SE463042B - Servomekanism med snaeppverkan - Google Patents

Description

Ö :_ êóš 4 ..._ 2 som definierar påverkningstrycket leds genom ett munstycke, vars öppnande (strömningsarean genom detsamma) regleras av ett till- stängningsorgan som pâverkas av ett manöverdon som är påverkbart av strömning genom munstycket. Omställning av servoutgångs- organet åstadkommes genom att man ökar eller minskar den resul- terande kraften på manöverdonet med munstycksströmningen. Det hydrauliska gensvaret hos utgångsorganet och det tryckpåverkbara manöverdonet är sådana, att omställning av manöverdonet för att uppnå ett önskat gensvar hos utgångsorganet utförs före omställ- ningen av själva utgångsorganet för att uppnå positiv snäpp- verkangensvar hos detsamma på variationer i manöverdoninställ- ningar.

I den föredragna utföringsformen innefattar servout- gångsorganet ett för avlänkning av jetbränsle anordnat ventil- element som kan röra sig fram och tillbaka i en korresponderande cylinder såsom gensvar på servotryck på ventilelementet. Stor- leken hos servotrycket på ventilelementet regleras av munstycks- strömningen som i sin tur styrs av ett tillstängningsorgan som påverkas av ett bälgmanöverdon som är pâverkbart i beroende av ett fluidum. Bälgmanöverdonet är anbragt i en kammare med en öppning i vilken finns en strömningsstrypning. I drift åstad- kommer strömningsstrypningen en fördröjning i servofluidum- strömningen genom kammaren, varigenom trycksättningen av bälgen medelst munstycksströmningen ökas så att man uppnår snäppverkan- gensvar hos det ovan nämnda elementet.

Uppfinningen kommer att beskrivas mera i detalj i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. l schematiskt visar snäppverkanservomekanismen enligt förelig- gande uppfinning, fig. 2 är en förstoring av en del av den i fig. 1 visade mekanismen och fig. 3 är en kurva som visar hydraulkrafterna som verkar på ett av fluidumtryck påverkbart manöverdon som utnyttjas i servomekanismen.

Uppfinningen kommer här att beskrivas i samband med en bränslehanteringsanordning för en gasturbinmotor av typen som används för att driva militära och kommersiella flygplan. Det skall emellertid framhållas att uppfinningen likaväl skulle kunna användas varsomhelst där en hydraulisk servomekanism utnyttjas. 463 042 3 I fig. l inkluderar en gasturbinm brännare, av vilka en är visad vid 15, vilka matas med jet- bränsle genom ledningen 17 från en bränsleregulator 20, t.ex. en JFC-60 bränsleregulator som tillverkas av Hamilton Standard Division hos United Technologies Corporation. Bränsleregulatorn 20 matas med bränsle från kugghjulspumpen 25 genom ledningen 30, i vilken ett filternät 35 är placerat. Bränsle mottas i led- ningen 30 från första och andra koncentriska värmeväxlare 37 och RO. Såsom är visat matas värmeväxlaren H0 med bränsle genom ledningen H5, medan värmeväxlaren 37 matas med bränsle genom ledningen 50. Bränsle mottas i ledningen 50 från centrifugal- pumpen 55 som suger bränsle genom ledningen 57 från en bränsle- behållare (inte visad) som inte står under tryck. Centrifugal- pumpen 55 minskar risken för kavitation i kugghjulspumpen 25 genom att sätta fluiduminmatningen till densamma under tryck.

Bränsleflödet genom värmeväxlarna 37 och 40 kan utnyttjas för en godtycklig önskad kylning, exempelvis för att kyla elektroniska kretsar (inte visade) som arbetar i samverkan med bränsleregu- latorn 20.

