RU2680299C1

RU2680299C1 - Hydrodynamic drive-generator

Info

Publication number: RU2680299C1
Application number: RU2018105351A
Authority: RU
Inventors: Виктор Израилевич Думов; Николай Юрьевич Львов; Виктор Лазаревич Тучинский; Владимир Александрович Фаддеев
Original assignee: Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Кристалл"
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-02-19

Abstract

FIELD: transportation.SUBSTANCE: invention relates to power supply systems of vehicles, mainly aircraft. Hydrodynamic drive-generator contains alternator (5) generator, control unit (7) and a hydrodynamic torque converter (1) communicated at the input with a channel (19) for supplying fuel to the fuel injection system of a vehicle engine used as a working fluid. the hydrodynamic converter (1) has a pumping wheel (2), kinematically connected with the shaft (3) of the vehicle engine, and a turbine wheel (4), kinematically connected with the rotor of the generator (5). Pump wheel (2) and the turbine wheel (4) are kinematically connected to each other via a disengaged clutch.EFFECT: invention makes it possible to reduce the heating of fuel by a driven generator.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам электроснабжения переменного тока постоянной частоты для транспортных средств, преимущественно летательных аппаратов.The invention relates to AC power systems of constant frequency for vehicles, mainly aircraft.

Известен привод-генератор, содержащий генератор переменного тока, блок регулирования и гидродинамический преобразователь крутящего момента, использующий в качестве рабочей жидкости топливо двигателя транспортного средства и имеющий насосное колесо, кинематически связанное с валом двигателя транспортного средства и турбинное колесо, кинематически связанное с ротором генератора, и поворотные лопатки, связанные с блоком регулирования (Патент №2408503, опубл. 2009 г. ).A known drive generator comprising an alternating current generator, a control unit and a hydrodynamic torque converter using vehicle engine fuel as a working fluid and having a pump wheel kinematically connected to the vehicle engine shaft and a turbine wheel kinematically connected to the generator rotor, and rotary blades associated with the control unit (Patent No. 2408503, publ. 2009).

Особенностью указанного привода-генератора является то, что гидравлические потери, связанные с работой гидродинамического преобразователя крутящего момента, приводят к повышению температуры топлива, поступающего в двигатель, или, в случае использования перепуска части топлива, ведут к повышению температуры топлива в баках летательного аппарата, что недопустимо, особенно на длительном крейсерском режиме полета. Для устранения повышенного нагрева топлива приходится устанавливать в топливной системе летательного аппарата дополнительные топливовоздушные теплообменники, что значительно увеличивает массу летательного аппарата.A feature of the specified drive-generator is that hydraulic losses associated with the operation of the hydrodynamic torque converter lead to an increase in the temperature of the fuel entering the engine, or, in the case of using bypass part of the fuel, lead to an increase in the temperature of the fuel in the aircraft tanks, which unacceptable, especially on a long cruising flight mode. To eliminate the increased heating of the fuel, it is necessary to install additional fuel-air heat exchangers in the aircraft’s fuel system, which significantly increases the mass of the aircraft.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является уменьшение нагрева топлива от привода-генератора.The problem to which the claimed invention is directed is to reduce the heating of fuel from a drive generator.

Технический результат достигается тем, что в гидродинамическом приводе-генераторе, содержащем генератор переменного тока, блок регулирования и гидродинамический преобразователь крутящего момента, сообщенный на входе с каналом подачи топлива системы топливоподачи двигателя транспортного средства, используемого в качестве рабочей жидкости, и имеющий насосное колесо, кинематически связанное с валом двигателя транспортного средства и турбинное колесо, кинематически связанное с ротором генератора, насосное колесо гидродинамического преобразователя дополнительно кинематически связано через расцепляемую муфту с турбинным колесом гидродинамического преобразователя, при этом расцепляемая муфта может быть выполнена фрикционной, содержит поршень, рабочая полость которого сообщена с каналом подачи топлива, связанным с блоком регулирования привода-генератора, и имеет на периферии отверстие, сообщающее рабочую полость поршня с внутренней полостью привода-генератора.The technical result is achieved in that in a hydrodynamic drive-generator containing an alternating current generator, a control unit and a hydrodynamic torque converter communicated at the inlet with the fuel supply channel of the fuel supply system of the vehicle engine used as the working fluid, and having a pump wheel, kinematically associated with the shaft of the engine of the vehicle and a turbine wheel kinematically connected with the rotor of the generator, the pump wheel of the hydrodynamic the converter is additionally kinematically connected through a disengaged clutch to the turbine wheel of the hydrodynamic transducer, while the disengaged clutch can be made friction, contains a piston, the working cavity of which is in communication with the fuel supply channel connected to the drive-generator control unit, and has an opening on the periphery that communicates with the working piston cavity with an internal cavity of the drive generator.

Включение в состав гидродинамического привода-генератора дополнительной кинематической связи, например, с помощью зубчатых колес, между насосным и турбинным колесами гидродинамического преобразователя крутящего момента с установкой в ней расцепляемой муфты позволяет отключить гидродинамический преобразователь из работы привода-генератора на длительном крейсерском режиме полета, тем самым исключив потери мощности в гидропреобразователе и, как следствие, уменьшить температуру топлива, поступающего в двигатель.The inclusion of an additional kinematic connection, for example, with gears, between the pump and turbine wheels of the hydrodynamic torque converter with the installation of a disengaged clutch in the hydrodynamic drive generator, allows the hydrodynamic converter to be disconnected from the drive generator for a long cruising flight mode, thereby eliminating power losses in the hydraulic converter and, as a result, reduce the temperature of the fuel entering the engine.

Изобретение поясняется графически, где на чертеже схематично представлен предлагаемый гидродинамический привод-генератор.The invention is illustrated graphically, where in the drawing the proposed hydrodynamic drive generator is schematically represented.

Гидродинамический привод-генератор содержит гидродинамический преобразователь крутящего момента 1, в рабочей полости которого имеется насосное колесо 2, вал которого сцеплен с приводным валом 3, связанным кинематически с валом двигателя транспортного средства, турбинное колесо 4, связанное с валом генератора 5 переменного тока, и поворотные лопатки 6, управляемые блоком регулирования 7.The hydrodynamic drive-generator contains a hydrodynamic torque converter 1, in the working cavity of which there is a pump wheel 2, the shaft of which is coupled to the drive shaft 3, kinematically connected to the shaft of the vehicle engine, a turbine wheel 4 connected to the shaft of the alternator 5, and rotary blades 6, controlled by the control unit 7.

Зубчатые колеса 8 и 9 связывают вал насосного колеса 2 с валом внутренней полумуфты 10 фрикционной муфты. Вал наружной полумуфты 11 фрикционной муфты связан зубчатыми колесами 12 и 13 с валом турбинного колеса 4.Gears 8 and 9 connect the shaft of the pump wheel 2 with the shaft of the inner coupling half 10 of the friction clutch. The shaft of the outer coupling half 11 of the friction clutch is connected by gears 12 and 13 with the shaft of the turbine wheel 4.

В наружной полумуфте 11 размещен поршень 14, контактирующий с пакетом фрикционных дисков 15. Рабочая полость 16 поршня 14 сообщается через полый вал 17 и уплотнение 18 с каналом 19 подвода топлива системы топливоподачи двигателя, содержащим кран 20, связанный электрическим управлением с блоком регулирования 7. На периферии рабочей полости 16 поршня 14 выполнено дозирующее отверстие 21, сообщающее рабочую полость 16 с внутренней полостью привода-генератора.In the outer coupling half 11 there is a piston 14 in contact with the friction disc package 15. The working cavity 16 of the piston 14 communicates through the hollow shaft 17 and the seal 18 with the fuel supply channel 19 of the engine fuel supply system, comprising a valve 20 electrically connected to the control unit 7. On On the periphery of the working cavity 16 of the piston 14, a metering hole 21 is made, which communicates the working cavity 16 with the internal cavity of the drive generator.

Предлагаемый привод-генератор работает следующим образом.The proposed drive generator operates as follows.

