阅读说明：本技术 放气活门及采用其的压气机放气控制系统、航空发动机 (Air bleeding valve, air compressor air bleeding control system adopting air bleeding valve and aircraft engine ) 是由 盛柏林 李琼 曾维 高吉新 余恺 关醒雯 吴学深 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种放气活门及具有其的压气机放气控制系统、航空发动机。本发明的放气活门采用压气机集气室内的气体作为控制介质,取消了原来的放气结构的8根油压控制管路,有利于实现发动机的小型化设计,整体结构紧凑,其外形不会与飞机其余部件存在干涉,便于安装使用,并且,通过电子控制器控制电磁铁组件通断电即可控制活门打开或者关闭,实现了电子控制功能,使压气机放气更加灵活,可以很好地满足发动机的电子化控制要求。(The invention discloses an air bleeding valve, an air compressor air bleeding control system with the air bleeding valve and an aircraft engine with the air bleeding control system. The air bleeding valve of the invention adopts the gas in the air collecting chamber of the air compressor as a control medium, eliminates 8 oil pressure control pipelines of the original air bleeding structure, is beneficial to realizing the miniaturization design of the engine, has compact integral structure, does not interfere with other parts of the airplane in the shape, is convenient to install and use, can control the valve to open or close by controlling the electromagnet assembly to be powered on or off through an electronic controller, realizes the electronic control function, enables the air bleeding of the air compressor to be more flexible, and can well meet the electronic control requirement of the engine.)

放气活门及采用其的压气机放气控制系统、航空发动机

技术领域

本发明涉及压气机放气技术领域，特别地，涉及一种放气活门，另外，还涉及一种采用上述放气活门的压气机放气控制系统，另外，还特别涉及一种采用上述压气机放气控制系统的航空发动机。

背景技术

航空发动机主要由压气机、燃烧室、涡轮等部件组成，在一定转速下，当空气流量减少到某一数值时，压气机就可能出现喘振现象。压气机喘振是发动机的一种不稳定工作状态，它会引起叶片和整台发动机的振动，并可能造成压气机和发动机损坏。因此，在发动机工作时，不允许出现喘振。实践证明对增压比小于10的多级轴流压气机而言，把空气从压气机中间级放出，是改善压气机特性，扩大稳定工作范围简单而有效的方法。

申请人之前申请的专利CN106089441A公开了一种发动机放气活门控制装置和发动机控制系统，其为了防止压气机喘振，在压气机第五级和第8级各装有两个放气活门，由燃油调节器自动进行操纵。当发动机转速达到500r/min～1000r/min时，四个放气活门同时打开，第八级放气活门在发动机转速为时关闭，第五级放气活门在

时关闭，以保证发动机从起动到工作转速过程中工作稳定。如图1所示，其具体的控制原理为：燃油调节器内设置有第一分流活门159和第二分流活门160，分别向压气机第八级放气活门191和第五级放气活门192的油腔提供工作滑油。第一分流活门159和第二分流活门160的上端面承受Pn滑油压力，下端面承受着弹簧的预紧力。当发动机开始起动时，转速很低，Pn压力小，第一分流活门159和第二分流活门160被弹簧顶向上，这时从滑油泵来的工作滑油经分流活门159和160的槽通到压气机第八级放气活门191和第五级放气活门192的四个放气活门。当滑油压力P工作达到294kPa时，第八级放气活门191和第五级放气活门192都立即打开。当发动机转速上升到9340r/min(72.5％)时，滑油压力Pn增大到约588kPa，此时，在压力Pn作用下，第一分流活门159向下移动到使下凸边将第八级放气活门191的油腔与回油路连通，于是压气机第八级放气活门191关闭。当发动机转速上升到11340r/min(88％)时，压力Pn达到约852.6kPa，此时第二分流活门160在Pn压力作用下也下移到使下凸边将压气机第五级放气活门192的油腔与回油路连通的位置，于是压气机第五级放气活门192关闭。如图2所示，其放气活门的具体结构为：放气活门由放气活门壳体、盖子、活塞、活门、弹簧、座盘、弹簧座盘及锁块等主要零件组成，壳体下部有安装座盘，座盘上有个孔，用以将放气活门固定到压气机集气室的活门安装边上。在活塞顶端与盖子之间形成一个油腔，由燃油调节器来的工作滑油经盖子上供油管接头进入此油腔，将活塞压下，活门被打开，空气从集气室通过打开的活门，经窗口排入大气。当活塞顶上的油腔回油时，在弹簧作用下将活门关闭。