Såsom fackmannen torde inse doserar bränsleregulatorn 20 en bränsleström med en önskad vikt till motorbrännarna 15 på basis av önskade och verkliga motorarbetsbetingelser. Härvid inreglerar bränsleregulatorn 20, medelst skilda bränslehante- ringsanordningar som utnyttjas däri, trycket och strömnings- takten hos bränsle som utmatas därifrån till motorn. Vanligen avger kugghjulspumpen 25 en större bränsleström än vad som krävs för motordrift, varvid överskottsbränsle (shuntbränsle) matas ut från bränsleregulatorn genom ledningen 60 på sätt som kommer att beskrivas mera i detalj nedan.

Den förbättrade hydrauliska servomekanismen enligt föreliggande uppfinning reglerar avgivningen av shuntbränsle från ledningen 60 till värmeväxlarna 37 och HO. Servomekanismen 65 inkluderar en avlänkningsventil 70 som innefattar en cylinder 75 som är tätad av anslaget 77 vid cylinderns vänstra ände och som inkluderar en ringformig kammare 78 vid sin landände samt står i förbindelse med ledningarna 45 och 60. Avlänkningsven- tilen inkluderar också ett fram- och tillbaka omställbart avlänkningsventilelement (utgângsorgan) 80 som är beläget i 4 cylindern. Såsom är visat inkluderar ventilelementet 80 ett par skålformade landpartier 85 och 90 som är förbundna medelst ett mittparti 95 med reducerad diameter.

Med ventilelementet 80 i det visade läget riktas shunt- bränsle som avges till servomekanismen genom ledningen 60 av ventilelementet 80 in i ledningen 100 som står i förbindelse med ledningen 50, genom vilken bränslet matas ut från pumpen 55 till värmeväxlarna. Såsom är antytt av pilarna utmatas shuntbränsle som riktas in i ledningen 100 av avlänkningsventilen in i led- ningen 50 för utmatning till den yttre värmeväxlaren 37 och efterföljande avgivning till kugghjulspumpen 25 genom ledningen 30. Omställning av ventilelementet 80 åt vänster öppnar led- ningen H5 och stänger ledningen 100 (med landpartiet 90) och öppnar därvid en kanal från ledningen 60 och vidare genom av- länkningsventilen till ledningen H5 för utmatning av shunt- bränslet till den inre värmeväxlaren H0. Bränslet matas därefter in i ledningen 50 från värmeväxlaren Ä0 för att återföras till kugghjulspumpen 25 och bränsleregulatorn 20.

Den vänstra änden på landpartiet 85 är försedd med en förstorad kolv 105 som sätts under tryck vid sin högra ändyta medelst bränsle från en under tryck (PS) stående källa (inte visad) genom ledningen 110. Eftersom landpartierna 85 och 90 har samma diameter och således är utsatta för lika stora fluidum- krafter som påläggs desamma från delen av ventilcylindern som är belägen intill den reducerade delen 95 bestäms läget hos avlänk- ningsventilelementet 80 av den relativa storleken av trycken på kolven 105. Man förstår således att om i det visade läget fluidumkrafterna som sammanhänger med trycksättningen av kolvens 105 vänstra ändyta och landpartiets 85 inre medelst bränsle vid ett modulerat tryck Pm är större än krafterna som sammanhänger med trycksättningen av den högra ändytan hos kolven 105 av bränsle i ledningen ll0 vid trycket PS kommer ventilelementet 80 att anpressas åt höger. Omvänt kommer en tillräcklig sänkning av trycket Pm att medföra att fluidumkrafterna som utgör resultatet av trycksättningen av den högra ändytan hos kolven 105 med bränsle vid trycket Ps att krafterna på kolvens vänstra ändyta övervinns, varigenom ventilelementet bringas att omställas åt vänster till anliggning mot anslaget 77. 463 042 5 En elektrisk omvandlare (omkopplare) 115, som är påverk- bar såsom gensvar på fluidumtryck, är belägen i kanalen 120 som ger förbindelse mellan änden på avlänkningsventilcylindern och ledningens 110 uppströmsände. Omkopplaren 115, som är känslig för skillnaden mellan trycken Pm och Ps vid änden på avlänk- ningsventilcylindern och således för omställning av ventil- elementet, avger en elektrisk signal som är indikativ för ändringar i den nämnda tryckskillnaden till en lämplig elektrisk indikator (inte visad), såsom en lampa. Den vänstra änden på avlänkningsventilcylindern trycksätts med fluidum vid trycket Ps genom ledningen 125, i vilken en öppning 130 är anordnad, samt ledningen 135.

