ES2989388T3 - Regulador con membrana ventilada - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un regulador, configurado para recibir una corriente de aire caliente portadora de energía neumática a través de una entrada de aire (12), para tratar este aire caliente y enviar el aire caliente tratado a una salida de aire (14) configurada para alimentar un actuador neumático (16), que comprende una fuente de presión de referencia y un dispositivo de expansión de aire que comprende un diafragma (22), estando configurado el diafragma (22) para controlar el caudal de la corriente de aire caliente comparando la presión de dicha corriente de aire caliente con la presión de referencia de la fuente de presión de referencia. El regulador se caracteriza porque comprende una entrada de aire (24) configurada para recibir una fuente de frío, y un conducto (25) para guiar la fuente de frío hasta el diafragma (22), de manera que la fuente de frío constituye la fuente de presión de referencia y una fuente de refrigeración del diafragma (22). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Regulador con membrana ventilada

Campo técnico de la invención

La invención se refiere a un regulador. En particular, la invención se refiere a un regulador que permite el tratamiento de un aire caliente portador de una potencia neumática, por ejemplo para permitir la activación de un accionador neumático. Un regulador de este tipo puede ser utilizado en una aeronave, específicamente para regular el aire suministrado al accionador neumático de una válvula de la aeronave, en particular una válvula del sistema de aire acondicionado.

Antecedentes de la técnica

El regulador permite el tratamiento de un aire caliente portador de potencia neumática por diferentes elementos de tratamiento. Un regulador de este tipo también puede conocerse como "servocontrol".

Cuando el regulador es utilizado en un entorno térmico severo, tal como una aeronave, está sometido a altas tensiones térmicas que requieren un tratamiento particular. En particular, los reguladores comprenden unos elementos particularmente sensibles a la temperatura, tales como unos solenoides que permiten la gestión del flujo de aire de salida del regulador, unas membranas de regulación de presión, etc. Se entiende en general por elementos sensibles a la temperatura, unos elementos que pueden específicamente dañarse en presencia de una temperatura elevada, o que tienen un rendimiento reducido en presencia de una temperatura elevada.

Las soluciones actuales para proteger estos elementos sensibles son, por ejemplo:

- Reubicación de los elementos sensibles en una zona protegida: esta solución requiere, sin embargo, la adición de canales sensibles para el transporte de flujo de aire caliente o de información, lo que tiene un fuerte impacto sobre el coste, la masa, la fiabilidad y complica la instalación;

- Adición de una ventilación de la zona, bien general para toda la zona, o bien dirigida hacia los elementos sensibles: esta solución tiene una eficacia limitada en los elementos sensibles puesto que no es suficientemente específica para estos elementos. Por lo demás, esta solución tiene un fuerte impacto sobre el consumo específico de combustible.

Los inventores han buscado una solución para evitar reubicar los elementos sensibles y mejorar la ventilación de los elementos sensibles del regulador.

El documento DE 102013001278 describe una válvula de regulación de presión con un dispositivo de ajuste térmico. El documento US 2017/107907 describe un sistema de aire acondicionado en una turbomáquina.

Objetivos de la invención

La invención tiene por objeto proporcionar un regulador que se beneficia de una refrigeración mejorada.

La invención tiene por objeto en particular proporcionar un regulador que permite la regulación de una válvula, permitiendo así formar una válvula compacta al colocarse cerca de la válvula y de los demás elementos con los que interactúa, sin requerir reubicar los elementos sensibles a la temperatura a zonas protegidas.

La invención también tiene por objeto proporcionar un regulador particularmente adecuado para ser utilizado en una aeronave.

Exposición de la invención

Para ello, la invención se refiere a un regulador, según las características de la reivindicación 1, configurado para recibir un flujo de aire caliente portador de potencia neumática a través de una entrada de aire, para tratar este aire caliente y para transmitir el aire caliente tratado hacia una salida de aire configurada para alimentar un accionador neumático, que comprende una fuente de presión de referencia y un dispositivo de expansión de aire que comprende una membrana, estando configurada dicha membrana para controlar el caudal del flujo de aire caliente mediante comparación de la presión de dicho flujo de aire caliente con la presión de referencia de la fuente de presión de referencia, estando el regulador caracterizado por que comprende una toma de aire configurada para recibir una fuente fría, y un conducto que permite dirigir la fuente fría hasta dicha membrana, de modo que la fuente fría forme la fuente de presión de referencia y una fuente de refrigeración de dicha membrana.