但是，其采用的燃油调节器为机械液压式，放气活门打开/关闭的转速是通过调整螺钉进行调整的。在对该型发动机改型时，使用了数字电子式控制系统，而其放气活门没有进行改进，放气活门的控制仍使用油压作为控制介质，放气活门打开/关闭的转速仍然需要通过调整螺钉进行调整，因此，该放气活门已经无法满足发动机的电子化控制需求，而且在与飞机装配时，因采用油压作为控制介质，其油压控制管路有8个，管路布置占据较大空间，不利于实现发动机的小型化设计，且放气活门的外形与机上其余部件存在干涉，安装十分不便，同时无法反馈放气活门是否打开，不利于故障排除。为了解决上述问题，本申请对放气活门进行了改进。

发明内容

本发明提供了一种放气活门及采用其的压气机放气系统、航空发动机，以解决目前采用油压控制的放气活门存在的不能满足发动机的电子化控制需求、油压控制管路布置空间太大以及外形与其余部件存在干涉的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种放气活门，用于安装在压气机任一级的集气室上进行放气，包括电磁铁组件、上壳体、底座、活门、导向套、钢球、顶杆、铁芯弹簧和活门弹簧，所述底座固定安装在压气机的集气室上，所述上壳体固定安装在底座上，所述活门安装在底座和上壳体之间并可进行上下滑动，所述活门与上壳体之间的间隙形成一个空腔，所述导向套、钢球、顶杆、铁芯弹簧和活门弹簧均位于所述上壳体内，所述铁芯弹簧的一端抵靠在电磁铁组件的壳体上，另一端抵靠在电磁铁组件内的铁芯上，所述活门弹簧的一端抵靠在上壳体上，另一端抵靠在活门上；

所述电磁铁组件固定安装在上壳体上且部分伸入所述上壳体内并压住导向套不动，且所述电磁铁组件与上壳体之间存在间隙，所述顶杆的一端与铁芯固定连接，另一端与钢球固定连接，所述上壳体上开设有径向贯穿的第一通孔，所述导向套上开设有轴向贯穿的第二通孔和径向贯穿的第三通孔且两者相互连通，且所述第三通孔与第一通孔连通，所述顶杆位于第二通孔内并可在第二通孔内上下移动，所述钢球位于第三通孔内并用于密封第二通孔，当电磁铁组件通电时，所述顶杆和钢球随铁芯一起向上移动，所述钢球密封第二通孔的上段，当电磁铁组件断电时，所述顶杆和钢球随铁芯一起向下移动，所述钢球密封第二通孔的下段，电子控制器通过控制电磁铁组件通断电来控制活门打开或者关闭。

进一步地，在初始状态下，所述铁芯弹簧和活门弹簧均处于压缩状态，活门弹簧将活门向下压以使其完全打开，铁芯弹簧将铁芯向下压，所述钢球随铁芯和顶杆一起下移以密封第二通孔的下段；

当发动机转速小于10％转速时，活门在活门弹簧的作用下保持完全打开状态。

进一步地，还包括活门开关感应组件，所述活门开关感应组件包括活动杆和微动开关，所述微动开关固定安装在上壳体上并与电子控制器电性连接，所述活动杆连接在活门上，当活门打开时，所述活动杆随活门一起向下移动并触碰微动开关，微动开关接通，当活门关闭时，所述活动杆随活门一起向上移动从而脱离微动开关，微动开关断开，电子控制器通过检测微动开关反馈的通断电信号获取活门的位置状态。

进一步地，还包括固定在导向套上并用于防止杂质从压气机的集气室进入第二通孔的滤网。

进一步地，所述放气活门分别安装在压气机的第五级和第八级上。

另外，本发明还提供一种压气机放气控制系统，采用如上所述的放气活门，所述压气机放气控制系统包括：

转速传感器，用于测量发动机转速；

电子控制器，用于根据转速传感器的检测结果控制压气机上的第五级放气活门和第八级放气活门中的电磁铁组件的通断电状态，以控制放气活门打开或关闭。

进一步地，在发动机加速过程中：

当转速传感器检测到发动机转速上升至10％转速时，电子控制器控制第五级放气活门和第八级放气活门中的电磁铁组件均通电，第五级放气活门和第八级放气活门均保持完全打开状态；

当转速传感器检测到发动机转速上升至72.5％转速时，电子控制器控制第八级放气活门的电磁铁组件断电，第八级放气活门关闭；

当转速传感器检测到发动机转速上升至88％转速时，电子控制器控制第五级放气活门的电磁铁组件断电，第五级放气活门关闭。

进一步地，在发动机减速过程中：

当转速传感器检测到发动机转速下降至86.1％转速时，电子控制器控制第五级放气活门的电磁铁组件通电，第五级放气活门完全打开；

当转速传感器检测到发动机转速下降至70.6％转速时，电子控制器控制第八级放气活门的电磁铁组件通电，第八级放气活门完全打开；

当转速传感器检测到发动机转速下降至8％转速时，电子控制器控制第五级放气活门和第八级放气活门的电磁铁组件均断电，第五级放气活门和第八级放气活门仍均保持完全打开状态。

