Системы перекачки топлива на самолете выполняют различные функции и могут быть подразделены на основную, вспомогательную и балансировочную.
Основная система перекачки участвует непосредственно в цепи подачи топлива из очередных баков в расходный с расходом топлива, необходимым для питания двигателей.
Вспомогательные системы обеспечивают откачку топлива из дренажных бачков, выработку остатков топлива из баков и трубопроводов и т. д.
Система балансировочной перекачки обеспечивает создание необходимого балансировочного момента самолета.
Расположение запаса топлива на самолете во многом определяет динамические и экономические характеристики самолета, поэтому одной из главных задач системы перекачки и топливной автоматики является обеспечение очередности выработки топлива из баков с минимальным отклонением центровок от положения, при котором рули управления самолетом имеют наименьшее отклонение.
К схемам и конструкции систем перекачки топлива могут быть предъявлены следующие основные требования:
— автоматическое управление перекачкой;
— выработка топлива из баков до минимальных остатков с заданным расходом на всех режимах полета;
— оптимальные энергетические и массовые характеристики;
— простота и удобство в эксплуатации;
— надежная перекачка топлива из баков при необходимом резервировании средств подачи топлива.
Топливо в расходный бак обычно подается насосами, в отдельных случаях применяются системы с выдавливанием топлива сжатым газом или воздухом, отбираемым от компрессора двигателя. Такие системы нашли применение в основном для подачи топлива из подвесных сбрасываемых баков (см. рис. 4.23).
Наибольшее распространение получили системы перекачки топлива в расходные баки с центробежными электроприводными насосами переменного тока. Такие системы применяются почти на всех отечественных и зарубежных самолетах (Ту-154, Ил-62, «Конкорд», VC-10 и т. д.).
Управление электроприводными насосами осуществляется обычно через специальную пусковую коробку от слаботочной бортовой сети постоянного тока.
Для повышения надежности работы в баках устанавливают по два центробежных насоса. Дублирующие насосы работают или параллельно с основными, или имеют автономное управление и включаются в случае выхода из строя основных насосов.
В качестве дублирующих обычно применяют однотипные насосы, но известны системы с дублирующими насосами, имеющими неэлектрический привод (эжекторные или турбоприводные насосы). В последнем случае может обеспечиваться также перекачка топлива в аварийном случае при отказе системы электропитания самолета.
На самолетах, имеющих большие расходы топлива, в отдельных случаях в качестве основных насосов перекачки топлива применяются центробежные насосы с приводом от воздушной или гидравлической турбины.
Незначительные габариты турбонасосов позволяют использовать их в крыльевых баках с малой строительной высотой. Кроме того, применение таких насосов исключает необходимость в силовой электропроводке в топливных баках, что снижает пожароопасность системы.
Насосы с турбоприводом имеют меньшую массу по сравнению с электроприводными насосами той же мощности, но при значительных длинах коммуникаций рабочего топлива или воздуха система в целом может не иметь весового преимущества.
На некоторых зарубежных и отечественных самолетах применяются системы перекачки с центробежными насосами, имеющими привод от гидромоторов, работающих от бортовых гидросистем самолета. Такие системы имеют некоторое преимущество в массовом отношении по сравнению с электроприводными насосами, а также позволяют рационально использовать резервы мощности гидросистем самолета.
Система перекачки топлива с гидроприводными насосами применена на сверхзвуковом самолете ХВ-70 «Валькирия».
В последнее время нашли широкое применение в системах
перекачки струйные насосы.
Применение в топливных системах тех или иных насосов определяется в основном эксплуатационными и конструктивными особенностями самолета. Для каждого типа самолета в зависимости от расположения баков и двигателя, а также расходов и температуры топлива существует определенная, оптимальная в массовом и энергетическом отношении система перекачки.