Un regulador según la invención permite así refrigerar la membrana del dispositivo de expansión de aire a través de una fuente fría exterior que sirve también como fuente de presión de referencia.

En los sistemas de la técnica anterior, la fuente de presión de referencia es la presión atmosférica, obtenida gracias al aire ambiente que rodea el regulador.

La fuente fría utilizada en la invención está preferentemente a una presión cercana a la presión ambiental, lo que permite utilizar la invención con unos elementos existentes sin requerir modificación de diseño. No obstante, en relación con el aire ambiente, la fuente fría tiene una temperatura mucho más baja y está en movimiento (por lo tanto con una parte no despreciable de presión dinámica), lo que permite una ventilación mejorando la refrigeración de la membrana con respecto a un aire ambiente estático que no permite una buena ventilación de la membrana.

La refrigeración de la membrana permite disponer el regulador en un entorno térmico severo, sin necesidad de reubicar el regulador. De esta manera se puede implementar un sistema llamado "compacto" donde todos los elementos del regulador están lo más cerca posible tanto del flujo de aire caliente portador de potencia neumática como del accionador que se debe alimentar con aire caliente tratado.

Además, la invención permite una refrigeración más eficaz que una simple ventilación dirigida hacia el regulador, puesto que la fuente fría que forma la fuente de presión de referencia se dirige directamente a la membrana dentro del regulador. El impacto sobre el consumo específico de combustible se reduce y la necesidad de aire frío es mucho menor (aproximadamente dividida por tres).

Ventajosamente y según la invención, - el regulador comprende al menos un elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura dispuesto aguas arriba o aguas abajo de la membrana y conductos que permiten dirigir la fuente fría hacia dicho al menos un elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura, permitiendo la fuente fría la refrigeración de dicho al menos un elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura aguas arriba o aguas abajo de la refrigeración de la membrana.

Según esta variante de la invención, la fuente fría también se puede utilizar para refrigerar uno o más otros elementos sensibles a la temperatura. La refrigeración del o de los elementos puede realizarse aguas arriba o aguas abajo de la refrigeración de la membrana, según las necesidades de refrigeración de cada elemento (al calentarse la fuente fría durante cada intercambio térmico con uno de los elementos o la membrana).

Ventajosamente y según la invención, cada elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura se elige entre uno de los elementos de la siguiente lista:

- un solenoide,

- elemento mecánico y/o electrónico de un motor de par,

- elemento mecánico y/o electrónico de una servoválvula.

El solenoide permite específicamente la gestión del flujo de aire de salida del regulador, por la apertura o el cierre de una clapeta que permite la salida de la cantidad de aire necesaria para la activación del accionador neumático en el momento deseado.

Ventajosamente y según la invención, la fuente fría se extrae de una turbomáquina.

Ventajosamente y según la invención, la fuente fría es un aire de corriente extraído de la turbomáquina.

Según este aspecto de la invención, el aire de corriente de la turbomáquina (también llamadofan airen inglés) forma una fuente fría que es particularmente ventajoso en una aeronave puesto que es la fuente de aire más fría, teniendo una presión cercana a la presión ambiental de la aeronave, lo que permite no generar modificaciones profundas del regulador. En particular, el dispositivo de expansión funciona de la misma manera sin necesidad de redimensionar las piezas. Sólo se requieren canales que permitan dirigir el aire de corriente hacia el regulador.

El aire de corriente es un aire puesto en movimiento por la turbomáquina. Cuando la turbomáquina es un turborreactor, el aire de corriente utilizado y el aire de corriente forman el flujo secundario puesto en movimiento por el ventilador del turborreactor.