Med närmare hänvisning till fig. 2 står ledningen 135 vid sin motsatta ände i förbindelse med ett munstycke 1ü0 som är inskruvat i en borrning som sträcker sig genom botten på en kammare 1U5. Strömningsarean genom öppningar 150 i munstyckets övre ände inregleras medelst ett halvsfäriskt tillstängnings- organ 155 som hålls kvar inom munstyckets invikta ände. Läget hos tillstängningsorganet 155 inställs av ett av fluidum påverkbart bälgmanöverdon 160, som vid sin ände är försett med ett kolvutgångsorgan 165 som är mekaniskt anslutet till tillstängningsorganet 155 medelst ett godtyckligt lämpligt organ.

Fortfarande med hänvisning till fig. 2 är kammarens lU5 övre ände tätad av en plugg 170 som inkluderar en gängad borrning inom vilken bussningen 175 är anbragt, varvid bussningens läge i längdriktningen är inreglerbar i pluggen genom inställning av skruvhuvudet 180 för inreglering av mekanismens utlösningspunkt. Genom bussningen 175 löper en längsgående resp. en radiell strömningskanal 185 och 187, varvid kanalen 185 står i förbindelse med lågtrycksbränsle (pumpin1op- pet) genom ledningen 190 och kanalen 195 i pluggen 170 och en öppning 200 är anordnad i kanalen 195. Bussningen 175 anligger mot en andra bussning 205 som är anordnad i bälgen 160 och inom vilken den längsgående fluidumkanalen 210 är belägen, varvidi denna kanal står i förbindelse med bälgens inre genom den radiella kanalen 212, varför bälgen blir trycksatt invändigt med bränsle vid pumpinloppstrycket genom ledningen 190 samt kanaler- CN I fíó na 195, 187, 185, šlü och 212.

Kammaren 145 står i förbindelse med utloppstryck från pumpen 55 genom den däri anordnade ledningen 215 med en ström- ningsstrypning (öppning) 220, den ringformiga kammaren 78 och ledningen 100.

Såsom har nämnts ovan krävs att avlänkningsventilen har en snäppverkningsarbetskaraktäristik för att slitaget hos avlänkningsventilelementet 95 och de skilda andra delarna i servomekanismen enligt föreliggande uppfinning för att selektivt kanalisera bränslet till värmeväxlarna skall minskas. Vidare krävs en sådan snäppverkanarbetskaraktäristik för att möjliggöra för avlänkningsventilelementet att ständigt hålla sig självt i avsett läge i ventilcylindern och för att möjliggöra för den tryckpåverkbara omkopplaren ll5 att noggrant och kontinuerligt ange sådan lägesinstälning. För att uppnå det erforderliga snäppverkanarbetssättet hos avlänkningsventilelementet reglerar man trycket i avlänkningsventilcylinderns 75 vänstra ände genom att reglera bränsleströmningen genom munstycket 145 medelst en reglerad trycksättning av bälgmanöverdonet 160.

Om det för att åskådliggöra servomekanismens arbetssätt antas att avlänkningsventilelementet 80 befinner sig i det visade läget är det, för att avlänka shuhtbränsleströmning från den yttre värmeväxlaren 37 till den inre värmeväxlaren, nödvän- digt att omställa avlänkningsventilelementet 80 åt vänster. En sådan rörelse utförs av och åtföljer en ökning i hastigheten hos motorn 10, som själv åstadkommer en ökning i hastigheten och således en ökning i utgångstrycket från pumpen 55. Genom att pumpens utgångstryck ökas kommer trycket i kammaren 145 att ökas genom att denna står i förbindelse med pumpen genom ledningarna 50 och 100, ventilens ringformiga kammare 78 samt ledningen 215.