На дозвуковых отечественных и зарубежных самолетах, имеющих превышение по столбам топлива в крыльевых консольных баках (при положительном V крыла) применяются обычно системы с расходными отсеками, основная часть топлива в которые поступает самотеком через обратные клапаны в межбаковых перегородках. Из отдельных баков топливо перекачивается в расходные отсеки низконапорными струйными насосами. В таких системах отпадает необходимость в установке регуляторов уровня, дублирующих насосов и т. д., системы перекачки получаются наиболее простыми и надежными.
Для самолетов, имеющих отрицательное V крыла, из-за необходимости расположения расходных баков в корневой части крыла требуется принудительная подача топлива, система перекачки в этом случае усложняется, увеличиваются ее масса и затраты мощности на привод насосов.
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫПЕРЕКАЧКИ
Для многобаковых топливных систем с принудительной подачей топлива перекачка топлива в расходный бак может производиться или последовательно, при поочередном включении насосов очередных баков, или параллельно, при одновременной выработке топлива из двух и более баков. Системы перекачки топлива в этих случаях могут быть либо коллекторными, либо лучевыми (см. рис. 5.1 и 5.3).
При коллекторной схеме насосы очередных баков соединены с расходным баком общим коллектором перекачки. При лучевой схеме насосы очередных баков соединены с расходным баком отдельными трубопроводами.
От выбора структурной схемы перекачки во многом зависят массовые характеристики самолета.
Рассмотрим особенности применения различных схем перекачки топлива при питании двух двигателей.
Лучевые схемы перекачки
Лучевая схема с прямой перекачкой
В схеме с прямой перекачкой (рис. 5.1, а) каждый очередной бак соединен отдельным трубопроводом с одним расходным баком. На трубопроводах перекачки в этих схемах обычно устанавливают клапаны, управляемые по уровню топлива поплавковыми датчиками, расположенными на различных уровнях, определяющих последовательность выработки топлива из очередных баков.
Расход топлива из очередного бака при последовательной выработке топлива на длительных режимах работы равен расходу двигателя.
Насосы перекачки в лучевых схемах обеспечивают или полностью максимальный расход двигателя, или несколько меньший из расчета допустимого снижения уровня топлива в расходном баке при максимальных расходах двигателя.
Недостатками лучевой схемы с прямой перекачкой является невозможность выработки топлива из очередного бака при отказе клапана перекачки в расходном баке, а также возможная неравномерность в температурах топлива, поступающего к двигателям из различных расходных баков.
Для устранения этих недостатков на некоторых типах самолетов применяют другие схемы, в которых каждый очередной бак обслуживает два расходных бака.
а) К Двигателям б) К двигателям в) К двигателям
Рис. 5.1. Лучевые схемы перекачки топлива:
а—с прямой перекачкой; б—с перекрестной; в—с общим расходным баком
1, 2, 3, 4—основные баки (баки пронумерованы в порядке очередности выработки топлива); 5—насосы перекачки; 6—магистрали перекачки; 7—насосы подкачки; пропорционер; РБ, РБ-1, РБ-2—расходные баки
Лучевая схема с перекрестной перекачкой (см. рис. 5.1, б)
В таких схемах насосы каждого очередного бака соединены отдельными трубопроводами с двумя расходными баками. В этом случае надежность выработки топлива повышается благодаря дублированию трубы перекачки, клапана перекачки в расходном баке и подключению второго расходного бака. При отказе расходного бака топливо из очередного бака вырабатывается через второй расходный бак, а питание двигателей обеспечивается через систему перекрестного питания.
Топливо из очередного бака в таких схемах подается на два двигателя. Последнее обстоятельство выгодно с точки зрения снижения температуры топлива в очередном баке от аэродинамического нагрева, так как выработка топлива из бака при равных расходах в двигателях по сравнению со схемой рис. 5.1, а происходит в два раза быстрее. По лучевой схеме с перекрестной перекачкой выполнена система перекачки топлива из основных баков самолета «Конкорд», показанная на рис. 5.2.
Недостатком лучевых схем с перекрестной перекачкой является большое число конструктивных элементов и значительная масса. Кроме того, при отказе одного из насосов очередного бака может быть нарушение центровки из-за изменения темпа порядка выработки топлива.