El aire de corriente es además dinámico a la salida de la turbomáquina, lo que permite la ventilación de la membrana sin necesidad de ningún dispositivo particular para poner en movimiento el aire de corriente.

Ventajosamente y según otra variante ventajosa de la invención, la fuente fría es un aire primario de motor extraído de la turbomáquina.

El aire primario del motor es el aire que atraviesa la turbomáquina y ventajosamente se extrae antes de su combustión en la cámara de combustión de la turbomáquina.

Según otras variantes de la invención, la fuente fría proviene de otro flujo de aire generado por la turbomáquina, o de una mezcla de flujos de aire generados por la turbomáquina.

La invención también se refiere a una válvula que comprende un accionador neumático, caracterizada por que comprende un regulador según la invención, configurado para alimentar dicho accionador neumático.

Dotando una válvula de un regulador según la invención, puede formarse una válvula compacta en donde todos los componentes de la válvula están dispuestos muy cerca unos de otros, sin necesidad de reubicar algunos de los componentes de la válvula, específicamente los elementos del regulador sensibles a la temperatura.

La válvula puede, por ejemplo, ser utilizada en un sistema de aire acondicionado de una aeronave.

La invención también se refiere a una aeronave que comprende al menos una turbomáquina, caracterizada por que comprende un regulador según la invención, y un canal que permite dirigir un aire de corriente de la turbomáquina hacia la membrana del dispositivo de expansión del regulador, formando así el aire de corriente de la turbomáquina la fuente fría y la fuente de presión de referencia de la membrana.

La invención también se refiere a un regulador, una válvula y una aeronave, caracterizados en combinación por todo o parte de las características mencionadas anteriormente o en lo sucesivo.

Lista de las figuras

Otros objetivos, características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto con la lectura de la siguiente descripción aportada a título únicamente no limitativo y que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

[Fig. 1] es una vista esquemática de un regulador según un primer modo de realización de la invención.

[Fig. 2] es una vista esquemática de un regulador según un segundo modo de realización de la invención.

[Fig. 3] es una vista esquemática de un dispositivo de expansión de un regulador según un modo de realización de la invención

[Fig.4] es una vista esquemática simplificada de un sistema de aire acondicionado según un primer modo de realización de la invención.

[Fig.5] es una vista esquemática simplificada de un sistema de aire acondicionado según un segundo modo de realización de la invención.

Descripción detallada de un modo de realización de la invención

En las figuras, las escalas y las proporciones no se respetan estrictamente y, esto, con fines de ilustración y de claridad.

Además, los elementos idénticos, similares o análogos se designan con las mismas referencias en todas las figuras.

La figura 1 ilustra un regulador 10 según un primer modo de realización de la invención. El regulador 10 está configurado para recibir un flujo de aire caliente portador de una potencia neumática a través de una entrada de aire 12, para tratar este aire caliente y para transmitir el aire caliente tratado hacia una salida de aire 14 configurada para alimentar un accionador neumático 16. El tratamiento se efectúa dentro de un cuerpo de regulador 18.

El flujo de aire caliente procede aquí de un conducto 20 por el que circula aire caliente.

A continuación, el aire caliente es tratado mediante un dispositivo de expansión de aire, aquí esquematizado por su membrana 22, y descrito con más detalle con referencia a la figura 3. El dispositivo de expansión de aire trata, gracias a su membrana 22, el flujo de aire caliente que entró por la entrada de aire 12. En particular, la membrana 22 está configurada para controlar el caudal del flujo de aire caliente mediante comparación de la presión del flujo de aire caliente con la presión de una fuente de referencia, procedente de una toma 24 de la fuente de referencia y dirigido por un conducto 25. La fuente de referencia, una vez atravesada la membrana, se une a una salida de aire 26, que se puede unir a otros sistemas o conectarse directamente al aire ambiente.

La membrana 22 está en contacto con el flujo de aire caliente y sufre así fuertes tensiones térmicas que pueden dañarla o modificar sus características técnicas. La membrana 22 es, por tanto, un elemento mecánico sensible a la temperatura. En un sistema de la técnica anterior, la fuente de presión de referencia es, generalmente, aire ambiente con una presión ambiental. En una aeronave, el aire ambiente generalmente es caliente debido a la ubicación del regulador y el aire ambiente no tiene un componente dinámico en su presión.

