Brevet FR2520056A3 — publié le 19830722

FR 2520056 A3 19830722 FR 8300097 A 19830105 DISPOSITIF DE VANNE A OBTURATEUR TOURNANT POUR CONTROLER DES FLUIDES EN ECOULEMENT, EN PARTICULIER POUR LE DOSAGE DE GAZ RICHES EN MATIERES COMBUSTIBLES POUR MOTEURS FUSEES-STATOREACTEURS Dans la construction mécanique, on connait, dans les conduites et dans les appareils à fonctionnement hydraulique ou pneumatique, des soupapes incorporées de manoeuvre et dispositifs de vanne à obturateur tournant pour le dosage du débit de fluides en écoulement, sous de nombreuses formes de réalisation. En général, ces éléments mobiles de machine doivent fonctionner de façon exacte, être adaptés aux conditions de fonctionnement et, pour maintenir les pertes d'écoulements aussi faibles que possible, être formés d'une façon favorisant un écoulement laminaire.De plus, ces organes de commande doivent avoir un poids aussi faible que possible pour réduire les forces et permettre de hautes fréquences de fonc t ionnement. De même, dans diverses machines, comme par exemple dans les moteurs à combustion interne pour la commande des processus d'échange de gaz, on utilise des vannes à obturateur tournant. Dans des modes déterminés de fonctionnement, des problèmes particuliers se posent; ils nécessitent, pour les organes de commande utilisés, des propriétés spécifiques pour venir à bout des difficultés données.Par exemple, dans le cas de machines thermiques particulières comme les moteurs-fusées-statoréacteurs qui fonctionnent avec des gaz riches en matières combustibles, qui sont produits, dans une chambre de combustion préliminaire, à partir d'un combustible chimique solide, et qui s'écoulent- par une ou plusieurs conduites, vers une chambre principale de combustion, où est amené l'oxygène de l'air pour une combustion finale stoechiométrique, des petites particules de matière solide arrivent dans le courant de gaz chaud. Ces petites particules qui peuvent représenter jusquà 40% du fluide en écoulement ont, du fait de leur caractère d'adhérence doepropriétés extrêmement perturbatrices.Les conduites se salissent et en particulier, il se forme, dans les organes de commande sur les arêtes, dans les coins, les dépouilles et dans les espaces creux, des dépôts qui peuvent conduire à une panne de ces organes importants. Les organes connus de commande ou de contrôle ne sont pas capables de venir à bout de toutes ces difficultés, en toute sécurité. La présente invention a par conséquent pour objet de remédier aux manques des organes de contrôle ou de commande connus, et de créer un dispositif de vanne à obturateur tournant et une installation de telles vannes, qui évitent les dépôts des petites particules se trouvant dans le courant de gaz chaud et qui se distinguent par la facilité de marche et l'équilibrage des forces, par quoi, pour leur entraînement, seules des forces très faibles sont nécessaires, et qui de plus sont simples du point de vue construction et nécessitent peu d'espace d'installation de façon que d'un point de vue général, toute la capacité de fonctionnement de la vanne, également dans des conditions extrêmes de fonctionnement, parmi lesquelles des charges thermiques très élevées, soit garantie. Ce problème est résolu par un dispositif de vanne à obturateur tournant par le fait que l'obturateur tournant présente un bord ou une arête elliptique de commande ou contrôle, qui se trouve oblique par rapport à l'axe de l'obturateur tournant, qui est plat ou bien courbé dans l'espace, et qui se déplace, sans contact à l'intérieur d'un bord de commande, fixé au boitier qui est géométriquement semblable et parallèle en position d'ouverture minimale, en laissant un interstice d'admission. Le dispositif selon l'invention ne nécessite, pour sa fabrication, qu'un prix relativement minimum et présente une masse faible, ce par quoi les forces d'entrainement peuvent rester faibles. De plus, du fait de l'association sans contact de l'obturateur tournant au bord de commande fixé au bottier, le dispositif proposé a un fonctionnement particulièrement facile et ne nécessite ainsi que de faibles forces de réglage.Par ailleurs, le dispositif selon l'invention se distingue avant tout par le fait que, grâce à l'interstice d'admission qui est présent en permanence, la variation de la largeur de l'interstice lors de l'actionnement de l'obturateur tournant, entraîne une variation continue des conditions d'écoulement à cet endroit ; on est ainsi assuré que, même dans le cas d'une sollicitation par les écoulements de gaz chaud très fortement enrichis en petites particules de matière solide (jusqu'à 40% de matière solide), l'obturateur tournant sera libre de tout résidu non voulu, et donc que sa capacité de fonctionner sera toujours garantie. Dans une installation à deux dispositifs de vanne à obturateur tournant selon l'invention, avec deux obturateurs tournants sur un arbre commun d'entraînement, les deux obturateurs