Brevet FR2504201A1 — publié le 19821022

Vanne à obturateur rotatif destinée notamment au dosage de gaz riches en combustible dans les moteurs-fusées à statoréacteur La présente invention concerne une vanne ou soupape comportant un obturateur monté rotatif et destinée à assurer le dosage du débit d'un fluide en écoulement, notamment du débit des gaz riches en combustible qui pénètrent dans la chambre de combustion des moteurs-fusées à statoréacteur. Dans la construction des machines et moteurs, on connaît de nombreux modes de réalisation de soupapes instal- lées dans des conduits et destinées à assurer le dosage des débits de fluides en écoulement Pour maintenir les pertes d'écoulement à une valeur minimale, il est en général recom- mandé de conférer à ces éléments de machine mobiles une for- me favorable du point de vue de l'écoulement des fluides. Les soupapes doivent en outre avoir un poids minimum pour réduire les forces massiques et pour permettre de grandes fréquences de fonctionnement. Dans des conditions de fonctionnement bien détermi- nées apparaissent des difficultés particulières, que l'on ne peut surmonter qu'en conférant aux soupapes des caractéris- tiques spéciales C'est ainsi que, dans le cas de certaines machines thermiques, telles que les moteurs-fusées à stato- réacteur, qui fonctionnent avec des gaz riches en combusti- ble produits dans une chambre de pré-combustion à partir d'un combustible chimique solide et qui s'écoulent, par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs conduites, vers une chambre de combustion principale dans laquelle l'oxygène de l'air est introduit pour permettre une combustion finale stoichiométrique, le jet de gaz chauds contient des particu- les de matières solides, qui, de façon défavorable, s'avèrent être très adhésives Les conduites se trouvent, de ce fait, encrassées, et il se forme en particulier, dans le cas des soupapes, sur les arêtes, les angles, les parties en re- traitet dans les espaces creux, des dépôts qui peuvent être cause de défaillances de ces organes de commande importants. 2504 201 -2- La présente invention a par conséquent pour objet de mettre au point une vanne ou soupape comportant un obtu- rateur monté rotatif qui non seulement fonctionne librement et aisément, présente un faible poids, permet de réaliser une installation peu encombrante et est d'une fabrication économique, mais qui permet, de plus, d'éviter les dépôts indésirables de particules présentes dans le jet de gaz chauds, de sorte qu'une pleine capacité de fonctionnement soit garantie. La présente invention permet de résoudre ce problème par le fait que l'obturateur de soupape -vu dans son plan de rotation est réalisé sous forme de coin discorde, dont le dos obture complètement l'orifice de passage de la soupa- pe ou libère la section minimale contrôlée de celle-ci, et dont le tranchant ou l'arête détermine la section maximale contrôlée de l'orifice de passage de la soupape. La soupape selon la présente invention fonctionne aisément, présente de faibles masses, nécessite peu d'espace pour son installation, et peut pratiquement être mise en place partout sans mise en oeuvre de moyens de construction particuliers, tout en étant d'une fabrication économique et en se distinguant avant tout par le fait que, grâce à sa conception favorable du point de vue de l'écoulement, elle reste exempte de résidus indésirables, même avec des jets de gaz chauds fortement chargés en particules solides, et garde ainsi toute sa capacité de fonctionnement. Un mode de réalisation de la présente invention pré- voit que l'obturateur de soupape est fabriqué avec un maté- riau réfractaire. En outre, l'obturateur de soupape selon la présente invention est solidaire d'un arbre qui est monté de part et d'autre en rotation dans le carter ou corps de soupape et dont la partie centrale, sur laquelle est monté l'obturateur de soupape, est recouverte par des bossages bilatéraux de celui-ci. Grâce au recouvrement de la partie centrale de ltar- bre, celle-ci est protégée contre les effets de l'extrême 2504 201 -3 chaleur à laquelle elle est exposée, de sorte que l'arbre de soupape ne subit aucune déformation et que le libre fonction- nement de la soupape n'est pas affecté. Selon une caractéristique additionnelle de la pré- sente invention, deux obturateurs de soupape peuvent être disposés côte à côte sur un arbre commun. Selon un autre mode de réalisation dé la présente invention, deux arbres peuvent être disposés séparément, côte à côte et à axes parallèles ou alignés, chaque arbre portant un obturateur de soupape. Dans ce dernier cas, les deux arbres peuvent être entraînés indépendamment l'un de l'autre. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisa- tion pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure la est une vue en coupe longitudinale de la partie centrale d'un statoréacteur de fusée avec une par- tie d'une chambre de pré-combustion, une partie d'une cham- bre de combustion principale et une conduite de gaz interca- lée entre les deux, dans laquelle est installée une soupape, représentée en position de fermeture; la figure lb est une vue partielle selon la figu- re 1, avec l'obturateur de soupape tourné de 1800, et qui, dans cette position, libère la section maximale contrôlée; la figure 2 est une vue en coupe, selon la ligne II-II de la figure la; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure l; et l es figures 4 et 5 ainsi que la figure 6, sont des vues d'autres modes de réalisation et dispositions de la soupape selon la présente invention. Il ressort de la figure la que, dans une chambre de pré-combustion 1, des gaz chauds G riches en combustible sont produits par combustion d'un combustible solide 2 en présence d'une quantité d'oxygène inférieure à la quantité nécessaire, gaz qui pénètrent, par l'intermédiaire d'une conduite de gaz 3, dans la chambre de combustion principale 4 Les gaz G 2504 201 -4 riches en combustible y sont brûlés dans des conditions stoichiométriques avec apport d'oxygène de l'air. La conduite de gaz 3 contient, pour le dosage des débits de gaz qui la parcourent, une soupape munie d'un ob- turateur rotatif 5, qui, vu dans son plan de rotation, est réalisé sous forme de coin discorde, et qui est solidaire d'un arbre 7 monté de façon rotative dans le corps 6 de la soupape Le dos large du coin porte la référence numérique a et l'arête ou le tranchant étroit dudit coin la référence numérique 5 b L'arbre 7 peut être entraîné par un moyen quel- conque, par exemple par un moteur électrique 9, par l'inter- médiaire d'un réducteur 8. Sur la figure lb, l'obturateur de soupape 5 est re- présenté, tourné de 1800 dans le sens périphérique, par rap- port à la figure la, ce qui veut dire que le tranchant 5 b du coin fait maintenant face à la chambre de pré-combustion 1, position qui confère une section libre maximale à l'ori- fice de passage de la soupape Sur la figure 1, par contre, le dos large 5 a du coin obture complètement la conduite de gaz Mais on pourrait aussi imaginer que l'obturateur 5 soit placé de telle façon, par rapport à la section de la soupape, qu'il subsiste encore une petite section de passage (mini- male), même dans la position selon la figure la. Pour protéger la partie centrale 7 a de l'arbre contre la charge thermique des gaz chauds G, il est prévu que l'ob- turateur de soupape 5 présente des bossages 5 c sur les deux côtés. Il ressort des figures 4 et 5 que deux obturateurs de soupape 5 peuvent aussi être disposés côte à côte sur un arbre 7, la figure 4 représentant la soupape en position d'ouverture et la figure 5 la soupape en position de ferme- ture ou de passage minimum. Cependant, chaque obturateur de soupape 5 peut aussi être prévu sur son propre arbre 7 et chaque arbre 7 être en- traîné indépendamment de l'autre arbre 7, ainsi que cela est représenté sur la figure 6. L'obturateur de soupape 5 est réalisé avec un maté- riau réfractaire (ou résistant aux hautes températures). 2504 201 -5- REVENDICATIONS l. Soupape comportant un obturateur monté rota- tif et destinée au dosage du débit d'un fluide en écoule- ment, notamment du débit des gaz riches en combustible qui pénètrent dans la chambre de combustion des moteurs-fusées à statoréacteur, caractérisée en ce que l'obturateur de sou- pape ( 5) vu dans son plan de rotation est réalisé sous forme de coin discorde, dont le dos ( 5 a) obture complète- ment l'orifice de passage de la soupape ou libère la section minimale contrôlée de celle-ci, et dont le tranchant ou l'arête ( 5 b) détermine la section maximale contrôlée de l'orifice de passage de la soupape. 2. Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'obturateur de soupape ( 5) est fabriqué avec un matériau réfractaire. 3 Soupape selon l'une quelconque des revendica- tions l et 2, caractérisée en ce que l'obturateur de soupape ( 5) est solidaire d'un arbre ( 7) qui est monté de part et d'autre en rotation dans le corps ( 6) de la soupape et dont la partie centrale ( 7 a), sur laquelle est monté l'obturateur de soupape ( 5), est recouverte par des bossages bilatéraux ( 5 c) de celui-ci. 4. Soupape selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisée en ce que deux obturateurs de soupape ( 5) sont disposés côte à côte sur un arbre commun ( 7). 5 Soupape selon l'une quelconque des revendica- tions l à 3, caractérisée en ce que deux arbres ( 7) sont disposés séparément, côte à côte et à axes parallèles ou ali- gnés, et que chaque arbre ( 7) porte un obturateur de soupa- pe ( 5). 6 Soupape selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deux arbres ( 7) sont entraînés indépendamment l'un de l'autre.