ES2336972T3 - Dispositivo de mando de posicion de un accionador por medio de una servovalvula con memoria de posicion en caso de averia. - Google Patents

Dispositivo de mando de posicion de un accionador por medio de una servovalvula con memoria de posicion en caso de averia. Download PDF

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Abstract

Dispositivo de mando de posición de un accionador que comprende: - una servoválvula (10) con mando eléctrico que comprende un distribuidor hidráulico (20) que tiene al menos un orificio de alimentación a alta presión (HP), al menos un orificio de escape a baja presión (BP), y al menos dos orificios de utilización (U1, U2), pudiendo quedar unido cada orificio de utilización a la alta presión o a la baja presión en función de la posición mandada de una corredera del distribuidor hidráulico, y - un accionador (50) que comprende una corredera (52) que lleva al menos dos cojinetes (54, 56) y que puede deslizar dentro de un cilindro (60), teniendo el accionador dos cámaras de mando (62, 64) unidas a respectivos orificios de utilización (U1, U2) del distribuidor de la servoválvula y situadas cada una a un lado de un cojinete respectivo y una cámara intermedia (66) unida a la alta o baja presión y situada entre los otros lados de los cojinetes, - siendo llevada la corredera (22) del distribuidor hidráulico, en caso de avería de mando eléctrico, a una posición de seguridad en la cual éste provoca la inmovilización de la corredera del accionador sensiblemente en una posición en el instante de la avería, caracterizado porque: - en la posición de seguridad de la corredera (22) del distribuidor hidráulico, las cámaras de mando (62, 64) del accionador son llevadas por su unión con los orificios de utilización (U1, U2) del distribuidor a una misma presión baja o alta opuesta a aquélla que reina dentro de la cámara intermedia (66) de modo que cada cojinete (54, 56) de la corredera del accionador queda sometido entonces a la alta presión en un lado y a la baja presión en el otro lado, y - la estanqueidad entre cada uno de los citados cojinetes (54, 56) de la corredera del accionador y el cilindro (60) de éste queda asegurada por una junta dinámica (70) que produce un esfuerzo de rozamiento entre cojinete y cilindro función de la diferencia entre las presiones ejercidas en los dos lados del cojinete.