Рис. 5.2. Схема перекачки топлива из основных баков в расходные самолета «Конкорд»:
5, 5А, 6, 7, 7А, 8 — основные баки (баки пронумерованы в порядке очередности выработки топлива); 10, 11—балансировочные баки.
Лучевая схема с общим расходным баком (см. рис. 5.1, в)
В таких схемах насосы очередных баков соединены линиями перекачки с одним расходным баком, обслуживающим два или несколько двигателей.
Преимуществом этих схем для сверхзвуковых самолетов является получение более низкой температуры топлива в расходном баке путем смешения топлива, поступающего из баков различной емкости и, следовательно, с различной температурой, а также получение одинаковых температур топлива для обоих двигателей.
Недостатком лучевой схемы с общим расходным баком является необходимость пропорционирования расхода топлива, поступающего в общий расходный бак из разных очередных баков.
Преимущество всех лучевых схем заключается в отсутствии непосредственных связей между очередными баками, что исключает возможность перетекания топлива при отказе обратного клапана или нарушении герметичности трубопровода.
Общими недостатками всех лучевых схем являются:
— при большом количестве баков и длинных топливных коммуникациях значительное увеличение «сухой» массы системы, а также возможный большой невырабатываемый остаток топлива в трубопроводах для групп баков, расположенных по уровню ниже расходных баков;
— сложность управления, большое число управляющих органов и элементов сигнализации;
— трудность проверки насосов перед полетом при автоматическом включении насосов по уровню топлива в расходном баке, а также необходимость в этом случае ручного выключения насосов после окончания выработки топлива из очередного бака или введения дополнительной автоматической системы.
Коллекторные схемы перекачки
Коллекторная схема с прямой перекачкой
В схемах с прямой перекачкой (рис. 5.3, а) из групп очередных баков по общему коллектору топливо перекачивается в автономный расходный бак, обеспечивающий питание одного двигателя. Последовательность перекачки обычно обеспечивается автоматической системой, работающей от сигнализаторов уровня топлива в очередных баках. В расходных баках обычно устанавливают дублирующие клапаны перекачки, управляемые по уровню топлива, насосы в очередных баках также, как правило, дублируют.
Недостатками таких схем для сверхзвуковых самолетов являются неравномерность температур топлива, поступающего к двигателям из разных расходных баков, а также значительная масса оборудования в расходных баках.
Для повышения надежности выработки и получения одинаковых температур топлива в расходных баках могут быть применены схемы с перекрестной перекачкой.
Коллекторная схема с перекрестной перекачкой
В таких схемах топливо из очередных баков перекачивается в автономные расходные баки по общим коллекторам (см. рис. 5.3, б). В коллекторных схемах с перекрестной перекачкой температура топлива в очередных и расходных баках такая же, как и в схемах с лучевой перекрестной перекачкой, но масса может быть значительно ниже из-за сокращения количества элементов системы (трубопроводов, клапанов перекачки и т. д.). Управление перекачкой топлива осуществляется автоматической системой по сигнализаторам уровня топлива в очередных баках. Для повышения надежности клапаны перекачки в расходных баках
обычно дублируются.
По схеме с перекрестной перекачкой выполнена топливная система самолета VC-10.
В целях уменьшения массы могут быть применены коллекторные схемы с общим расходным баком.
Рис. 5.3. Коллекторные схемы перекачки топлива:
а—с прямой перекачкой; б—с перекрестной; в—с общим расходным баком
1, 2, 3, 4—основные баки (баки пронумерованы в порядке очередности выработки топлива); 5—насосы перекачки; 6—коллекторы перекачки; 7—насосы подкачки; 8—пропорциоиер; 9— обратные клапаны; РБ, РБ-1, РБ-2—расходные баки.
Коллекторные схемы с общим расходным баком
В таких схемах перекачка топлива в расходный бак производится параллельно из двух или более очередных баков по общим коллекторам (см. рис. 5.3, в).