При частоте вращения вала двигателя ниже или выше пределов заданного диапазона, охватывающего крейсерский режим полета, крутящий момент от вала двигателя передается ротору генератора 5 через гидродинамический преобразователь 1, использующий в качестве рабочей жидкости топливо. При этом под действием блока регулирования 7 путем поворота лопаток 6 обеспечивается постоянная частота вращения ротора генератора 5, а значит и постоянная частота вырабатываемого генератором переменного тока. При вхождении частоты вращения вала двигателя в пределы упомянутого заданного диапазона блок регулирования 7 по сигналу от системы автоматического управления двигателя открывает кран 20 и закрывает поворотные лопатки 6. Вследствие этого поршень 14 под действием повышения давления в его рабочей полости 16 сжимает пакет фрикционных дисков 15, что приводит к сцеплению полумуфт 10 и 11; одновременно момент, передаваемый от вала двигателя ротору генератора 5 через гидродинамический преобразователь 1, уменьшается практически до нуля, и передача крутящего момента от вала двигателя ротору генератора происходит через зубчатые колеса и замкнутую муфту, минуя гидродинамический преобразователь 1, т.е. с коэффициентом полезного действия, близким к единице. При выходе частоты вращения вала двигателя в любую сторону за пределы заданного диапазона блок регулирования 7 по соответствующему сигналу от системы автоматического управления двигателя закрывает кран 20, топливо выбрасывается из рабочей полости 16 через отверстие 21 во внутреннее пространство привода-генератора с более низким давлением, полумуфты 10 и 11 расцепляются, а блок регулирования 7 по тому же сигналу начинает снова управлять поворотными лопатками 6, поддерживая работой гидродинамического преобразователя 1 постоянную частоту вращения ротора генератора 5. Передаточные отношения зубчатых колес 8, 9, 12 и 13 таковы, что на нижней границе заданного диапазона частоты вращения вала двигателя вырабатываемая генератором 5 частота тока имеет минимально допустимое значение, а на верхней границе этого диапазона данная частота тока имеет максимально допустимое значение.When the rotational speed of the engine shaft is lower or higher than the limits of the specified range, covering the cruising flight mode, the torque from the engine shaft is transmitted to the rotor of the generator 5 through a hydrodynamic converter 1, using fuel as a working fluid. In this case, under the action of the control unit 7, by rotating the blades 6, a constant rotational speed of the rotor of the generator 5 is provided, and hence the constant frequency generated by the alternator. When the rotational speed of the engine shaft falls within the specified range, the control unit 7, upon a signal from the automatic engine control system, opens the valve 20 and closes the rotary blades 6. As a result, the piston 14 compresses the friction disc package 15 under the action of increasing pressure in its working cavity 16, which leads to the coupling of the coupling halves 10 and 11; at the same time, the moment transmitted from the engine shaft to the rotor of the generator 5 through the hydrodynamic converter 1 is reduced to almost zero, and the transmission of torque from the motor shaft to the generator rotor occurs through gears and a closed coupling, bypassing the hydrodynamic converter 1, i.e. with a efficiency close to unity. When the frequency of rotation of the motor shaft in any direction outside the specified range, the control unit 7, by the corresponding signal from the automatic engine control system, closes the valve 20, fuel is ejected from the working cavity 16 through the opening 21 into the inner space of the drive-generator with a lower pressure, coupling halves 10 and 11 are disengaged, and the control unit 7 by the same signal starts again to control the rotary blades 6, maintaining the constant rotational frequency of the hydrodynamic converter 1 the rotor of the generator 5. The gear ratios of the gears 8, 9, 12 and 13 are such that at the lower boundary of the specified range of frequency of rotation of the motor shaft, the current frequency generated by the generator 5 has the minimum acceptable value, and at the upper boundary of this range, this current frequency has the maximum permissible value.

Полученная таким образом работа привода-генератора на длительном крейсерском режиме полета с отключенным гидродинамическим преобразователем исключает потери в нем мощности, уменьшая температуру топлива, поступающего в двигатель. Этим исключается необходимость установки дополнительных топливовоздушных теплообменников, что снижает массу летательного аппарата в целом.Thus obtained operation of the drive-generator for a long cruising flight mode with the hydrodynamic converter switched off eliminates the loss of power in it, reducing the temperature of the fuel entering the engine. This eliminates the need to install additional fuel-air heat exchangers, which reduces the weight of the aircraft as a whole.

Claims

1. A hydrodynamic drive generator comprising an alternating current generator, a control unit and a hydrodynamic torque converter communicated at the inlet with a fuel supply channel of a fuel supply system of a vehicle engine used as a working fluid, and having a pump wheel kinematically connected to a shaft of a vehicle engine means, and a turbine wheel kinematically connected with the rotor of the generator, characterized in that the pump wheel of the hydrodynamic converter It is kinematically connected through a disengaged coupling to the turbine wheel of the hydrodynamic converter.

2. The hydrodynamic drive-generator according to claim 1, characterized in that the disengaged clutch is made of friction, contains a piston, the working cavity of which is in communication with the fuel supply channel connected to the control unit of the drive-generator, and is made with an opening communicating with the working cavity of the piston with the internal cavity of the drive generator.