En ökning av trycket i kammaren 145 medför i sin tur en ökning av tryckfallet över bälgen 160 (varvid pumpens inloppstryck förblir konstant), varigenom bälgen bringas att lyfta kolven 165 och tillstängningsorganet 155 bort från den övre änden av munstycket 140. Detta ökar det effektiva öppnandet av munstycket 140 och således strömningen genom detta, varigenom trycket Pm vid den vänstra änden på avlänkningsventilcylindern sänks.

Strömningsstrypningen 220 bromsar utmatningen av munstycks- M 462, 04-2' k 7 strömning från kammaren 145 genom ledningen 215 och ökar därigenom den fortsatta trycksättningen av bälgen så att bälgen bringas att lyfta kolven 165 och således tillstängningsorganet 155 i snabbare takt.

Med hänvisning till fig. 3 ser man att sådan bromsning av munstycksströmningen från kammaren lH5 medelst strömningsstryp- ningen 220 bringar ändringstakten för trycksättning av bälg- manöverdonet att öka snabbare än ökningen i den motsatt riktade fjäderåterställningskraften som blir följden av hoppressning av bälgen. Bälgen öppnas således i en ökad takt under inverkan av strömningen genom munstycket lü0 såsom är antytt medelst det skuggade partiet 230 mellan kurvorna i fig. 3, varigenom tryckmínskningen i den vänstra delen av avlänkningsventilcylin- dern genom munstycket påskyndas så att avlänkningsventilelemen- tet snäpper tvångsmässigt åt vänster och hålls där tack tryck- sättningen av kolven 105 genom ledningen 110. Denna tvångsmäs- siga snäppverkan hos avlänkningsventilelementet indikeras av en kontinuerlig (omodulerad) utgångssignal från den av tryck påverkbara omkopplaren 115.

Med antagande av att motorns 10 hastighet sänks kommer pumpens 55 pumphjul att rotera långsammare, varigenom trycket i kammaren 1U5 sänks. Eftersom pumpinloppstrycket som påläggs det inre av bälgen 160 förblir konstant medför en sänkning av pumphastigheten på detta sätt en sänkning av tryckfallet över bälgen. Det minskade tryckfallet som bälgen utsätts för medför att tillstängningsorganet 150 sänks under inverkan av den inbyggda återställningskraften hos bälgfjädern. Sänkning av tillstängningsorganet på detta sätt minskar strömningen genom munstycket, vilket i sin tur sänker tryckfallet över bälgen, varvid strömningsstrypningen 220 minimerar varje icke önskvärd nytrycksättning av det yttre av bälgen genom ledningen 215.

Genom att man sänker tryckfallet på detta sätt påskyndas tillstängningen av munstycket, varigenom den vänstra änden på kolven 105 kan nytrycksättas genom ledningarna 125 och 135 för omställning av kolven 105 åt höger med snäppverkan. En sådan rörelse omkanaliserar strömningen från den inre värmeväxlaren 40 till den yttre värmeväxlaren 37 och avbryter på ett kontinuer- ligt sätt signalen från den av tryck påverkbara omkopplaren 115. 8 Fackmannen torde lätt inse att den hydrauliska strömningstakten genom munstycket och gensvartakten hos bälgen är så valda, att bälgen ger gensvar på en pumphastighet som håller på att ändra sig (kammartrycket) innan kolven 105 påverkas av tryck på densamma så att man erhåller de ovan beskrivna snäppverkanarbetsegenskaperna. Såsom har nämnts ovan åstadkommer ett dylikt snäppverkanarbetssätt en upprepbar och tillförlitlig, tvångsmässig, omodulerande påverkan av servomekanismen och den av tryck påverkbara omkopplaren, varjämte nämnda arbetssätt ökar nyttolivslängden hos sådana servokomponenter som tätningar och dylikt.