Для исключения перетекания топлива на коллекторах перекачки устанавливаются обратные клапаны. В схемах с общим расходным баком для обеспечения равномерности выработки топлива на коллекторах перекачки устанавливают пропорционеры или применяют электроуправляемые системы пропорциональной перекачки. Коллекторные схемы с общим расходным
баком позволяют значительно уменьшить массу системы, а так-же получить более низкую температуру топлива в расходных баках путем смешения топлива. Кроме того, в таких схемах обеспечиваются одинаковые температуры топлива в расходных баках, что важно для равномерной работы теплообменников.
Преимущество всех коллекторных схем заключается в значительном снижении как «сухой» массы системы, так и невырабатываемого остатка топлива в трубопроводах н, кроме того, в простоте схемы управления и контроля.
Общим недостатком коллекторных схем является необходимость установки устройства для выравнивания расходов топлива, поступающих из одновременно вырабатываемых баков (пропорционера), а также возможность перетекания топлива между баками при стоянке п в полете в случае отказа обратного клапана на коллекторе перекачки.
При применении коллекторных схем необходимо также учитывать возможность подпитки топлива в расходный бак из групп баков последующих очередей расхода, у которых активный столб топлива больше, чем давление в коллекторе перекачки.
СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКАЧКОЙ
Для сохранения определенного порядка выработки топлива применяют специальные автоматические системы управления. Управление порядком выработки производится обычно при помощи электрической системы топливной автоматики, работающей от сигнализаторов уровня топлива в очередных баках.
По окончании выработки топлива из бака первой очереди расхода сигнализатор по уровню топлива выключает насос бака первой очереди и включает насос бака второй очереди расхода. Для обеспечения четкой работы автоматики в таких системах сигнализаторы уровня устанавливают обычно несколько выше входной части насоса. Последнее обстоятельство приводит к увеличению невырабатываемых остатков топлива.
Для более полной выработки топлива в коллекторных схемах перекачки при параллельной работе нескольких насосов в общий коллектор иногда применяют схемы с многорежимными насосами. В таких схемах насос бака первой очереди по сигнализатору нижнего уровня на некоторое время перед выключением переводится на форсированный режим, что позволяет путем повышения давления за насосом, работающим на эмульгированном топливе, обеспечить доработку остатков.
В лучевых схемах перекачки обычно вводят запаздывание сигнала на выключение насоса бака первой очереди расхода.
В качестве сигнализаторов применяют бесконтактные поплавковые сигнализаторы уровня (индукционные, электроемкостные и т. д.) или датчики контактного типа. Недостатком поплавковых сигнализаторов является значительная масса, а так-же трудность предполетной проверки механической части сигнализатора. В последнее время находят применение схемы автоматики с беспоплавковыми сигнализаторами, имеющими в качестве чувствительного элемента тепловыделяющее устройство, реагирующее на изменение теплоемкости окружающей среды (воздух — топливо), так называемые термисторы, или в отдельных случаях применяются изотопные датчики.
Применение схем автоматики с сигнализаторами уровня в очередных баках, как правило, приводит к необходимости работы основных насосов в режиме доработки остатков топлива в условиях плохого охлаждения и смазки, что снижает их ресурс и увеличивает пожароопасность системы.
Кроме того, из-за невозможности точного определения времени выработки топлива насос перекачки некоторое время должен работать при отсутствии топлива в баке. Для обеспечения смазки и охлаждения насоса в этом случае при автономных трубопроводах для каждого бака (в лучевых схемах перекачки) за насосом требуется установка специального подпружиненного клапана, обеспечивающего необходимое противодавление при работе насоса на этом режиме.
На некоторых самолетах для исключения перегрева насосов устанавливают специальные термовыключатели, предотвращающие повышение температуры обмоток электродвигателя выше допустимой.
