Агрегаты оборудования герметической кабины

Одной из важных задач СКВ является поддержание заданного давления воздуха в ГК. Это обеспечивается с помощью различных регуляторов давления. Тип регулятора определяется значениями входного и выходного давлений, температурой и расходом газа.

По принципу действия автоматические регуляторы делятся на регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия (рис. 3.10) измерительный (чувствительный элемент) и исполнительный (регулирующий орган) узлы представляют собой единое целое. Воздействие на исполнительный механизм передается непосредственно от чувствительного элемента. Эти регуляторы просты в конструкции, но имеют ряд недостатков: большая зона нечувствительности; склонность к автоколебаниям; при больших расходах воздуха имеют большие габаритные размеры и массу.

Регуляторы прямого действия в настоящее время применяются для поддержания постоянного давления в небольших гермообъемах (отсеках с объемом до 1 м³) при подаче воздуха с расходом до 10 кг/ч и в качестве предохранительной аппаратуры.

В самолетных СКВ в качестве рабочего тела используется сжатый воздух. При этом газ подводится с определенным давлением, которое поддерживается в нужных диапазонах регуляторами давления. Тип регулятора определяется значениями входного и выходного давлений, температурой и расходом газа. Регуляторы давления могут поддерживать избыточное или абсолютное давление. Регуляторы избыточного давления – редукторы регулируют давление по отношению к давлению окружающей среды. Регуляторы абсолютного давления поддерживают постоянную разность давлений между давлением в герметичном объеме чувствительного элемента и выходным давлением.

Характеристики самолетных СКВ, их эффективность и надежность работы, качество поддержания параметров воздуха в кабинах и отсеках зависят от работоспособности сетевых регуляторов давления. Сетевые регуляторы давления устанавливаются в СКВ для понижения давления, получаемого от компрессора двигателя. Они характеризуются большой пропускной способностью (расход воздуха 1 кг/с), широким изменением входных давлений от 0,1 до 3,0 МПа при температуре рабочего воздуха до 650°С. Сетевые регуляторы давления бывают прямого и непрямого действия и имеют весьма разнообразные конструктивные схемы.

Сетевые регуляторы прямого действия, так же как и регуляторы давления кабины, имеют ряд недостатков, которые препятствуют их применению. Поэтому современные сетевые регуляторы выполняют по схеме непрямого действия.

Регулятор давления воздуха предназначен для поддержания заданного закона изменения давления воздуха в кабине, а также для предохранения кабины от опасного разрежения воздуха.

На рис. 3.10 показана принципиальная схема регулятора прямого действия. В конструктивном отношении регулятор представляет собой агрегат, объединяющий в одном корпусе три элемента: регулятор постоянного абсолютного давления; регулятор постоянного перепада давлений и предохранительный клапан обратного перепада давления. Регулятор постоянного абсолютного давления обеспечивает поддержание в кабине давления воздуха на участках (h₁ – h₅)кривой 3 (см. рис. 3.9). Чувствительным элементом регулятора постоянного абсолютного давления является вакуумированный сильфон 2 с расположенной внутри пружиной 7 (см. рис. 3.10).

Регулятор постоянного перепада давлений предназначен для поддержания постоянного перепада давления между давлением внутри кабины и давлением наружного воздуха на участке (h₅ – h₆) кривой 3 (см. рис. 3.9). Чувствительным элементом регулятора постоянного перепада давлений является спиральная пружина 6 (см. рис. 3.10), оттарированная на силу, соответствующую избыточному давлению Δр_к. Регуляторы постоянного абсолютного давления и постоянного перепада давлений конструктивно выполнены так, что их чувствительные элементы: сильфон и пружина независимо друг от друга действуют на один и тот же исполнительный орган – сдвоенные клапаны 4 и 5.

Рис. 3.10. Принципиальная схема регулятора: 1 – корпус; 2 – сильфон; 3 – шток; 4 и 5 – клапаны; 6 – пружина регулятора постоянного перепада давлений; 7 – пружина сильфона; 8 – серьга; 9 – кожух; 10 – предохранительный клапан

Наличие серьги 8 обеспечивает некоторый ход штока 3 с клапанами относительно сильфона 2. Пружина 6 прижимает верхний конец штока к серьге и этим самым создает необходимую жесткость передающей системы от сильфона к клапанам.

Работают регуляторы постоянного абсолютного давления и постоянного перепада давлений следующим образом. При полете на уровне земли давление воздуха внутри сильфона 2 меньше атмосферного, потому сильфон находится в сжатом состоянии и клапаны 4 и 5 полностью открыты. По мере увеличения высоты полета давление наружного воздуха, а, следовательно, и давление в кабине понижается, вследствие чего сильфон 2 будет постепенно расширяться, уменьшая посредством клапанов 4 и 5 площадь проходного сечения. До высоты h₁ (см. рис. 3.9, кривая 3), сильфон 2, расширяясь, оставляет клапаны 4 и 5 открытыми настолько, что в кабине не создается избыточного давления. На высоте h₅, дальнейшее расширение сильфона приводит к такому прикрытию клапанов 4 и 5, что в кабине по сравнению с окружающей атмосферой создается избыточное давление. Начиная с высоты h₅, вступает в работу регулятор постоянного перепада давлений.

Если перепад давлений окажется выше допустимого, то он преодолеет силу упругости пружины 6, клапаны 4 и 5 отойдут от седел и выпустят воздух из кабины, что приведет к уменьшению перепада давлений. При снижении перепада давления картина изменится на противоположную.

Уравнение равновесия клапанов на режиме поддержания постоянства давления в кабине (высоты полета h₁…h₅):

Р_гк f₁ +Р_а f₂ +Р_пр.с.= Р_гк f₂ + Р_аf₁ + Р_гк f_с.

где p_гк – давление в кабине;

f₁ – площадь верхнего клапана;

f₂ – площадь нижнего клапана;

f_с – площадь сильфона;

Р_пр.с – сила натяжения пружины сильфона;

p_a – атмосферное давление;

p_гк (f₁ – f₂ – f_с)= p_а (f₁ – f₂) – Р_пр.с

p_гк (f_с + f₂ – f₁) = p_а (f₂ – f₁) + Р_пр.с

p_гк = p_а + .

В последней формуле (f₂ – f₁) << (f_с+ f₂ – f₁), поэтому, пренебрегая первым членом уравнения, получаем:

p_гк ≈ .

Здесь Р_пр.с≈ const; (f_с + f₂ – f₁)= const, поэтому Р_гк ≈ const

Уравнение равновесия клапанов. Рассмотрим уравнение равновесия сил, действующих на клапаны регулятора на режиме поддержания постоянства перепада давления в кабине (высоты полета h₅…h₆):

p_гкf₁ + p_a f₂ = p_гкf₁ + p_a f₂ + P_пр,

где P_пр – сила натяжения пружины 6.

Преобразовав это равенство и обозначив p_гк – p_a =Δр, получим

Δр = P_пр / (f₂ – f₁) = const, откуда следует, что регулятор на участке кривой (h₅ – h₆) (см. рис. 3.9, кривая 3) будет поддерживать постоянный перепад давления.