进一步地，所述电子控制器还用于通过检测微动开关的通断电信号来获取放气活门的位置状态。

另外，本发明还提供一种航空发动机，采用如上所述的压气机放气控制系统。

本发明具有以下效果：

本发明的放气活门，采用压气机集气室内的气体作为控制介质，取消了原来的放气结构的8根油压控制管路，有利于实现发动机的小型化设计，整体结构紧凑，其外形不会与飞机其余部件存在干涉，便于安装使用，并且，通过电子控制器控制电磁铁组件通断电即可控制活门打开或者关闭，实现了电子控制功能，使压气机放气更加灵活，可以很好地满足发动机的电子化控制要求。

另外，本发明的压气机放气控制系统及航空发动机同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有的发动机放气活门控制装置的结构示意图。

图2是现有的放气活门的结构示意图。

图3是本发明第一实施例的放气活门的剖面结构示意图。

图4是本发明第一实施例的放气活门处于打开状态时的气体流动示意图。

图5是本发明第一实施例的放气活门处于关闭状态时的气体流动示意图。

图6是本发明第二实施例的压气机放气控制系统的模块连接结构示意图。

附图标记说明

1、电磁铁组件；2、上壳体；3、底座；4、活门；5、滤网；6、导向套；7、钢球；8、顶杆；9、铁芯弹簧；10、活门弹簧；11、活门开关感应组件；12、空腔；101、铁芯；21、第一通孔；61、第二通孔；62、第三通孔；111、活动杆；112、微动开关。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图3至图5所示，本发明的第一实施例提供一种放气活门，用于安装在压气机任一级的集气室上进行放气，所述放气活门包括电磁铁组件1、上壳体2、底座3、活门4、导向套6、钢球7、顶杆8、铁芯弹簧9和活门弹簧10，所述底座3固定安装在压气机的集气室上，具体地，所述底座3上设置有8个安装孔，通过8个螺钉固定安装在集气室活门安装边上。所述上壳体2通过螺钉固定安装在底座3上，所述活门4安装在底座3和上壳体2之间并可进行上下滑动，所述活门4与上壳体2之间的间隙形成一个空腔12。具体地，所述底座3和上壳体2的上段之间形成一个相对封闭的空间，所述活门4的上段位于该空间内，而活门4的下段则套设在上壳体2的下段上，活门4整体可进行上下移动。并且，所述活门4与底座3、上壳体2之间采用胶圈动密封，防止在活门4上下移动的过程中气体从活门4与底座3、上壳体2之间的间隙漏出，确保了密封性。所述导向套6、钢球7、顶杆8、铁芯弹簧9和活门弹簧10均位于所述上壳体2内，所述铁芯弹簧9的一端抵靠在电磁铁组件1的壳体上，另一端抵靠在电磁铁组件1内的铁芯101上，所述活门弹簧10的一端抵靠在上壳体2上，另一端抵靠在活门4上。所述电磁铁组件1的上端通过螺钉固定安装在上壳体2上且其下端伸入所述上壳体2内并压在导向套6上，导向套6不能运动，作为一种选择，导向套6通过过盈配合的方式装在上壳体2内，导向套6与上壳体2之间相对密封，两者之间不存在间隙，气体无法在两者之间流通。而所述电磁铁组件1与上壳体2之间存在间隙，气体可从电磁铁组件1内经电磁铁组件1与上壳体2之间的间隙流通至外界。