На отдельных отечественных и зарубежных самолетах применяются системы, в которых порядок выработки топлива из очередных баков определяется расположением в расходном баке на разных уровнях поплавковых элементов, управляющих кранами на линии перекачки. Схема такой системы показана на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Схема системы управления перекачкой из подвесных и фюзеляжных баков в расходный:
1—подвесные баки; 2—насосы перекачки; 3—клапаны перекачки; 4—насосы подкачки; 5, б—фюзеляжные баки; 7—расходный бак.
Управление очередностью выработки топлива по уровню топлива в расходном баке обеспечивает более полную выработку топлива из очередного бака. При этом также обеспечивается большая надежность перекачки, так как в аварийном случае при отказе перекачивающего насоса автоматически включается линия перекачки из бака следующей очереди по расходу.
Для многобаковых топливных систем с большими часовыми расходами топлива применение поплавковых клапанов, непосредственно перекрывающих магистрали перекачки, приводит к значительному увеличению массы системы, поэтому наибольшее распространение нашли системы с командным управлением клапанами перекачки.
В качестве источника повышенного давления для командного топлива могут служить или баковые насосы, или приводные насосы двигателя. В последнем случае благодаря более высокому уровню давления исполнительные механизмы и система в целом получаются более компактными. На рис. 5.5 показана система управления с отбором командного топлива от приводного насоса двигателя.
Рис. 5.5. Схема системы перекачки с командным давлением:
1—линия командного давления от ДЦН; 2—поплавковые клапаны; 3—клапаны перекачки; 4— насосы подкачки; 5—расходный бак; б—насосы перекачки; 7—коллекторы перекачки; 8—очередные баки; РБ— расходный бак.
Поплавковые элементы в расходном баке могут воздействовать как на краны перекачки, так и на перекачивающие насосы. Наиболее простая система управления получается при применении гидроприводных насосов, в которой поплавковые элементы расходного бака последовательно переключают краны на линии подачи рабочей жидкости к насосам перекачки.
На некоторых типах самолетов применяются комбинированные схемы, в которых включение насосов бака последующей очереди расхода производится соответствующим поплавковым сигнализатором расходного бака, а выключение насоса бака предыдущей очереди расхода — нижним сигнализатором уровня этого бака.
На рис. 5.6 показана топливная система с гидроприводными перекачивающими насосами, приводимыми в действие от специального приводного насоса двигателя, в которой управление насосом перекачки производится по уровню топлива в расходном и очередном баках. При снижении уровня топлива в расходном баке поплавковый клапан, опускаясь, закрывает слив командного топлива в расходный бак, что приводит к повышению давления в линии управления и открытию крана подачи рабочего топлива к гидронасосу. При окончании выработки топлива из очередного бака нижним сигнализатором уровня открывается кран перепуска командного топлива в расходный бак, что приводит к понижению командного давления и выключению насоса.
При помощи такой системы может быть обеспечено автоматическое управление выработкой топлива в заданной последовательности из нескольких баков.
Рис. 5.6. Схема системы управления перекачкой с клапаном на линии активного топлива:
1—трубопровод активного топлива; 2—очередной топливный бак;
3—гидротурбонасос; 4—регулятор; 5—жиклер; сигнализатор уровня; 7—линия перекачки; 8—поплавковый клапан; 9—электрокран; 10—расходный бак; 11—насосы подкачки; 12—двухступенчатый двигательный приводной насос.
В отдельных случаях удается полностью исключить электрические сигнализаторы уровня, применив гидравлическую систему управления. Общая схема такой системы была показана на рис. 4.23. Для управления в этой системе используется командное топливо, отбираемое от приводного подкачивающего насоса двигателя. При работе двигателя топливо из бака № 2 насосом перекачки 76 подается в расходный бак № 3. Не израсходованная двигателем часть топлива по трубопроводу перелива поступает обратно в бак № 2, по уровню которого производится регулирование подачи топлива из очередных баков. При повышении уровня топлива в баке № 2 поплавковый клапан 5 всплывает, перекрывает слив командного топлива и закрывает клапан перекачки 79, прекращая перекачку в расходный бак. При опускании уровня поплавок 5 открывает первое справа отверстие слива командного топлива из клапана перекачки 79 подвесного фюзеляжного бака, который открывается, обеспечивая перекачку топлива в расходный бак. При этом два других клапана перекачки 74, 84 остаются закрытыми благодаря жиклерам, установленным в линии управления, имеющим меньшую площадь проходного сечения по сравнению с проходным сечением частично открытых поплавковых клапанов.