En la invención, como se esquematiza en este modo de realización, la fuente de presión está a una temperatura inferior a la del aire ambiente, y es una fuente de presión dinámica que permite, dirigiendo la fuente de presión hacia la membrana 22, refrigerar y ventilar eficazmente la membrana.

La figura 2 representa esquemáticamente un regulador según un segundo modo de realización de la invención. Los elementos ya descritos con referencia a la figura 1 llevan la misma referencia y tienen las mismas funciones.

Este segundo modo de realización permite la recuperación del aire procedente de la fuente de presión, después de la refrigeración de la membrana 22, para refrigerar y ventilar uno o más elementos mecánicos o eléctricos sensibles a la temperatura, por ejemplo aquí un solenoide 28, configurado para abrir o cerrar una clapeta 30 que controla la distribución del aire tratado por el dispositivo de expansión para alimentar el accionador neumático 16. El aire que refrigera y ventila el solenoide 28 puede entonces alimentar otros elementos mecánicos o electrónicos sensibles a la temperatura (no representados), y después ser rechazado a través de la salida de aire 26 hacia el aire ambiente.

El solenoide 28 puede así disponerse directamente cerca de la clapeta 30 que controla, sin necesidad de ser reubicado. Está controlado por un dispositivo de control 34 que puede ser reubicado a él, por ejemplo formar parte de los ordenadores de a bordo de una aeronave.

En este modo de realización, el aire que sale del accionador neumático es guiado por un conducto 36 hacia el conducto 20 por el que circula aire caliente.

La figura 3 representa esquemáticamente un dispositivo de expansión de aire 100 según un modo de realización de la invención.

El dispositivo de expansión de aire 100 comprende un pistón 102 que se desplaza longitudinalmente según un eje 104 en función de las presiones respectivas de una primera cámara 106 y una segunda cámara 108, separadas por la membrana 22. El pistón es forzado a su posición por un resorte 110.

El dispositivo de expansión de aire 100 compara la presión del aire caliente portador de potencia neumática presente en la primera cámara 106 con la presión de la fuente de presión de referencia en la segunda cámara 108. La diferencia de presión permite el movimiento de la membrana que, al desplazarse, arrastra el pistón, permitiendo la circulación del aire caliente portador de potencia neumática presente en la tercera cámara 112, hacia una salida 114 que permite la transmisión del aire en dirección al accionador neumático (en un regulador como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 1 y 2).

La primera cámara 106 y la tercera cámara 112, que acogen al aire caliente portador de potencia neumática, están unidas por una conexión 120.

La fuente de presión de referencia está en movimiento, entrando a través de una entrada de aire 116 y saliendo a través de una salida de aire 118, permitiendo así la refrigeración y la ventilación de la membrana a su paso. El aire que sale a través de la salida de aire 118 bien es expulsado directamente al aire ambiente, como en el primer modo de realización del regulador descrito con referencia a la figura 1, o bien se utiliza para refrigerar y ventilar otros elementos sensibles a la temperatura, como en el segundo modo de realización del regulador descrito con referencia a la figura 2.

Las figuras 4 y 5 representan esquemáticamente y de manera simplificada un sistema de aire acondicionado según un modo de realización de la invención, instalado en una aeronave y que comprende un regulador según uno de los modos de realización descrito anteriormente.

La aeronave comprende una turbomáquina, en particular un turborreactor 200, representado de forma simplificada, que comprende un ventilador 202 que permite la formación de dos flujos de aire, un flujo de aire primario 204 destinado a ser comprimido y luego inyectado en una cámara de combustión 206, y un flujo de aire secundario 208 que circula alrededor de la parte del turborreactor 200 que trata el flujo de aire primario 204.

Este flujo de aire secundario, que es frío ya que procede del aire exterior que entra en el turborreactor y que tiene una presión dinámica generada por el ventilador 202, forma un aire de corriente, también conocido comofan airya que es puesto en movimiento por el ventilador(fanen inglés).