Description

Dispositivo de mando de posición de un accionador por medio de una servoválvula con memoria de posición en caso de avería.
Antecedentes de la invención
La invención se refiere al mando de posición de un accionador por medio de una servoválvula con mando eléctrico.
Un ámbito particular de aplicación de la invención es el mando de posición de accionadores utilizados en motores aeronáuticos, especialmente para la dosificación de carburante o para la regulación de álabes de distribuidores con ángulo de ajuste variable o de aletas de toberas en motores de turbina de gas.
Para tales aplicaciones, se exige "congelar" la posición de un órgano mandado en caso de fallo eléctrico a nivel del mando de la servoválvula, para asegurar un funcionamiento de seguridad y poder encontrar la posición ocupada antes de la avería cuando ésta haya podido ser corregida.
Se conocen bien servoválvulas denominadas con memoria de posición en caso de avería (o "fail freeze"). Podrá referirse en particular al documento FR 2 818 331. En este documento, la servoválvula comprende un distribuidor que, en caso de avería de mando eléctrico, va a una posición en la cual quedan obturados orificios de utilización del distribuidor unidos a cámaras de mando del accionador. Una deriva de la posición "congelada" del accionador es difícilmente evitable en razón de las fugas de fluido hidráulico contenido en las cámaras de mando.
Objeto y resumen de la invención
La invención tiene por objeto proponer un dispositivo de accionador mandado por servoválvula mandada eléctricamente en el cual la posición del accionador pueda quedar congelada en caso de avería eléctrica sin riesgo sustancial de deriva.
Este objeto se consigue gracias a un dispositivo que comprende:
- una servoválvula con mando eléctrico que comprende un distribuidor hidráulico que tiene al menos un orificio de alimentación a alta presión, al menos un orificio de escape a baja presión, y al menos dos orificios de utilización, pudiendo quedar unido cada orificio de utilización a la alta presión o a la baja presión en función de la posición mandada de una corredera del distribuidor hidráulico, y
- un accionador que comprende una corredera que lleva al menos dos cojinetes y que puede deslizar dentro de un cilindro, teniendo el accionador dos cámaras de mando unidas a respectivos orificios de utilización del distribuidor de la servoválvula y situadas cada una a un lado de un cojinete respectivo y una cámara intermedia unida a la alta o baja presión y situada entre los otros lados de los cojinetes,
- siendo llevada la corredera del distribuidor hidráulico, en caso de avería de mando eléctrico, a una posición de seguridad en la cual éste provoca la inmovilización de la corredera del accionador sensiblemente en su posición en el instante de la avería,
dispositivo en el cual:
- en la posición de seguridad de la corredera del distribuidor hidráulico, las cámaras de mando del accionador son llevadas por su unión con los orificios de utilización del distribuidor a una misma presión baja o alta opuesta a aquélla que reina dentro de la cámara intermedia de modo que cada cojinete de la corredera del accionador queda sometido entonces a la alta presión en un lado y a la baja presión en el otro lado, y
- la estanqueidad entre cada uno de los citados cojinetes de la corredera del accionador y el cilindro de éste queda asegurada por una junta dinámica que produce un esfuerzo de rozamiento entre cojinete y cilindro función de la diferencia entre las presiones ejercidas en los dos lados del cojinete.
Ventajosamente, la cámara intermedia del accionador está unida a la alta presión y, en su posición de seguridad, la corredera del distribuidor pone en relación los orificios de utilización el distribuidor con la baja presión.
Así, la posición congelada de la corredera del accionador no resulta influida por fugas. Pequeñas fugas de las juntas no cambian el valor del diferencial de presión que se aplica sobre las juntas dinámicas y por tanto el esfuerzo de rozamiento que "congela" la posición de la corredera del accionador.
La invención es aplicable especialmente a un dispositivo de mando de caudal de carburante en un motor aeronáutico, formando el accionador un dosificador de carburante con una cámara intermedia unida a una fuente de carburante de alta presión y que tiene un orificio de salida cuya sección de paso es función de la posición de la corredera del accionador.
En una aplicación de este tipo, las juntas dinámicas ofrecen también la ventaja de evitar fugas del caudal de carburante dosificado.
Breve descripción de los dibujos
La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción hecha a continuación, a título indicativo pero no limitativo, refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:
- la figura 1 ilustra esquemáticamente un dispositivo con servoválvula y accionador de acuerdo con un modo de realización de la invención;
- las figuras 2A y 2B son vistas de detalle en corte a escala agrandada de un tipo de junta dinámica utilizable para asegurar la estanqueidad entre corredera y cilindro del accionador de la figura 1,
- la figura 3 muestra una relación entre la intensidad de una corriente eléctrica de mando de la servoválvula y diferentes puntos de funcionamiento; y
- las figuras 4A a 4F son vistas que muestran de modo muy esquemático configuraciones de un distribuidor hidráulico de la servoválvula de la figura 1 para diferentes puntos de funcionamiento de la figura 3.
Descripción detallada de modos de realización
Refiriéndose a las figuras 1 a 3 y 4A-4F se describirá un modo de realización de la invención dentro del marco de la aplicación a la dosificación (mando de caudal) de carburante para un circuito de inyección de carburante de motor aeronáutico.
La figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo de servoválvula 10 que manda un accionador 50 que forma un dosificador de carburante.
La servoválvula 10 es de mando eléctrico y comprende un órgano motor eléctrico, por ejemplo un motor de par eléctrico 12, un distribuidor hidráulico 20 y elementos hidromecánicos asociados (potenciómetro hidráulico y contrarreacción mecánica) que forman el órgano de gobierno 14 del distribuidor 20.
El distribuidor hidráulico 20, del cual un modo particular de realización se describe más adelante, comprende una corredera móvil en traslación lineal dentro de un cilindro. El distribuidor 20 comprende orificios unidos a una doble alimentación de alta presión (HP) y a un escape (o retorno al depósito de baja presión BP), salidas de utilización U1, U2 unidas al dosificador 50 y entradas de gobierno P1, P2 que desembocan en cámaras de gobierno situadas en las extremidades del distribuidor 20. Las entradas de gobierno P1, P2 están unidas al órgano de gobierno 14, actuando las presiones aplicadas por éste sobre las entradas P1, P2 en oposición una con otra para mandar el desplazamiento de la corredera del distribuidor. El fluido hidráulico utilizado puede ser el carburante.