所述顶杆8的一端与铁芯101固定连接，另一端与钢球7固定连接。所述导向套6上开设有轴向贯穿的第二通孔61和径向贯穿的第三通孔62且两者相互连通，即第三通孔62将第二通孔61分隔成上下两段，而所述上壳体2上开设有径向贯穿的第一通孔21，且所述第三通孔62与第一通孔21连通。所述顶杆8位于第二通孔61内并可在第二通孔61内上下移动，所述钢球7位于第三通孔62内并用于密封第二通孔61，可以理解，所述钢球7的直径大小大于第二通孔61的直径大小，所述顶杆8与第二通孔61之间有间隙。当电磁铁组件1通电时，由于电磁铁组件1的壳体带有磁性，铁芯101与壳体之间产生吸引力，铁芯101在吸引力的作用下向上移动，而所述顶杆8和钢球7则随铁芯101一起向上移动，当钢球7移动并堵住第二通孔61的上段时，所述钢球7密封第二通孔61的上段，空腔12内的气体无法再从第二通孔61的上段进入电磁铁组件1内，进而从电磁铁组件1与上壳体2之间的间隙排入大气，而压气机集气室内的气体从上壳体2底端的开口经第二通孔61的下段进入，然后依次经第三通孔62、第一通孔21进入空腔12内，从而使空腔12内的压力迅速增大，由于空腔12的面积大于活门4底部的面积，在气压和活门弹簧10的共同作用下将活门4下压，活门4处于完全打开状态，压气机集气室内的气体可通过底座3上的排气窗口排入大气中，放气功能开启。当电磁铁组件1断电时，电磁铁组件1的壳体失去磁性，铁芯101与壳体之间失去吸引力，铁芯101在铁芯弹簧9的作用下向下移动，所述顶杆8和钢球7则随铁芯101一起向下移动，当钢球7移动并堵住第二通孔61的下段时，所述钢球7密封第二通孔61的下段，压气机集气室内的气体无法从第二通孔61的下段进入空腔12内，活门4仅受到活门弹簧10的下压力，若压气机集气室内的气压足够大，在气压的作用下，抵消活门弹簧10的下压力后驱使活门4向上移动并挤压活门弹簧10，活门4逐渐关闭，压气机集气室内的气体无法再从底座3上的排气窗口排入大气，放气功能关闭。而此时，空腔12内的气体则依次从第一通孔21、第三通孔62进入第二通孔61的上段，从而进入电磁铁组件1内，最后从电磁铁组件1与上壳体2之间的间隙排入大气。而所述电子控制器可以通过控制电磁铁组件1通断电来控制活门4打开或者关闭。可以理解，作为优选的，所述放气活门的数量为四个，分别安装在压气机的第五级和第八级上，防止发动机喘振的效果最好。当然，在本发明的其他实施例中，放气活门也可以设置压气机的其它级上。

可以理解，本实施例的放气活门，采用压气机集气室内的气体作为控制介质，取消了原来的放气结构的8根油压控制管路，有利于实现发动机的小型化设计，整体结构紧凑，其外形不会与飞机其余部件存在干涉，便于安装使用，并且，通过电子控制器控制电磁铁组件1通断电即可控制活门4打开或者关闭，实现了电子控制功能，使压气机放气更加灵活，可以很好地满足发动机的电子化控制要求。

可以理解，在初始状态下，发动机不运转，压气机第五级和第八级的气压与大气压力一样大，所述铁芯弹簧9和活门弹簧10均处于压缩状态，活门弹簧10将活门4向下压以使其完全打开，而电磁铁组件1此时处于断电状态，铁芯弹簧9会将铁芯101向下压，所述钢球7随铁芯101和顶杆8一起下移以密封第二通孔61的下段，压气机集气室内的气体无法进入空腔12内，活门4保持完全打开状态。因此，所述放气活门为常开式结构。另外，当发动机启动后，其转速会逐渐增大，当发动机转速小于10％转速时，压气机的第五级和第八级的集气室内的气压均小于20kPa，该气压还不足以抵消活门弹簧10的下压力，活门4在活门弹簧10的作用下会仍然保持完全打开状态。可以理解，10％转速指的是发动机最大转速的10％。

作为优选的，所述放气活门还包括活门开关感应组件11，所述活门开关感应组件11包括活动杆111和微动开关112，所述微动开关112固定安装在上壳体2上并与发动机的电子控制器电性连接，所述活动杆111连接在活门4上可随活门4一起上下移动。当活门4逐渐打开时，所述活动杆111随活门4一起向下移动并触碰微动开关112，微动开关112接通，电子控制器可以检测到微动开关112接通的反馈信号，从而判断放气活门处于打开状态。当活门4逐渐关闭时，所述活动杆111随活门4一起向上移动从而脱离微动开关112，微动开关112断开，电子控制器可以检测微动开关112断开的反馈信号，从而判断放气活门处于关闭状态。在本优选实施例中，电子控制器可以通过活门开关感应组件11的反馈信号来判断活门4的位置状态，实现了准确地反馈放气活门是否打开，有利于排除故障，为喘振的自动消除提供了技术基础。