se trouvant face à face symétriquement, on obtient l'avantage particulier que les courants de gaz admis par l'interstice des vannes à obturateur tournant se redresseront mutuellement et que les forces chargeant les deux obturateurs tournants situées face à face, s'annuleront pratiquement mutuellement. Cela évite dans une large mesure des forces axiales sur les supports, et cela rend la commande facile à faire fonctionner. Dans une autre variante d'un dispositif de vanne à obturateur tournant selon l'invention, l'obturateur tournant est en forme de tube avec une chemise d'obturateur cylindrique, dans laquelle est prévue une fenêtre d'admission, qui coopère avec le bord de commande ou de contrôle oblique, solidaire du boîtier lequel présente, sur le pourtour de 3600, un pas qui est au moins égal à la hauteur de la fenêtre. Ainsi, on obtient, d'une façon simple, un contrôle continu du débit des gaz admis. Cette variante d'un dispositif de vanne à obturateur tournant présente des avantages qui sont semblables à ceux qui ont été décrits pour le premier mode de réalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, donnés à titre indicatif mais nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre une installation à deux dispositifs de vanne à obturateur tournant dans le canal des gaz d'un moteur-fusée-statoréacteur, en coupe longitudinale, la figure 2 montre une deuxième variante d'un dispositif de vanne à obturateur tournant et la figure 3 montre deux dispositifs de vannes à obturateur tournant selon la figure 2 prévus face à face symétriquement. Dans une chambre de combustion préliminaire 1, où est disposé un propergol solide 2 pauvre en oxygène, sont produits, par combustion de celui-ci, des gaz G riches en matière combustible, qui sont admis, par des dispositifs de vanne à obturateur tournant 3 et 4, en quantité dosées, dans une chambre principale de combustion 5, à laquelle est amené, pour une combustion finale stoechiométrique, de l'oxygène de l'air en supplément. L'élément mobile ou rotatif des dispositifs 3 et 4 de vanne à obturateur tournant, c'est-à-dire l'obturateur tournant 6 ou 7 proprement dit, présente un bord de commande ou de contrôle 6a ou 7a, qui est elliptique, qui est oblique par rapport à l'axe A de la vanne à plateaux tournants, qui est plat ou courbé dans l'espace, et qui se déplace, sans contact, à l'intérieur d'un bord de contrôle ou de commande 6b ou 7b, fixé au boitier, géométriquement semblable, et parallèle en position minimale d'ouverture, en laissant un insterstice d'admission 8. Les forces axiales agissant sur les deux obturateurs tournants 6 et 7 s'annulent, donc pour l'entraînement des deux obturateurs tournants 6 et 7 montés sur un arbre commun d'entraînement 9, seules des forces relativement minimes de réglage sont nécessaires. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, les obturateurs tournants 10 et 11 sont en forme de tube, avec une chemise d'obturateur cylindrique 10c et llc, dans laquelle est prévue une fenêtre d'admission 12 ou 13, qui coopère avec les bords de commande ou de contrôle 10b et 10c fixés au bottier. Ces bords de commande ou de contrôle 10b et llb fixés au boîtier sont obliques et présentent, sur tout le pourtour dù tube, un pas H qui correspond au moins à ia hauteur H' de chaque fenêtre 12 ou 13 d'admission. REVENDICATIONS 1. Dispositif de vanne à obturateur tournant pour contrôler des fluides en écoulement et en particulier pour le dosage de gaz riches en matières combustibles pour moteursfusées-statoréacteurs caractérisé en ce que l'obturateur tournant (6 ou 7) présente un bord de commande oblique par rapport à l'axe de l'obturateur tournant (A), qui est plat ou courbé dans l'espace, et qui est de forme elliptique (6a ou 7a), lequel se déplace, sans contact, à l'intérieur d'un bord de commande ou de contrôle fixé au boîtier, qui est de forme géométrique semblable et parallèle dans la position minimale d'ouverture, en laissant un interstice (8) d'admission. 2. Installation de vannes à obturateur tournant caractérisée en ce qu'elle comprend deux dispositifs de vanne à obturateur tournant 13 et 4) selon la revendication 1 avec deux obturateurs tournants (6 et 7) prévus sur un arbre commun d'entraînement (9), face à face symétriquement. 3. Dispositif de vanne à obturateur tournant selon la revendication 1 caractérisée en ce que l'obturateur tournant (10 ou 11) est en forme de tube avec une chemise d'obturateur cylindrique (12 ou 11), dans laquelle est prévue une fenêtre d'admission (12 ou 13), qui coopère avec un bord de commande (lOb ou llb) oblique et fixé au boîtier, qui présente, sur le pourtour de 3600, un pas (H) qui est au moins égal à la hauteur (A') de la fenêtre. 4. Installation de vannes à obturateur tournant caractérisée en ce qu'elle comprend deux obturateurs tournants (10 et 11) selon la revendication 3 face à face, symétriquement, sur un arbre commun d'entratnement (14).