После выработки топлива из подвесного фюзеляжного бака происходит последовательная выработка топлива из баков № 4, № 1 и крыльевых баков.
Топливо из крыльевых баков, бака № 1, подвесного фюзеляжного и бака № 4 подается под давлением воздуха. Выработка топлива из крыльевых баков производится последовательно: сначала из задних крыльевых баков топливо выдавливается в передние, а затем поступает в бак № 2, откуда пневмотурбоприводным насосом перекачивается в расходный бак.
Выработка топлива из бака № 1, левых н правых крыльевых баков производится одновременно. Для исключения перелива топлива между баками при эволюцпях самолета в тройнике, соединяющем крыльевые баки, и на трубопроводе бака № 1 установлены обратные клапаны.
Применение различных вариантов управления системой перекачки определяется выбранной схемой перекачки топливной системы, а также конструктивными особенностями самолета.
СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ ТОПЛИВА
В РАСХОДНОМ БАКЕ
Для ограничения перекачки топлива из очередных баков в расходный и поддержания в нем заданного уровня применяются различные системы регулирования подачи топлива. Регуляторы подачи топлива могут быть механически связаны с поплавковыми устройствами или иметь гидравлическое или электрическое управление.
В зависимости от примененной системы управления ограничение перекачки может происходить при релейном или дроссельном режиме работы регулятора.
При применении систем с релейным регулированием подачи топлива происходит периодическое наполнение расходного бака; после его наполнения или закрывается клапан перекачки, или выключается перекачивающий насос. Такой способ подачи применяется в основном в схемах регулирования с командным управлением клапаном перекачки (см. рис. 5.6 и 5.7).
Рис. 5. 7. Схема гидравлической системы управления порядком выработки топлива из баков:
1—насос перекачки; 2—шток»; 3—поплавковый клапан; 4—переливная труба; 5—насос подкачки; 6—дроссель; 7—фильтр; 8—клапан перекачки.
Пренебрегая количеством топлива, поступающим в бак в процессе закрытия и открытия клапана, для систем с релейным регулированием можно записать
где τзакр — время закрытого положения клапана;
τоткр — время открытого положения клапана;
∆V — объем топлива между уровнями, открытого и закрытого положений клапана;
∆h—ход поплавка от открытого до закрытого положения;
S— площадь зеркала топлива расходного бака;
Qдв — расход топлива на двигатель;
Gmax — максимальный расход топлива при открытом клапане.
При этом время полного цикла
Количество включений зависит от площади зеркала топлива расходного бака и принятого диапазона изменения уровней и расходов топлива. При длительном полете количество включений может составлять десятки тысяч. Циклическая работа в схемах с релейным управлением приводит к снижению ресурса элементов системы, поэтому такой способ регулирования не нашел широкого применения.
В самолетных топливных системах обычно применяются системы регулирования, обеспечивающие дроссельный режим перекачки, при котором все параметры регулирования (ход клапана, уровень топлива и т. д.) находятся в равновесии или имеют незначительные плавные колебания относительно равновесного состояния.
Наиболее простым устройством для регулирования подачи топлива в расходный бак является регулятор уровня прямого действия, в котором поплавковый датчик уровня механически связан с дроссельным клапаном на линии перекачки. Для снижения потребных усилий при дросселировании потока обычно применяют тарельчатые разгруженные дроссельные клапаны
(рис. 5.8).
Кроме тарельчатых клапанов, в качестве дросселирующих органов могут применяться поворотные и прямые заслонки (рис. 5.9).