可以理解，作为优选的，所述放气活门还包括固定在导向套6上并用于防止杂质从压气机的集气室进入第二通孔61内的滤网5，从而起到过滤防护作用。

另外，如图6所示，本发明的第二实施例还提供一种压气机放气控制系统，采用如第一实施例所述的放气活门，所述压气机放气控制系统包括：

转速传感器，用于测量发动机转速；

电子控制器，用于根据转速传感器的检测结果控制压气机上的第五级放气活门和第八级放气活门中的电磁铁组件1的通断电状态，以控制放气活门打开或关闭，所述电子控制器分别与转速传感器、电磁铁组件1电性连接。

由于发动机的转速大小与压气机第五级和第八级内的气压大小具有相关性，通过检测发动机的转速可以间接地反映出压气机第五级和第八级的气压大小，从而发动机可以根据检测到的发动机转速来控制电磁铁组件1的通断电状态，以实现发动机达到预定转速时控制放气活门打开放气或者关闭放气，防止发动机在起动加速和减速过程中出现喘振。

当发动机处于停车静止状态时，压气机第五级和第八级的气压与大气压力一样大，第五级放气活门和第八级放气活门均处于完全打开状态。

在发动机加速过程中：

当转速传感器检测到发动机转速上升至10％转速(1280r/min)时，压气机第五级和第八级内的气压会超过20kPa，活门4底部的气压足以克服活门弹簧10的下压力，活门4会逐渐关闭。此时电子控制器输出20V电压信号至第五级放气活门和第八级放气活门中的电磁铁组件1，电磁铁组件1通电，铁芯101向上移动，顶杆8和钢球7一起向上移动，钢球7密封第二通孔61的上段，压气机集气室内的气体从第二通孔61的下段进入到空腔12内，导致空腔12内的气压迅速增大，由于空腔12的面积大于活门4底部的面积，在空腔12内的气压和活门弹簧10的共同下压作用力下，第五级放气活门和第八级放气活门均保持完全打开状态，压气机集气室内的气体可从底座3上的排气窗口直接通往大气，实现压气机放气。

当转速传感器检测到发动机转速上升至72.5％转速(9340r/min)时，电子控制器断开输出28V电压信号给第八级放气活门的电磁铁组件1，铁芯101在铁芯弹簧9的作用下向下移动，顶杆8和钢球7一起向下移动，钢球7密封第二通孔61的下段，压气机第八级的气体无法再从第二通孔61进入空腔12内，而空腔12内原有的气体则从第二通孔61的上段进入电磁铁组件1内，进而从电磁铁组件1与上壳体2之间的间隙排入大气中，活门4在气压的作用下克服活门弹簧10的下压力，驱使活门4向上移动，第八级放气活门逐渐关闭，压气机第八级放气关闭。

当转速传感器检测到发动机转速上升至88％转速(11340r/min)时，电子控制器断开输出28V电压信号给第五级放气活门的电磁铁组件1，第五级放气活门逐渐关闭，压气机第五级放气关闭。

而在发动机减速过程中：

当转速传感器检测到发动机转速下降至86.1％转速(11100r/min)时，电子控制器输出28V电压信号给第五级放气活门的电磁铁组件1，第五级放气活门完全打开，压气机第五级开始放气；

当转速传感器检测到发动机转速下降至70.6％转速(9100r/min)时，电子控制器输出28V电压信号给第八级放气活门的电磁铁组件1，第八级放气活门完全打开，压气机第八级开始放气；

当转速传感器检测到发动机转速下降至8％转速(1030r/min)时，电子控制器断开输出28V电压信号给第五级放气活门和第八级放气活门的电磁铁组件1，此时虽然电磁铁组件1处于断电状态，但此时压气机第五级和第八级的气压均小于20kPa，压气机的气压不足以克服活门弹簧10的下压力，第五级放气活门和第八级放气活门仍均保持完全打开状态。

可以理解，转速上升和下降过程中打开活门、关闭活门分别所对应的转速设定不一样，可以有效地避免放气活门的打开或关闭时导致转速轻微波动，确保了发动机工作的稳定性。

作为优选的，所述电子控制器还与微动开关112电性连接，其还用于通过检测微动开关112的通断电信号来获取放气活门的位置状态。在放气活门打开的过程中，活动杆111随活门4一起向下移动，活动杆111会触碰微动开关112，微动开关112接通，电子控制器可以检测微动开关112接通的反馈信号；而在放气活门关闭的过程中，活动杆111随活门4一起向上移动，活动杆111脱离微动开关112，微动开关112断开，电子控制器可以检测微动开关112断开的反馈信号。电子控制器可以通过微动开关112的反馈信号来判断活门4的位置状态，准确地反馈放气活门是否打开，有利于排除故障，为喘振的自动消除提供了技术基础。

另外，本发明的第三实施例还提供一种航空发动机，其采用如上所述的压气机放气控制系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。