CN101865143B - 一种涡轮泵功率自动调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮泵功率自动调节装置，包括设置在涡轮进气壳体外的扬程阀、设置在涡轮进气壳体内的进气阀、用于连接进气阀油路和扬程阀油路的进口腔控制通道和出口腔回流通道；本发明解决了大空域、宽马赫数、大范围变工况工作的吸气式发动机喷管、进气道调节难的技术问题。本发明保证涡轮泵输出功率在额定值范围之内并且提高其加工与装配的工艺性。

Description

一种涡轮泵功率自动调节装置

技术领域

本发明涉及一种用于航空、航天领域的发动机液压伺服系统的涡轮泵功率自动调节装置，可以广泛应用于航空、航天发动机上的各类采用涡轮泵作为动力源的液压伺服系统，如喷管调节系统，可调进气道控制系统，同时可用于飞行器的机翼、液压舵机控制等系统，也可以用于发动机燃料供应调节系统。

背景技术

随着各类吸气式发动机的发展，特别是亚燃/超燃冲压发动机技术的快速发展，其飞行马赫数不断的提高，工作空域范围变宽，发动机必须采用尾喷管调节控制技术，以及进气道调节控制技术，从而使得发动机能够更好发挥其性能效益。发动机可调喷管液压伺服系统的动力源由空气涡轮泵提供，为了满足调节系统能够稳定、可靠的工作，需要在涡轮进气工况随空域连续变化的情况下保证泵扬程恒定，因此，需要对涡轮取气量进行调节，即调节涡轮的输入功率，来实现泵输出功率的调节以及扬程的恒定。

目前，航空、航天发动机上使用的液压伺服系统基本上都是通过电机等方式带动容积泵(齿轮泵、柱塞泵等)来提供动力源，或采用高压气瓶增压的方式。另外，采用柱塞泵进行系统增压或供油的方案中，其中也有采用功率自动调节机构，它是通过调节柱塞泵的斜盘角度来保证泵输出功率的恒定，而在发动机液压伺服系统与燃油供应调节系统上所使用的涡轮泵都为不可调方式。

发明内容

本发明目的是提供一种可根据系统负载的变化而对涡轮进气量进行调节、系统能够稳定可靠工作、节能的涡轮泵功率自动调节装置，其解决了大空域、宽马赫数、大范围变工况工作的吸气式发动机喷管、进气道调节难的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种涡轮泵功率自动调节装置，包括设置在涡轮进气壳体1外的扬程阀15、设置在涡轮进气壳体1内的进气阀2、用于连接进气阀2油路和扬程阀15油路的进口腔控制通道13和出口腔回流通道14；

所述扬程阀15包括扬程阀壳体12、设置在扬程阀壳体12内并与扬程阀进口通道32相通的扬程阀进口腔33、设置在扬程阀壳体12内并与扬程阀出口通道31相通的扬程阀出口腔34、设置在扬程阀进口腔33和扬程阀出口腔34之间的扬程阀阀芯19、设置在扬程阀出口腔34内并且顶住扬程阀阀芯19的扬程阀调节弹簧22、设置在扬程阀阀芯19中部与扬程阀壳体12间的回油腔37，所述回油腔37通过设置在扬程阀壳体12上的调节窗口26与进口腔控制通道13相通；

所述进气阀2包括进气阀壳体38、设置在进气阀壳体38内的进气阀出口腔36、设置在进气阀壳体38内的进气阀进口腔35、设置在进气阀出口腔36和进气阀进口腔35之间的进气阀阀芯5、设置在进气阀出口腔36内并顶住进气阀阀芯5的进气阀调节弹簧3、设置在涡轮进气壳体头部40的调节环10，所述调节环10与进气阀阀芯5同轴固连，所述调节环10可在进气阀阀芯5的带动下改变涡轮泵进气调节口30的流通面积；

所述进气阀出口腔36通过出口腔回流通道14与扬程阀出口腔34相通，所述进气阀进口腔35通过进口腔控制通道13与扬程阀进口腔33相通；所述进口腔控制通道13通过节流圈27与扬程阀进口通道32相通，所述扬程阀进口腔33的入口处设置有阻尼孔28；