В случае применения поворотной заслонки (см. рис. 5.9, а), имеющей в закрытом положении угол а^90°, площадь проходного сечения при малом открытии заслонки может быть принята как разность между площадью проходного сечения трубопровода перекачки и текущей площадью эллипса (проекцией контура заслонки на поперечное сечение трубы).
где b— высота от кромки заслонки до оси трубы;
d — диаметр трубопровода.
Выражая b через угол отклонения заслонки, можно получить
где α— угол отклонения заслонки.
В этом случае расход топлива через поворотную заслонку в зависимости от угла поворота будет выражаться уравнением
где ∆P— перепад давлений на заслонке;
Qt — плотность топлива;
µ— коэффициент расхода.
Учитывая несимметричное обтекание заслонки потоком топлива, в верхней и нижней частях трубопровода коэффициенты сужения Ԑ, а следовательно, и коэффициенты расхода μ (μ=φԐ где φ — коэффициент скорости) будут разными.
Для части заслонки, имеющей наклон по потоку топлива, коэффициент сужения, в зависимости от угла отклонения заслонки а, может изменяться в пределах от 0,9 (при α=10°) до 0,6 (при α 
90°). Для части заслонки, имеющей наклон против потока топлива, при изменении α от 10° до 90°, коэффициент сужения изменяется незначительно: от 0,58 (при α=10°) до 0,61 (при α 
90°).
При изменении угла от α=10° до α = 90° коэффициент расхода поворотной заслонки μ изменяется от 1,8 до 0.
При применении поворотных заслонок необходимо учитывать гидродинамический момент, возникающий из-за разности давлений, действующих на верхнюю и нижнюю части заслонки и стремящийся повернуть заслонку перпендикулярно потоку топлива.
Поворотные и прямые заслонки хотя и обладают лучшими гидравлическими характеристиками при полном открытии по сравнению с разгруженными клапанами, но они не нашли широкого применения, так как в обоих случаях требуется большой ход поплавка для открытия клапана. Кроме того, обеспечение герметичности в таких клапанах связано с технологическими трудностями.
Поплавковые регуляторы уровня прямого действия обычно применяют в схемах, допускающих грубую регулировку уровня топлива в расходном баке при сравнительно небольших расходах. С увеличением расхода топлива в таких системах значительно возрастает масса подвижных частей и поплавковых устройств. Использование регуляторов прямого действия связано с необходимостью выполнения дроссельного и поплавкового механизмов в одном агрегате, требующего определенного размещения в баке
относительно уровня топлива, поэтому в топливных системах находят большее применение регуляторы с дистанционным, как правило, гидравлическим управлением клапаном перекачки. Дистанционное управление позволяет выполнить ввод топлива в бак в удобном, с точки зрения конструкции, месте и при применении управляющего давления топлива обеспечить регулирование уровня в минимальных пределах.
В качестве управляющего может использоваться топливо от внешнего источника повышенного давления (ЭЦН, ДЦН). В этом случае работоспособность системы регулирования ставится в зависимости от работы подкачивающих насосов, что в аварийных случаях может снизить надежность системы перекачки (питание двигателя самотеком или через линию перекрестного питания).
В системах перекачки, а также в системах централизованной заправки широко применяются поршневые или мембранные клапаны, использующие для управления давление топлива в магистрали перед клапаном. Конструкция такого клапана, выполненного в одном агрегате с поплавковым клапаном, показана на рис. 5.10.
Рис. 5.10. Клапан перекачки:
1—входной патрубок; 2—седло; 3—мембрана; 4—сливной патрубок; 5—управляющая полость; б—жиклер; 7—корпус; 5—поплавок; 9—запорная игла; 10—упор.
В системах перекачки нашли наибольшее применение клапаны с дистанционным управлением. Схема такой системы приведена на рис. 5.11. При открытом положении поплавкового клапана часть топлива, поступающая из магистрали перекачки через жиклер в управляющую полость клапана, сливается через поплавковый клапан в бак. При повышении уровня топлива в баке поплавковый клапан прикрывается, вызывая наполнение управляющей полости. Вследствие разных площадей клапана
перекачки и площади управляющего элемента происходит перемещение клапана в сторону закрытия до момента выравнивания расходов поступающего и вытекающего из бака топлива.
