falha.
As figuras 2A e 2B mostram em uma maneira mais detalhadade uma forma de concretização de uma tal vedação dinâmica 70. Em umamaneira por si conhecida, a última compreende um anel-O 72 alojado em umaranhura 74 formada na parede interna do cilindro 60 e um anel 76 alojadopelo menos parcialmente na ranhura 74, suportado sobre o anel-O 72. O anel-
O 72 é feito de um elastômero, por exemplo Viton®. A figura 2A mostra avedação 70 quando as pressões aplicadas nos dois lados da vedação são iguaisou muito diferentes. Sob o efeito de uma grande diferença em pressão entre osdois lados e a vedação 70 (figura 2B), o anel-O deforma e exerce sobre o anel76 uma força que tende a aumentar a força exercida sobre o estágio adjacenteestágio (estágio 54, por exemplo). O anel 76 é preferivelmente feito de ummaterial com um baixo coeficiente de fricção, politetrafluoroetileno (PTFE),por exemplo. Evidentemente, em uma variante, a ranhura alojando o anel-Opoderia ser formada no estágio.
Com o uso de vedações dinâmicas, é também possívelmelhorar a vedação entre os estágios 54, 56 e o cilindro 60, na operaçãonormal de uma unidade de dosagem, reduzindo as exigências de tolerânciassobre as dimensões.
Um exemplo de variação da taxa de fluxo de combustíveldosado como uma função da intensidade de uma corrente de excitação doelemento de motor elétrico 12 é mostrado na figura 3.
Os pontos de operação A, B, C, D, E e F correspondem aoseguinte, respectivamente: a taxa de fluxo máxima (A), a taxa estacionária(B), os limites de uma faixa de taxa de fluxo mínimo (C-D) e os limites (A-B)da faixa de posição "congelada"" ("congelamento de falha"), quando aintensidade da corrente de excitação se torna demasiadamente baixa ou nula.
As figuras 4A a 4F mostram as posições do cursor dedistribuidor hidráulico 22 com respeito ao cilindro 40 deste mesmodistribuidor 20 para os vários pontos de operação diferentes AaF,respectivamente, posições estas que são controladas por meio do elemento decontrole piloto 14 sob a ação do elemento de motor elétrico 12.
Na posição A, o cursor 22 está em uma primeira extremidadede seu curso no cilindro 40, a positive diferença entre as pressões que seaplicam nas câmaras de controle piloto 31, 32 nas extremidades do cilindroestando no máximo. As câmaras de controle piloto 31, 32 são definidas pormeio das extremidades do cilindro 40 e dos respectivos estágios 23, 24portados pelo cursor 22. A saída de uso U2 (que aqui compreende doisorifícios separados formados na parede do cilindro 40) se comunica combaixa pressão LP através de uma câmara de LP 33, que é situada entre oestágio 23 e um estágio 25 e no qual a saída se abre. A saída de uso Ul secomunica com alta pressão HP através da câmara de controle piloto 31.
Na posição Β, o cursor 22 fecha a saída de uso Ul com oestágio 23 e os dois orifícios formando a saída de uso U2 com o estágio 25 eum estágio 26.
Nas posições C e D, o cursor 22 coloca a saída de uso emcomunicação com alta pressão através de uma câmara de HP 35 situada entreos estágios 24 e 26, enquanto a saída de uso 31 se abre na câmara LP 33.
Nas posições E e F. o cursor 22 coloca a câmara de LP 33 emcomunicação com a saída de uso Ul e com a saída de uso U2 através de umapassagem 29 formada na válvula de cursor 22 e conectando a câmara de LP33 com uma câmara 34 situada entre os estágios 25 e 26. Na posição F, ocursor 22 está na outra extremidade de seu curso no cilindro 40.
Evidentemente, o perfil de operação na figura 3 e o arranjointerno de do distribuidor de servo-válvula descrito acima são dadossimplesmente a título de exemplos, outras formas sendo possíveis, desde que,na eventualidade de falha de excitação elétrica da servo-válvula 10, o cursordo distribuidor hidráulico 20 vai para uma posição de segurança na qual, nopresente caso, as saídas de uso Ul e U2 estão, ambas, em baixa pressão paraprover o "congelamento" da posição da unidade de dosagem 50.
A invenção é, evidentemente, aplicável em atuadoreshidráulicos outros que não unidades de dosagem de combustível para motoresaeronáuticos, pois a posição de atuador pode ser "congelada" pela aplicação,em duas câmaras de controle do atuador, de uma pressão (LP ou HP) opostaàquela aplicação em uma câmara intermediária com vedação por meio devedações dinâmicas entre a câmara intermediária e cada uma das câmaras decontrole.

Claims (4)

1. Dispositivo de controle de posição de atuador,compreendendo:uma servo-válvula eletricamente controlada (10)compreendendo um distribuidor hidráulico (20) tendo pelo menos um orifíciode aplicação de alta pressão (HP), pelo menos uma saída de baixa pressão(LP) e pelo menos dois orifícios de uso (Ul, U2), cada orifício de uso sendoconectável com alta pressão ou baixa pressão, dependendo da posiçãocontrolada de um cursor do distribuidor hidráulico e- um atuador (50) compreendendo um cursor (52) portandopelo menos dois estágios (54, 56) e sendo capaz de deslizar dentro de umcilindro (60), o atuador tendo duas câmaras de controle (62, 64) conectadascom respectivos orifícios de uso (Ul, U2) do distribuidor de servo-válvula ecada uma situada em um lado de um respectivo estágio e uma câmaraintermediária (66) conectada com alta ou baixa pressão e situada entre osoutros lados dos estágios,- o cursor de distribuidor hidráulico (22) sendo levado, naeventualidade de falha de controle elétrico, para uma posição de segurança naqual ele causa a imobilização do cursor de atuador substancialmente em suaposição no momento da falha,caracterizado pelo fato de que:- na posição de segurança do cursor de distribuidor hidráulico(22), as câmaras de controle de atuador (62, 64) são levadas, através de suaconexão com os orifícios de uso de distribuidor (Ul, U2), para a mesma baixaou alta pressão oposta àquela aplicação na câmara intermediária (66) de modoque cada estágio de cursor de atuador (54, 56) é então sujeito a alta pressãoem um lado e a baixa pressão no outro lado, e- vedação entre cada um dos ditos estágios (54, 56) do cursorde atuador e o cilindro de atuador (60) é executada por meio de uma vedaçãodinâmica (70) produzindo uma força de fricção entre estágio e cilindro,dependendo da diferença entre as pressões exercidas nos dois lados doestágio.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a câmara intermediária de atuador (66) é conectada com altapressão (HP) e, em sua posição de segurança, o cursor do distribuidor (20)conecta os orifícios de uso de distribuidor (Ul, U2) com baixa pressão (LP).
3. Dispositivo de controle de fluxo de combustível em ummotor aeronáutico, compreendendo um dispositivo de controle de posição deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o atuador(50) forma uma unidade de dosagem de combustível, a câmara intermediária(66) sendo conectada com uma fonte de combustível de alta pressão e tendoum orifício de saída, cuja seção transversal de fluxo é uma função da posiçãode cursor de atuador.
4. Motor aeronáutico, caracterizado pelo fato de quecompreende um dispositivo de controle de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3.
BRPI0800652-0A 2007-03-21 2008-03-20 Dispositivo de controle de posição de atuador, dispositivo de controle de fluxo de combustível em um motor aeronáutico, e, motor aeronáutico BRPI0800652B1 (pt)

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