En el primer modo de realización representado en la figura 4, este aire de corriente se extrae a través de un canal 210 que conduce al regulador 10. El aire de corriente así extraído sirve como fuente de presión de referencia para el regulador 10 y permite refrigerar y ventilar la membrana, el solenoide y/o cualquier elemento electrónico o mecánico sensible a la temperatura deseada.

Según el segundo modo de realización representado en la figura 5, la fuente de presión de referencia que forma una fuente fría es el flujo de aire primario 204 que se extrae a través de un canal 310 que conduce al regulador. El aire primario así extraído sirve como fuente de presión de referencia para el regulador 10 y permite refrigerar y ventilar la membrana, el solenoide y/o cualquier elemento electrónico o mecánico sensible a la temperatura deseada.

Según otros modos de realización no descritos, la fuente de presión de referencia procede de otro flujo de aire de la aeronave, o de una mezcla de varios flujos de aire de la aeronave, por ejemplo una mezcla de aire de corriente y aire primario.

El regulador 10 está integrado ventajosamente en un sistema de aire acondicionado 212 destinado a acondicionar el aire de la cabina 214 de la aeronave, por ejemplo para controlar un accionador neumático que permite activar una válvula del sistema de aire acondicionado 212.

El regulador también se puede utilizar en sistemas distintos a un sistema de aire acondicionado, en particular cualquier sistema que utilice aire primario como, por ejemplo, válvulas de descarga.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Regulador, configurado para recibir un flujo de aire caliente portador de potencia neumática a través de una entrada de aire (12), para tratar este aire caliente y para transmitir el aire caliente tratado hacia una salida de aire (14) configurada para alimentar un accionador neumático (16), que comprende una fuente de presión de referencia y un dispositivo de expansión de aire que comprende una membrana (22), estando configurada dicha membrana (22) para controlar el caudal del flujo de aire caliente mediante comparación de la presión de dicho flujo de aire caliente con la presión de referencia de la fuente de presión de referencia, estando el reguladorcaracterizado por quecomprende una toma de aire (24) configurada para recibir una fuente fría, y un conducto (25) que permite dirigir la fuente fría hasta dicha membrana (22), de modo que la fuente fría forme la fuente de presión de referencia y una fuente de refrigeración de dicha membrana (22), estando la fuente de presión de referencia formada por la fuente fría a una temperatura inferior a la del aire ambiente que rodea el regulador y siendo una fuente de presión dinámica.

2. Regulador según la reivindicación 1,caracterizado por quecomprende al menos un elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura (28) dispuesto aguas arriba o aguas abajo de la membrana y conductos que permiten dirigir la fuente fría hacia dicho al menos un elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura (28), permitiendo la fuente fría la refrigeración de dicho al menos un elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura (28) aguas arriba o aguas abajo de la refrigeración de la membrana.

3. Regulador según la reivindicación 2,caracterizado por quecada elemento mecánico y/o electrónico sensible a la temperatura (28) se elige entre uno de los elementos de la siguiente lista:

- un solenoide,

- elemento mecánico y/o electrónico de un motor de par,

- elemento mecánico y/o electrónico de una servoválvula.

4. Regulador según una de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por quela fuente fría se extrae de una turbomáquina.

5. Regulador según la reivindicación 4,caracterizado porquela fuente fría es un aire de corriente (208) extraído de la turbomáquina.

6. Regulador según la reivindicación 4,caracterizado por quela fuente fría es un aire primario de motor (204) extraído de la turbomáquina.

7. Válvula accionada por un accionador neumático,caracterizada por quecomprende un regulador (10) según una de las reivindicaciones 1 a 6, configurado para alimentar dicho accionador neumático.

8. Aeronave que comprende al menos una turbomáquina (200),caracterizada por quecomprende un regulador (10) según una de las reivindicaciones 1 a 6, y al menos un canal (210) que permite dirigir un aire de corriente de la turbomáquina hacia la membrana (22) del dispositivo de expansión del regulador, formando así el aire de corriente de la turbomáquina la fuente fría y la fuente de presión de referencia de la membrana (22).