Учитывая то, что гидравлические потери в линии перекачки определяют энергетические и массовые характеристики топливной системы, клапаны перекачки должны иметь минимальное гидравлическое сопротивление в открытом положении при максимальном расходе топлива.
В конструкции клапана, показанной на рис. 5.11, в этом отношении имеет большое значение обеспечение минимальных гидравлических потерь в управляющей линии, включая гидравлическое сопротивление поплавкового клапана при его максимальном открытии.
Рис. 5.11. Элементарная схема регулятора уровня топлива в расходном баке:
1—коллектор перекачки; 2—тарелка клапана; 3—жиклер; 4— мембрана; 5—пружина; 6—управляющая полость; 7—изменяемый объем управляющей полости; 8—управляющая линия; 9—поплавковый клапан; 10—подкачивающий насос; 11—предохранительный клапан.
Прямое влияние на величину гидравлического сопротивления таких систем оказывает и высота установки поплавкового клапана по отношению к оси клапана перекачки. С учетом коэффициента редукции клапана перекачки равного отношению площадей управляющего и исполнительного органов, увеличение гидравлического сопротивления клапана в зависимости от высты установки поплавкового клапана может быть выражено зависимостью
где kр—коэффициент редукции клапана перекачки;
Fэф — эффективная площадь управляющего органа;
Fкл — площадь исполнительного органа (клапана);
z—высота установки поплавкового клапана по отношению к клапану перекачки;
ρт — плотность топлива;
g — ускорение силы тяжести.
При применении поршневого или мембранного клапана перекачки коэффициент редукции обычно выбирается в пределах 1, 2 - 2.
При увеличении коэффициента редукции снижается статическое давление перед поплавковым клапаном на дроссельных режимах, но при этом необходимо учитывать, что на поплавковый клапан в закрытом положении действует полный напор перед клапаном перекачки.
Усилие пружины клапана перекачки обычно выбирается из условия минимально необходимого для свободного перемещения клапана в закрытое положение при отсутствии давления на входе.
Цилиндрическая часть поршневых клапанов может герметизироваться различными способами (рис. 5.12). От способа герметизации зависит гидравлическое сопротивление клапана и, следовательно, потребная мощность насосов перекачки.
Благодаря отсутствию механического контакта наименьшим сопротивлением обладают клапаны с щелевым и лабиринтным уплотнениями (см. рис. 5.12, а).
Недостатком таких уплотнений является постоянное протекание топлива через зазор, что может явиться причиной заедания клапана из-за попадания в зазор механических частиц.
Рис. 5.12. Виды уплотнений цилиндрической части поршня:
а—лабиринтное; б—металлические и неметаллические разрезные кольца; в—стыковочные замки уплотнительных металлических колец; г—резиновые кольца круглого сечения; д—резиновые кольца с фторопластовыми манжетами.
Для снижения величины утечек и получения стабильной величины трения иногда применяют разрезные металлические и неметаллические кольца (см. рис. 5.12, б). Уплотнение достигается в этом случае благодаря упругости колец и давлению топлива на внутреннюю цилиндрическую и боковую поверхности кольца. Кольца могут изготавливаться из серого чугуна, графита, текстолита и т. д.
Для уплотнения цилиндрической части поршня наибольшее применение нашли резиновые кольца круглого и прямоугольного сечения.
Для уменьшения трения иногда применяют комбинированные уплотнения, в которых в качестве контактной пары служит фторопласт, а в качестве упругого элемента — резиновое или металлическое пружинящее кольцо (см. рис. 5.12, д).
Для снижения гидравлического сопротивления клапана перекачки вместо поршневого разделителя применяют резино-тканевые мембраны (рис. 5.13). При малом ходе клапана могут быть применены плоские мембраны (см. рис. 5.13, а), максимальный ход плоской мембраны не должен п