El dosificador de carburante 50 comprende una corredera 52 que lleva dos cojinetes 54, 56 y que puede deslizar dentro de un cilindro 60. Los cojinetes 54, 56 dividen el volumen interno del cilindro 60 en dos cámaras de mando 62, 64 situadas en las extremidades del cilindro 60 y en una cámara intermedia 66, entre los cojinetes 54, 56. Las cámaras de mando 62, 64 están unidas por líneas de mando a las salidas de utilización U1, U2.
La cámara intermedia 66 está unida por un orificio de alimentación 66a a la alimentación a alta presión HP (fuente de alimentación de carburante a alta presión) y por un orificio de utilización 66b a un conducto de inyección de carburante. El grado de obturación del orificio de utilización 66b por el cojinete 56 determina el caudal dosificado.
Un conjunto servoválvula/dosificador de carburante tal como el descrito anteriormente es en sí conocido.
En caso de avería de excitación eléctrica de la servoválvula, la corredera del distribuidor hidráulico va a una posición en la cual una misma presión, en este caso la baja presión, está disponible en las salidas de utilización U1 y U2. Cada cojinete 54, 56 del dosificador 50 queda sometido entonces, en un lado, a la baja presión y, en el otro, a la alta presión.
La estanqueidad entre cojinetes 54, 56 y el cilindro 60 está realizada por medio de juntas dinámicas que producen un esfuerzo de rozamiento entre cojinete y cilindro función de la diferencia entre las presiones ejercidas sobre los dos lados de cada uno de los cojinetes. Así, en caso de avería de excitación eléctrica de la servoválvula, esta diferencia de presión es máxima (diferencia entre HP y BP), por tanto el esfuerzo de rozamiento es igualmente máximo. La posición de la corredera 52 en el momento de la avería puede ser conservada por tanto sin riesgo de deriva sustancial, de modo que el caudal de carburante queda congelado en su valor en el instante de la avería.
Las figuras 2A y 2B muestran de modo más detallado un modo de realización de una junta dinámica 70 de este tipo. De modo en sí conocido, ésta comprende una junta tórica 72 alojada en una garganta 74 formada en la pared interna del cilindro 60, y un anillo 76 alojado al menos en parte en la garganta 74, apoyado sobre la junta 72. La junta 72 es de un elastómero, por ejemplo de Viton®. La figura 2A muestra la junta 70 cuando las presiones aplicadas en los dos lados de ésta son iguales o poco diferentes. Bajo el efecto de una presión elevada entre los dos lados de la junta 70 (véase la figura 2B), la junta se deforma y ejerce sobre el anillo 76 un esfuerzo que tiende a aumentar el esfuerzo ejercido sobre el cojinete adyacente (por ejemplo el cojinete 54). El anillo 76 es, preferentemente, de un material de bajo coeficiente de rozamiento, por ejemplo de politetrafluoroetileno (PTFE). Naturalmente, en variante, la garganta de alojamiento de la junta podría estar formada en el cojinete.
La utilización de las juntas dinámicas permite también mejorar la estanqueidad entre los cojinetes 54, 56 y el cilindro 60 en funcionamiento normal del dosificador, disminuyendo las exigencias de tolerancias en las dimensiones.
En la figura 3 se muestra un ejemplo de variación del caudal de carburante dosificado en función de la intensidad de una corriente de excitación del órgano motor eléctrico 12.
Los puntos de funcionamiento A, B, C, D, E y F corresponden, respectivamente, al caudal máximo (A), al régimen estacionario (B), a los límites de una franja (C-D) de caudal mínimo y a los límites (A-B) de la franja de "congelación" de posición ("fail freeze"), cuando la intensidad de la corriente de excitación se hace demasiado pequeña o nula.
Las figuras 4A a 4F muestran, respectivamente, las posiciones de la corredera 22 del distribuidor hidráulico con respecto al cilindro 40 de este mismo distribuidor 20 para los diferentes puntos de funcionamiento A a F, posiciones mandadas por el órgano de gobierno 14 bajo la acción del órgano motor eléctrico 12.
En la posición A, la corredera 22 se encuentra en una primera extremidad de su carrera dentro del cilindro 40, siendo máxima la diferencia positiva de las presiones que reinan dentro de las cámaras de gobierno 31, 32 en las extremidades del cilindro. Las cámaras de gobierno 31, 32 están delimitadas por las extremidades del cilindro 40 y de los respectivos cojinetes 23, 24 llevados por la corredera 22. La salida de utilización U2 (que comprende aquí dos perforaciones distintas formadas en la pared del cilindro 40) está en comunicación con la baja presión BP a través de una cámara BP 33 que está situada entre el cojinete 23 y un cojinete 25 y en la cual se abre el orificio de escape. La salida de utilización U1 está en comunicación con la alta presión HP a través de la cámara de gobierno 31.
En la posición B, la corredera 22 obtura la salida de utilización U1 por el cojinete 23 y las dos perforaciones que forman la salida de utilización U2 por el cojinete 25 y un cojinete 26.
En las posiciones C y D, la corredera 22 pone en comunicación la salida de utilización U2 con la alta presión a través de una cámara HP 35 situada entre los cojinetes 24 y 26 mientras que la salida de utilización 31 se abre en la cámara BP 33.
En las posiciones E y F, la corredera 22 pone en comunicación la cámara BP 33 con la salida de utilización U1 y con la salida de utilización U2 a través de un paso 29 formado en la corredera 22 y que une la cámara BP 33 a una cámara 34 situada entre los cojinetes 25 y 26. En la posición F, la corredera 22 se encuentra en la otra extremidad de su carrera dentro del cilindro 40.
Naturalmente, el perfil de funcionamiento de la figura 3 y la disposición interna del distribuidor de la servoválvula descritos anteriormente se dan simplemente a título de ejemplo, siendo posibles otras formas puesto que en caso de avería de excitación eléctrica de la servoválvula 10 la corredera del distribuidor hidráulico 20 va a una posición de seguridad en la cual, en el caso presente, las salidas de utilización U1 y U2 están ambas a la baja presión para asegurar la "congelación" de la posición del dosificador 50.
Naturalmente, la invención es aplicable a accionadores hidráulicos distintos a los dosificadores de carburante para motores aeronáuticos, puesto que la posición del accionador puede quedar "congelada" por aplicación dentro de dos cámaras de mando de éste de una presión (BP o HP) opuesta a aquélla que reina dentro de una cámara intermedia, con estanqueidad por juntas dinámicas entre la cámara intermedia y cada una de las cámaras de mando.

