53

В.И. Лалабеков

ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ГАЗОВЫЕ

ПРИВОДЫ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ

ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.

ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ.

(Часть 2)

2.3. Газогидравлический преобразователь энергии аксиально-поршневого типа.

Следующему за ТТГГ газо-гидравлическим преобразователем энергии следует уделить особое внимание как наиболее сложному конструктивному элементу, обладающему высокими энергетическими показателями. Объёмный КПД АПМНА составляет 0,7…0,75. В АПМНА соединены два функциональных элемента:

• газовый мотор (ГМ), работающий на горячем газе,

• гидравлический насос (ГН), работающий на минеральном масле.

В конструкции используются материалы, температура которых должна выдерживать 800…1000С, причём в режиме высоких оборотов, и обычные материалы, применение которых широко используется в гидромашиностроении. В состав АПМНА входят до 1000 единиц сборочных деталей, каждая из которых имеет специфичное функциональное значение.

Общий вид газового мотора, работающего на горячем газе – продуктах разложения твёрдого топлива представлен на рис. Насосная часть АПМНА аналогична по конструктивному исполнению и широко представлена в работах [Башта, Данилов и др.].

Рис. 19 Конструкция АПМНА

Жаростойкие стали, из которых изготовлены блок цилиндров газового двигателя, кардан, обеспечивающий синхронизацию вращения блока цилиндров и вала, соединяющего газовый двигатель и гидравлический насос, сочетаются с жаростойким чугуном поршневой группы и высокотемпературным сплавом латуни и меди, из которого выполнен газовый распределитель.

Блок цилиндров газового двигателя прижимается к газовому распределителю цилиндрической пружиной через тонкостенный стакан с термокомпенсационными окнами, размещённый внутри пружины. Усилие пружины подбирается, исходя из условия обеспечения баланса сил прижима и отжима от эпюры давления газа, образованной в зазоре газового распределителя при поступлении газа от ТТГГ и отжимающей блок цилиндров от распределителя при вращении.

Н

Рис. 20 Схема устройства охлаждения ГМ в составе привода

С целью снижения тепло напряжённости в деталях газового мотора в конструкции используется узел охлаждения (рис. 20) ходовой части ГМ за счёт принудительной подачи жидкости из магистрали нагнетания через дозирующий дроссельный пакет шайб (ДР) в корпус ГМ. Жидкость, после осуществления охлаждения, смешивается в зоне выхлопного отверстия газового распределителя с отработанным газом, включая утечки, и выводится через выхлопную трубу наружу под давлением (Р_вых), которое образуется в корпусе ГМ. При этом, температура смеси газа и жидкости на выхлопе не превышает 400С. Такая температура позволяет эксплуатировать газовый двигатель в течение нескольких (5…10 мин) непрерывно.

Та часть жидкости, которая расходуется на охлаждение, компенсируется из пополнительного бака – вытеснителя (Выт), за счёт подпора газовой полости давлением газогидравлической смеси ГМ. Образующийся при этом подпор бака рабочей жидкости, обеспечивает одновременно бескавитационный режим работы насоса.

Газовый мотор преобразует энергию давления газа в механическую энергию на валу, соединённого через наклонный диск с помощью кардана с вращающимся блоком цилиндров. Нагрузкой газового двигателя является насос, давление жидкости которого в магистрали нагнетания, действующее на поршни, образует нагрузку на валу ГМ.

Величина давления жидкости устанавливается настройкой регулировки (пружины) переливного клапана. Расходные характеристики переливного клапана могут иметь различный вид в зависимости от конструктивного исполнения запорной части (рис. 21).

Недокомпенсация

гидродинамической силы

P

Q

Рис.21 Виды расходно-перепадных характеристик клапана

При совместной работе ТТГГ и АПМНА целесообразно применение в напорной магистрали привода переливного клапана с компенсацией гидродинамической силы, в котором независимо от потребляемого расхода сохраняется в магистрали нагнетания постоянное давление, а через коэффициент редукции, равный отношению площадей поршней газового двигателя к насосу – и давление газа в ТТГГ.

Инвариантность давления от расхода обеспечивается гидродинамической разгрузкой соответствующей конфигурации запорно-регулирующего органа переливного клапана при изменении расхода в широком диапазоне значений за счёт специального профилирования каналов слива (рис.22).

Р

Рис. 22 Конструктивная схема клапана, разгруженного от действия

гидродинамической силы

Таким образом, независимо от разбросов оборотов неизменностью действия нагрузки на насос обеспечивается работа ТТГГ в режиме постоянного давления, что приводит к экономии массы заряда, как показано в разделе 3, на 25…30% в сравнении с ТТГГ, работающем на сопло.

2.3.1. Энергетические характеристики

Д авление на входе в газовый двигатель и его значение оценивается с помощью равенства момента движущего и момента нагрузки:

Энергетические показатели совместно работающиx ТТГГ и ГМ оцениваются механической характеристикой моноблока М=f().

Д ля получения выражения механической характеристики через параметры ТТГГ и ГМ используем уравнение газового баланса: