Brevet FR2490771A1 — publié le 19820326

- 1 - L'invention se rapporte généralement aux soupapes de retenue de fluide et elle concerne plus particulièrement les soupapes de retenue qui sont utilisées dans le système de purge d'air du compresseur d'une turbomachine. Il est parfaitement connu dans l'état de la tech- nique de purger de l'air de décharge du compresseur de la section de compression d'une turbo-machine utilisée comme moyen de propulsion pour un avion à réaction. De l'air est purgé du compresseur pour empêcher le pompage du moteur lors du démarrage et l'accélération, pour chauffer le comn" partiment de l'avion et pour chauffer les ailes ou d'autreM surfaces de l'avion afin d'empêcher leur givrage. Les systèmes pour purger l'air de décharge du compresseur emploient normalement des soupapes de retenue qui em- pêchent l'inversion du courant dans les systèmes ce qui peut se produire, par exemple, lorsque les systèmes de purge d'air de plusieurs moteurs communiquent entr'eux et si l'un de ces moteurs est mis hors service. Sans la soupape de retenue empêchant l'inversion du courant, une telle condition pourrait causer l'écoulement de l'air purgé des moteurs qui sont en fonctionnement vers le moteur mis hors service, ce qui peut interférer avec la performance de l'équipement de chauffage auxiliaire mentionné ci-avant. Les soupapes de retenue employées dans ces systèmes de purge d'air doivent être capables de laisser passer de l'air sous des pression de l'ordre d'environ 20 bar et ayant des températures d'approxima- tivement 4300C. Les soupapes de retenue doivent aussi être capables de fermer rapidement sous les conditions de l'inversion du courant. Les soupapes de retenue connues utilisées nor- malement dans les systèmes de purge d'air d'un compresseur ont été normalement du type à clapet. Cependant, ces types à clapet ont la caractéritique d'avoir une surface d'appui minimale pour l'élément de soupape en comparaison à la surface d'écoulement de la soupape. Ce manque de surface d'appui milite contre la durabilité de la soupape, causant l'usage prématuré des sièges de la soupape à cause du battement entre la soupape et les sièges. -2- Des exemples pour une soupape de retenue à clapet connue utilisée dans un système de purge d'air d'un compresseur peuvent être trouvés dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 2 925 825. Bien que beaucoup d'autre soupapes de retenue ou à voie unique soient connues dans l'état de la technique, ces soupapes ont souvent des trajets d'écou- lement rétrécis, tortueux ou contribuent d'une autre façon à une diminution indésirable de la pression du fluide s'écoulant par la soupape. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique 2 927 604 et 2 928 217 représentent d'autres exemples de construction de soupapes de retenue connues-Le brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 134 394 représente une soupape de retenue ce caractérisant par une plus faible chute de pression que d'autressoupapes de retenue mentionnées ci-avant, mais. la soupape de retenue de la présente invention constitue une amélioration signifiante par rapport à la soupape du brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 134 394 en ce qui concerne les caractéristiques de la chute de pression et de la rapidité de fermeture dans le cas d'une inversion du courant. La présente invention fournit une soupape de retenue perfectionnéeayant un trajet d'écoulement non-tortueux et opposant une restriction minimale au courant traversant la soupape. La chute de pression du courant traversant la soupape est minimisée et la soupape ferme rapidement mais de façon contrôlée sous les conditions de l'inversion du courant. L'élément de soupape est supporté par un palier à grande surface et le battement de l'élément de soupape ainsi que l'usure à cause de l'impact de battement sont minimisés. La soupape de retenue de la présente invention est munie d'un corps de guidage perforé de forme aérodynamique et d'un élément de soupape ou cône de soupape de forme aérodynamique disposésà l'intérieur d'une cage de sorte que sous les conditions de la direction normale du courant l'élément de soupape et le corps de guidage forment un corps central monté par des entretoises qui accommodent facilement la charge thermique de la soupape. Le corps de soupape et la cage de la soupape délimitent un passage d'écoulement à section d'écoulement essentiellement con- -3- stante le long de la soupape. Le fluide s'écoulant dans la direction normale à travers la soupape ouvre l'élément de soupape, qui dans la position ouverte est disposé autour d'une face avant du corps de guidage. Dans le cas d'une inversion du courant s'écoulant à travers la soupape, du fluide peut pénétrer dans le corps de guidage perforé et agit contre une surface concave du corps de soupape qui ferme rapidement sousl'influence du courant inversé, inter- rompant ainsi le courant à travers la soupape. Un assem- blage d'atténuation à cylindre et. manchon est situé à l'intérieur du corps de guidage, le corps de soupage étant fixé au cylindre ou au manchon de sorte qu'un mouvement relatif entre ces éléments amortisse lemouvement du corps de soupape, afin de minimiser ainsi l'oscillation et le battement non-désiré du corps de soupape. Le cylindre est purgé pour réduire la constante de rappel de l'assemblage à cylindre et manchon afin d'empêcher le rebondissement du piston lorsque la soupape ouvre. L'ouverture de purge réduit aussi la magnitude du vide formée dans le cylindre qui pourrait s'opposer à la fermeture dce la soupape. Selon le mode de réalisation préféré le manchon est reçu en contiguïté dans le cylindre, le cylindre et le manchon formant une grande surface d'appui accommodant le mouvement de l'élément de soupape de la soupape de retenue afin d'empêcher un battement ou d'autresvibrations non-désirées. Un mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe de la soupape de retenue de la présente invention. La figure 2 est une vue de côté de la soupape. La figure 3 est une vue de l'autre côté de la soupape de retenue. La soupape de retenue de la présente invention est désignée en son ensemble par 10 et comporte une cage 15 ayant des rebords de montage 20 et 25 à ses extrémités opposées pour pouvoir fixer la soupape à une paire de tuyaux opposés. A l'intérieur de la cage on a prévu un siège annulaire 30 avec lequel le corps de soupape ou l'élément de soupape 35 vient en engagement lorsque la soupape ferme - 4 - sous les conditions de l'inversion du courant (courant s'écoulant vers le côté droit sur la figure 1). Un corps de guidage 45 de forme aérodynamique qui oppose une restriction minimale au courant d'écoulement dans la direction normale est situé dans la cage 15 et supporté par des entretoises 40. Tel que représenté le mieux sur la figure 2,.les entretoises sont prévues entre la cage et le corps de guidage et s'étendent du cczps de guidage radialement vers l'extérieur et tangentiellement par rapport à celui-ci. Une telle orientation des entre- toises permet d'accommoder la charge thermique ainsi que la charge résultant de la pression du fluide par une flexion des entretoises sans surcharger les points de fixation des entretoises à la cage et au corps de guidage. Le corps de guidage 45 a (par rapport à la direction normale du courant) des faces avant et arrière 50 et 55 reliées en 58 de façon appropriée, par exemple par soudage, brasage ou collage, ou par des moyens de fixation mécaniques, tel que des rivets ou des éléments semblables. La face avant 50 est perforée en 60 tandis que la face arrière 55 est perforée en 65, les perforations peuvent facilement accommoder du fluide s'écoulant en direction inverse à travers la soupape pour agir sur l'élément de soupape 35 afin de la mouvoir vers le siège de soupape (voir les traits mixtes sur la figure 1). Tel que représenté, les perforations 65 sont beaucoup plus petites que les perforations 60, lesperforations 60 et 65 étant disposées essentiellement au centre des faces avant et arrière. Ces dimensions et cette diposition des per- forations sont appropriées pour une soupape de retenue à utiliser dans un système de purge d'air d'un compresseur d'une turbo-machine, mais il est évident, que la soupape de retenue de la présente invention n'est pas limitée à ces dimensions et à cette diposition des perforations qui dépendent du type du fluide s'écoulant par la soupape ainsi que des températures et de la pression de ce fluide., Les faces avant et arrière du corps de guidage sont coniques ou de forme convergente et servent comme -5- moyen de fixation pour-le cylindre d'atténuation 70 dis-r posé à l'intérieur ducorps de guidage essentiellement au centre de celui-ci? Le cylindre est muni d'une ouverture de purge 75 à son extrémité arrière et reçoit un manchon 85, qui est essentiellement contigu à l'intérieur du cylindre. Le cylindre et le manchon forment un moyen d'atténuation ou un amortisseur pour limiter la force d'impact ou l'oscillation de l'élément de soupape. L'ouverture de purge mollit ou réduit la constante de rappel de l'assemblage à manchon et cylindre afin d'empêcher le rebondissement de l'élément de soupape lorsque la soupape ouvret L'ouverture de purge sert aussi à l'aspiration de fluide dans l'intérieur du cylindre lorsque l'élément de soupape est déplacé vers sa position fermée pour militer ainsi contre la formation d'un vide à l'intérieur du cylindre qui pourrait s'opposer à la fermeture de la soupape. L'élément de soupape 35 est de forme conique ou convergente et il est fixé à l'extrémité du manchon 85 par un moyen approprié, tel que par exemple un boulon 90 avec écrou 95. Selon le mode de réalisation préféré le cylindre et le manchon s'étendent pratiquement le long de la longueur complète de la soupape de retenue. A cause de cette carac- téristique ces deux éléments prévoient des surfaces d'appui étendues pour supporter l'élément de soupape mobil ce qui permet de limiter le battement ou d'autres vibrationsnon- désirés de l'élément de soupape. La partie la plus extérieure en direction radiale de l'élément de soupape 35,vient se poser de façon étanche contre le siège 30 lorsque la soupape est fermée (représen- tée en trait mixtes). Tel que représenté sur la figure 1, l'élément de soupape 35 comporte un disque conique. Le fluide s'écoulant dans la direction normale à travers la soupape agit directement-contre la surface externe ou convexe de l'élément de soupape pour ainsi ouvrir la sou- pape en forçant l'élément de soupape vers l'arrière de sorte que la face avant du corps de guidage soit reçue en partie à l'intérieur de l'élément de soupape. Le courant s'écoulanten direction inverse est appliqué par les per- forations 65 et 60 du corps de guidage contre la face -6- interne (concave) de l'élément de soupape pour le déplacer contre le siège 30 afin de fermer la soupape. Tel que représenté le mieux sur la figure 1, la face arrière 55 du corps de gỉdage et l'élément de soupape 35 essentiellement coniques, forment un corps central aérodynamique situé à l'intérieur de la soupape. Ce corps central et l'intérieur de la cage 15 délimitent un passage 100 dont la section d'écoulement en coupe transversale est essen- tiellement uniforme entre ses extrémités. Il est entendu que cette section d'écoulement uniforme avec la forme aérodynamique du corps central formé par le corps de guidage et l'élément de soupape résultent en une chute de pression minimale à travers la soupape de retenue de la présente invention. En conséquence, la soupape de retenue de la présente invention a la caractéritique d'une chute de pression minimale à travers la soupape. Le mouvement en directions opposées de l'élément de soupape entre la position ouverte et et la position fermée est amorti par le mécanisme d'atté- nuation à manchon et cylindre qui, à cause de sa disposition à l'intérieur de la soupape, fournit des surfaces d'appui étendues pour le mouvement du corps de soupape. L'ouverture de purge du cylindre milite contre le rebondissement de l'élément de soupape et l'empêchement de fermeture par création d'un vide à l'intérieur du cylindre. Par leur disposition à l'intérieur du corps de guidage les surfaces d'appui du cylindre et du manchon sont protégées contre la contamination pratiquement le long de leur longueur entière. Les perforations prévues dans les faces avant et arrière du corps de guidage 45 permettent une fermeture rapide de la soupape dans le cas d'une inver- sion du courant. En outre, une telle fermeture rapide de la soupape est encore améliorée par la construction concave du disque de l'élément de soupape, ce qui fournit une capture efficace du fluide s'écoulant en direction inverse. La soupape de retenue de la présente invention a été représentée sans moyen de commande ou d'assitance de toute sorte, le fonctionnement de la soupape étant con- -7- trôlé seulement par la direction d'écoulement du courant passant par la soupape, mais il est évident que des ressorts, des moyens de commande ou d'autre moyens d'assistance peuvent être employés si nécessaire. L'invention vient d'être décrit ci-avant en référence à un mode de réalisation préféré, mais il est évident aux spécialistes que beaucoup de modifications et de variations peuvent y être apportées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. -8- REVENDICATION: 1. Soupape de retenue comportant une cage (15) déli- mitant une paroi externe d'un passage d'écoulement pour un fluide, un siège (30) disposé à l'intérieur de la cage, un élément de soupape (35) situé à l'intérieur de la cage et pouvant être positionné par le courant du fluide s'écoulant à travers la soupape, cet élément de soupape, par l'application du courant de fluide s'écoulant en direction inverse, étant maintenu en contact avec le siège pour fermer la soupape de retenue et, par l'application de la pression du fluide s'écoulant en direction normale, étant dégagé du siège pour ouvrir la soupape de retenue, et un corps de guidage (45) perforé situé à l'intérieur de la cage et formant avec l'élément de soupape, sous les conditions de la direction d'écoulement normaledu fluide, une paroi interne dudit passage, les perforations (60, 65) permettant d'accommoder le courant s'écoulant en direction inverse pour pouvoir agir contre l'élément de soupape afin de le placer en contact avec le siège de soupape et fermer ainsi la soupape de retenue, caractérisée en ce que le corps de guidage est monté à l'intérieur de la cage par plusieurs entretoises (40) espacées l'une de l'autre, chacune de ces entretoises étant disposée entre la cage et le corps de guidage et s'étendant de celui-ci radialement vers l'extérieur et en direction tangentielle par rapport à ce corps de guidage. 2. Soupape de retenue comportant une cage (15) for- mant une paroi externe d'un passage d'écoulement pour un fluide, un siège (30) disposé à l'intérieur de la cage, un élément de soupape (35) disposé à l'intérieur de la cage et pouvant être positionné dans celle-ci par le courant du fluide traversant la soupape, l'élément de soupape, par application de la pression du fluide s'écoulant en direc- tion inverse, étant maintenu- en contact avec le siège pour fermer la soupape de retenue et, par l'application de la pression du fluide s'écoulant en-direction normale, l'élément de soupape étant dégagé du siège pour ouvrir la soupape de retenue, et un corps de soupape perforé (45) com- portant des faces avant et arrière (50, 55) perforées et -9aérodynamiques, ce corps de guidage étant disposé à l'intérieur de la cage et formant avec l'élément de soupapesous les conditions de la direction d'écoulement normale du fluide,une paroi interne dudit passage d'écoulement, les perforations (50, 65) accommodant le courant inversé pour l'application de celui-ci contre l'élément de soupape afin de mouvoir cet élément de soupape en contact avec son siège pour fermer la soupape de retenue, caractérisée en ce que l'élément de soupape (35) comporte un disque conique, le courant du fluide s'écoulant en direction normale par la soupape agissant contre la face externe de cet élément de soupape pour le dégager du siège de sorte que la face avant (50) du corps de guidage soit reçue au moins en partie a l'intérieur de l'élément de soupape. 3. Soupape de retenue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élément de soupape (35) et le corps de guidage (45) forment un corps central aérodynamique ayant des parties de surfaces avant et arrière essentiel- lement coniques. 4. Soupape de retenue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le passage d'écoulement délimité par la cage (15), le corps de guidage (45) et l'élément de soupape (35) a le long de toute sa longueur une section d'écoulement essentiellement uniforme. 5. Soupape de retenue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par un manchon (85) fixé à l'élément de sou- pape (35) ou au corps de guidage (45) et par un cylindre (70) recevant le manchon dans son intérieur, le cylindre étant fixé au corps de guidage (45) ou à l'élément de soupape (45), le manchon et le cylindre formant un moyen pour amortir les oscillations de l'élément de soupape. 6. Soupape de retenue selon la revendication 5, caractérisée en ce que le cylindre (70) comporte une ouverture de purge (75) pour limiter la pression du fluide renfermée dans le cylindre afin d'empêcher le rebondisse- ment de l'élément de soupape lorsque le manchon se déplace vers l'ouverture de purge et pour permettre l'entrée de fluide dans le cylindre lorsque le manchon s'éloigne de l'ouverture de purge. - 10 - 7. Soupape de retenue selon la revendication 5, caractérisée en ce que le manchon (85) est contigu à l'intérieur du cylindre (70), ce cylindre et la manchon formant des surfaces d'appui par lesquelles l'élément de soupape (35) est supporté lors de son mouvement par rapport au siège (30).