Claims (4)

1. Dispositivo de mando de posición de un accionador que comprende:
- una servoválvula (10) con mando eléctrico que comprende un distribuidor hidráulico (20) que tiene al menos un orificio de alimentación a alta presión (HP), al menos un orificio de escape a baja presión (BP), y al menos dos orificios de utilización (U1, U2), pudiendo quedar unido cada orificio de utilización a la alta presión o a la baja presión en función de la posición mandada de una corredera del distribuidor hidráulico, y
- un accionador (50) que comprende una corredera (52) que lleva al menos dos cojinetes (54, 56) y que puede deslizar dentro de un cilindro (60), teniendo el accionador dos cámaras de mando (62, 64) unidas a respectivos orificios de utilización (U1, U2) del distribuidor de la servoválvula y situadas cada una a un lado de un cojinete respectivo y una cámara intermedia (66) unida a la alta o baja presión y situada entre los otros lados de los cojinetes,
- siendo llevada la corredera (22) del distribuidor hidráulico, en caso de avería de mando eléctrico, a una posición de seguridad en la cual éste provoca la inmovilización de la corredera del accionador sensiblemente en una posición en el instante de la avería,
caracterizado porque:
- en la posición de seguridad de la corredera (22) del distribuidor hidráulico, las cámaras de mando (62, 64) del accionador son llevadas por su unión con los orificios de utilización (U1, U2) del distribuidor a una misma presión baja o alta opuesta a aquélla que reina dentro de la cámara intermedia (66) de modo que cada cojinete (54, 56) de la corredera del accionador queda sometido entonces a la alta presión en un lado y a la baja presión en el otro lado, y
- la estanqueidad entre cada uno de los citados cojinetes (54, 56) de la corredera del accionador y el cilindro (60) de éste queda asegurada por una junta dinámica (70) que produce un esfuerzo de rozamiento entre cojinete y cilindro función de la diferencia entre las presiones ejercidas en los dos lados del cojinete.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara intermedia (66) del accionador está unida a la alta presión (HP) y, en su posición de seguridad, la corredera del distribuidor (20) pone en relación los orificios de utilización (U1, U2) del distribuidor con la baja presión (BP).
3. Dispositivo de mando de caudal de carburante en un motor aeronáutico, que comprende un dispositivo de mando de posición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 en el cual el accionador (50) forma un dosificador de carburante, estando la cámara intermedia (66) unida a una fuente de carburante de alta presión y teniendo un orificio de salida cuya sección de paso es función de la posición de la corredera del accionador.
4. Motor aeronáutico que comprende un dispositivo de mando de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
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