Claims (7)

463 042' PATENTKRAV

1. Servomekanism med ett första utgângsorgan (80) som är omställbart såsom gensvar på en skillnad i servofluidumtryck tvärsöver nämnda utgångsorgan, k ä n n e t e c k n a d av ett munstycke (140), en ledning (135) som åstadkommer fluidum- förbindelse mellan nämnda första utgångsorgan (80) och nämnda munstycke (1N0) så att en strömníng av servofluidum kan före- komma mellan desamma, varigenom en ändring i trycksättningen hos nämnda första utgångsorgan (80) åstadkommes, ett munstyckstill- stängningsorgan (155) för att modulera nämnda strömníng av servofluidum genom nämnda munstycke (140), ett av fluidumtryck påverkbart manöverdon (160) med ett andra utgångsorgan (165) mekaniskt anslutet till nämnda tillstängningsorgan (155) för inreglering av dettas läge, varvid nämnda andra utgângsorgan (165) anpressas mot ett förutbestämt inställningsläge hos tillstängningsorganet av en återställningskraft som är tilldelad nämnda manöverdon (160) och nämnda återställningskraft varierar med läget hos nämnda andra utgângsorgan (165), en öppen kammare (1H5) som åstadkommer förbindelse mellan nämnda manöverdon (160) och nämnda munstycke (1H0) för att möjliggöra påläggning av nämnda servofluidumströmning genom nämnda munstycke (1UO) till nämnda manöverdon (160) i motverkan mot nämnda återställnings- kraft, och en första strömningsstrypning (220) anbragt i en kammaröppning för att strypa strömníng från kammaren och därvid öka trycksättningen av nämnda manöverdon (160) medelst nämnda munstycksströmning, varigenom ändringstakten för trycksättningen av nämnda manöverdon (160) medelst nämnda munstycksströmning efter hand som nämnda tillstängningsorgan (155) inregleras av nämnda manöverdon (160) blir större än ändringstakten hos nämnda återställningskraft för manöverdonet så att takten i ändringen av trycksättningen av nämnda första utgångsorgan (80) maximeras för omställning av detsamma med snäppverkan. 10 463 042

2. Servomekanism enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda första utgångsorgan (80) innefattar ett avlänkningsventilelement (80) för jetbränsle.

3. Servomekanism enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda manöverdon (160) innefattar en bälg (160), att nämnda andra utgångsorgan (165) innefattar en rörlig kolv (165) vid vilken nämnda tillstängningsorgan (155) är fixerat och att nämnda återställningskraft innefattar den inbyggda fjäderåter- ställningskraften hos nämnda bälg (160) när nämnda kolv (160) är omställd.

4. U. Servomekanism enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda bälg (160) är anordnad för trycksättning vid sitt inre, varvid kraften med vilken nämnda tillstängningsorgan (155) inregleras är proportionell mot skillnaden mellan tryck- fallet över nämnda bälg (160) och nämnda därmed samverkande återställningskraft.

5. Servomekanism enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda servofluidum tillförs från en källa till nämnda servomekanism intill nämnda första utgângsorgan (80) genom en andra strömningsstrypning (130), varvid nämnda andra strömningsstrypning (130) reducerar eventuella verkningar av direktströmning från nämnda servofluidumkälla genom nämnda munstycke (1ü0).

6. Servomekanism enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av organ (115) anordnade i fluidumförbindelse med nämnda första utgångsorgan (80) för att indikera ändringar i dettas fluidumtrycksättning.

7. Servomekanism enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda först utgångsorgan (80) innefattar ett fram- och tillbaka omställbart organ (105) anbragt i en cylinder och att nämnda organ (115) för att indikera ändringar i fluidum- trycksättningen innefattar en av fluidumtryck påverkbar elektrisk omkopplare (115) anordnad i fluidumförbindelse med nämnda cylinder. I f/I