所述回油腔37和扬程阀出口腔34之间设置有用于连通的中间通道39。

上述扬程阀还包括直径小于扬程阀阀芯19的小阀芯16，所述小阀芯16与扬程阀阀芯19同轴固连设置。

本发明的优点如下：

1)本发明采用高精度调节方案——间接作用调节方式，能够确保大范围负载变化下的泵扬程调节精度，它由伺服机构(扬程阀)和执行机构(进气阀)两部分组成，扬程阀的阀芯在泵进、出口压差不平衡作用力驱动下移动，通过改变调节窗口26的流通面积，来改变进气阀进口腔35的压力，驱动进气阀2的阀芯5，带动调节环10对进气调节口流通面积的调节，从而实现涡轮取气量的调节，保证涡轮泵输出功率在额定值范围之内；

2)本发明扬程阀15的阀芯组件采用两个直径不同的分体式活塞(即阀芯19和小阀芯16)组合而成，其中液压不平衡力所作用的活塞(即小阀芯16)直径比调节活塞(即阀芯19)直径小，即使泵扬程很大，但整个阀芯组件的作用力可以设计成很小，从而减小了扬程阀调节弹簧22的负荷，大大缩小扬程阀15的体积大小。另外，采用扬程阀15的阀芯组件分体式阀芯组成方案，能够降低衬套与阀芯之间的同轴度要求，提高其加工与装配的工艺性。

3)本发明调节窗口26采用方形与梯形组合方案，既能够保证其调节精度需求，又能够满足其稳定性要求。

4)本发明涡轮泵功率自动调节装置采用一体化设计思路，与涡轮泵集成设计，其中进气阀2置于涡轮进气壳体1内，而扬程阀15置于其壳体外，使得结构上安排更加紧凑，便于发动机总体布局。

5)本发明涡轮泵功率自动调节装置具有结构紧凑、体积小、重量轻、节能等特点，它可根据泵外部负载的变化而对涡轮的进气量进行调节，从而满足系统负载的变化需求，实现压力、流量的调节输出，并可达到节能效果。涡轮泵功率自动调节装置可以广泛应用于航空、航天发动机上的各类液压作动伺服系统，如喷管调节系统，可调进气道控制系统，同时可用于飞行器的机翼、液压舵机控制等系统，也可以用于发动机燃料供应调节系统。

附图说明

图1是本发明的涡轮泵功率自动调节装置原理示意图；

图2是本发明的涡轮泵功率自动调节装置结构示意图；

图3是本发明的扬程阀示意图；

图4是图3中扬程阀的调节窗口的形状示意图；

图5是图2中扬程阀的放大图；

附图标记：1-涡轮进气壳体，2-进气阀，3-进气阀调节弹簧，4-弹簧座，5-进气阀阀芯，6-调整垫片，7-压紧螺母，9-锁紧螺母，10-调节环，11-自锁螺母，12-扬程阀壳体，13-进口腔控制通道，14-出口腔回流通道，15-扬程阀，16-小阀芯，17-衬套，18-螺母，19-扬程阀阀芯，20-弹簧座，21-限位杆，22-扬程阀调节弹簧，23-调整垫片，24-螺帽，25-堵头，26-调节窗口，27-节流圈，28-阻尼孔，29-涡轮泵，30-进气调节口，31-扬程阀出口通道，32-扬程阀进口通道，33-扬程阀进口腔，34-扬程阀出口腔，35-进气阀进口腔，36-进气阀出口腔，37-回油腔，38-进气阀壳体，39-中间通道，40-涡轮进气壳体头部。

具体实施方式

如图1、图2所示，为本发明的涡轮功率自动调节装置，该涡轮泵功率自动调节装置由扬程阀与进气阀构成，与涡轮泵集成设计，其中进气调节阀安放于涡轮进气壳体的空腔内，进气调节阀与涡轮进气壳体之间紧固方式通过压紧螺母7与锁紧螺母9相互锁紧固定。

扬程阀固定放置于涡轮进气壳体的支座上，与进气阀之间通过通杆形式的进口腔控制通道13和出口腔回流通道14将两者的油路连通。阀芯组件(小阀芯16、阀芯19)采用两个直径不同的分体式活塞组合而成，小阀芯感受泵扬程前后压差作用力，推动阀芯移动，从而实现对衬套17上的调节窗口26进行调节。阀芯组件采用分体式组成方案，其中小阀芯16通过螺母18将其与阀芯19连到一起，使得衬套上与阀芯配合的两个大、小通孔同轴度不高的情况下，小阀芯16、阀芯19自身能起到自动调整的作用，并保证其运动的灵活性。

如图2、图3和图5所示，扬程阀上的调节窗口26是通过与节流圈27进行匹配调节工作，当泵扬程增大时，即扬程阀15进口通道32、出口通道31压差增大，阀芯组件(小阀芯16、阀芯19)向调节窗口26减小的方向移动，节流圈27与调节窗口26之间的进口腔控制通道13压力随之升高，即进气阀的进口腔35压力增大，使得阀芯5带动调节环10向减小涡轮进气调节口面积方向移动，则涡轮进气量随之减少，将泵扬程调低至额定值范围；反之，当泵扬程减小时，则涡轮进气量增大，将泵扬程调高至额定值范围。阻尼孔28设置在小阀芯16右端的扬程阀进口腔33入口处，对入口压力的波动能起到抑制作用，确保阀芯组件(小阀芯16、阀芯19)调节的动态稳定性。

如图4所示为扬程阀的调节窗口26，采用方形与梯形组合方案，既能够保证涡轮泵功率自动调节装置的调节精度需求，又能够满足其稳定性要求。

本发明原理：本发明采用机械伺服变量机构方案，通过改变涡轮进气调节口面积的大小来控制涡轮的取气量，从而实现其输出功率的调节。该涡轮泵功率自动调节装置由扬程阀和进气阀组成，扬程阀的出口通道31和扬程阀进口通道32分别与涡轮泵29的进、出口相连通，通过感受泵进、出口压差变化，来改变控制回油腔压力，驱动进气阀，从而实现涡轮取气量的调节，保证泵扬程稳定在额定值范围之内。该涡轮泵功率自动调节装置采用进气调节窗口调节方式，结构简单紧凑，体积小、重量轻、工艺性好，且具有稳定性好，可靠性高的优点。它可根据泵外部负载的变化而对涡轮进气量进行自动调节，从而满足系统负载的变化需求，实现压力、流量的调节输出，并可达到节能效果。

Claims (2)

1.一种涡轮泵功率自动调节装置，其特征在于：包括设置在涡轮进气壳体(1)外的扬程阀(15)、设置在涡轮进气壳体(1)内的进气阀(2)、用于连接进气阀(2)油路和扬程阀(15)油路的进口腔控制通道(13)和出口腔回流通道(14)；

所述扬程阀(15)包括扬程阀壳体(12)、设置在扬程阀壳体(12)内并与扬程阀进口通道(32)相通的扬程阀进口腔(33)、设置在扬程阀壳体(12)内并与扬程阀出口通道(31)相通的扬程阀出口腔(34)、设置在扬程阀进口腔(33)和扬程阀出口腔(34)之间的扬程阀阀芯(19)、设置在扬程阀出口腔(34)内并且顶住扬程阀阀芯(19)的扬程阀调节弹簧(22)、设置在扬程阀阀芯(19)中部与扬程阀壳体(12)间的回油腔(37)，所述回油腔(37)通过设置在扬程阀壳体(12)上的调节窗口(26)与进口腔控制通道(13)相通；

所述进气阀(2)包括进气阀壳体(38)、设置在进气阀壳体(38)内的进气阀出口腔(36)、设置在进气阀壳体(38)内的进气阀进口腔(35)、设置在进气阀出口腔(36)和进气阀进口腔(35)之间的进气阀阀芯(5)、设置在进气阀出口腔(36)内并顶住进气阀阀芯(5)的进气阀调节弹簧(3)、设置在涡轮进气壳体头部(40)的调节环(10)，所述调节环(10)与进气阀阀芯(5)同轴固连，所述调节环(10)可在进气阀阀芯(5)的带动下改变涡轮泵进气调节口(30)的流通面积；

所述进气阀出口腔(36)通过出口腔回流通道(14)与扬程阀出口腔(34)相通，所述进气阀进口腔(35)通过进口腔控制通道(13)与扬程阀进口腔(33)相通；所述进口腔控制通道(13)通过节流圈(27)与扬程阀进口通道(32)相通，所述扬程阀进口腔(33)的入口处设置有阻尼孔(28)；

所述回油腔(37)和扬程阀出口腔(34)之间设置有用于连通的中间通道(39)。

2.根据权利要求1所述的涡轮泵功率自动调节装置，其特征在于：所述扬程阀还包括直径小于扬程阀阀芯(19)的小阀芯(16)，所述小阀芯(16)与扬程阀阀芯(19)同轴固连设置。

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