Brevet FR2514459A1 — publié le 19830415

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 techni- que 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 com- partiment de l'avion et pour chauffer les ailes ou d'autres 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 performanc 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 pressions de l'ordre d'environ 20 bar et ayant des températures d'approximativement 4300 C 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, ce type à clapet a la caractéristique d'avoir une surface d'appuis minimale pour l'élément de soupape en comparaison lela 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 soupape à cause du battement entre lasoupape et les sièges Des exemples pour une soupape de retenue à clapet connue utilisée dans -2- 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 techni- que, ces soupapes comportent souvent des trajets d'écoulement 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 se caractérisant par une plus faible chute de pression que d'autres soupapes de retenue mentionnées ci-avant, mais la soupape de retenue de la présente invention constitue une améliora- tion significative 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. Les brevets US 1 802 720, 3 993 093, 3 586 033 et 3 194 255 ainsi que le brevet DE 1 817 272 décrivent également diverses soupapes de retenue (à une voie). Cependant il a été déterminé que ces soupapes ne présente ni une compacité suffisante ni une aptitude convenable pour s'adapter aux distorsions dues à la pression du fluide et aux contraintes thermiques confor- mes aux propriétés requises pour les soupapes de retenue pour purger l'air employées dans les avions propulsés par moteur à turbine à gaz. La présente invention fournit une soupape de rete nue perfectionnée ayant un trajet d'écoulement non-tor- tueux et opposant une résistance 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 condi- tions de l'inversion du courant L'élément de soupape est supporté par un palier à grande surface et le batte- ment de l'élément de soupape ainsi que l'usure à cause -3- de l'impact de battement sont minimisés. Un autre avantage de la soupape de retenue selon l'invention est qu'elle s'adapte aux distorsions dues à la pression du fluide et aux contraintes thermiques etren outre elle se caractérise par une compacité accrue La soupape de retenue de la présente invention est munie d'un corps de guidage perforé de forme aéro- dynamique et d'un élément de soupape ou cône de soupape de forme aérodynamique disposé à l'intérieur d'une cage de sorte que sous des conditions de courant vers l'avant l'élément de soupape et le corps de guidage forment un corps central monté sur des entretoises qui s'adapte facilement à la contrainte thermique et la pression du fluide de la soupape. Sous des conditions normales (vers l'avant) de courant, l'élément de soupape est écarté axialement légèrement du corps central pour créer une zone de basse pression à l'intérieur de l'élément de soupape Cette j zone de basse pression favorise le maintien de la soupapes à l'état ouvert Sous de telles conditions d'écoulement, une partie du corps central est reçue à l'intérieur du cône pour augmenter la compacité Le corps central et la cage de la soupape définissent un passage d'écoulement à section transversale généralement constante le long de la soupape Une adaptation à une inversion de courant au travers de la soupape est aisément conçue au moyen d'ouvertures dans le corps de guidage, une telle inver- sion de courant étant appliquée contre une surface con- cave du cône qui se ferme rapidement sous l'influence du courant inversé interrompant ainsi un passage du courant inversé au travers de la soupape Un assemblage d'atténuation à cylindre et manchon est situé à l'in- térieur du corps de guidage, le corps de soupape étant fixé au cylindre ou au manchon de sorte qu'un mouvement relatif entre ces éléments amortit le mouvement 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 -4- l'assemblage à cylindre et manchon afin d'empêcher le rebondissement du piston lorsque la soupape s'ouvre. L'ouverture de purge réduit aussi l'amplitude du vide formée dans le cylindre qui pourrait s'opposer à la fermeture de la soupape Selon le mode de réalisation préféré le manchon est reçu en contiguïté dans le cylin- dre, le cylindre et le manchon formant une grande surface d'appui adaptée au mouvement de l'élément de soupape de la soupape de retenue afin d'empêcher un battement ou d'autres vibrations non-désirées. Un mode de réalisation de l'invention sera maintenant décrit en référence aux dessins annexes, 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 sonensemble par 10 et comporte une cage 15 ayant des rebords de montage 20 et 25 à ses extré mités 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 se ferme 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 résistance minimum 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 corps de guidage radialement vers l'extérieur et tangentiellement par rapport à celui-ci Une telle orien- tation des entretoises permet d'accommoder la contrainte thermique ainsi que la charge résultant de la pression du fluide par une flexion des entretoises sans surcharger 225 14459 les points de fixation des entretoises à la cage et au corps de guidage. Le corps de guidage 45 a (par rapport à la direc- tion normale du courant) des faces avant et arrière 50 et reliées en 58 de façon appropriée, par exemple par soudage, brasage ou collage, ou par des moyens de fixa- tion mécaniques, tels 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 perfora- tions 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, les perforations 60 et étant disposées essentiellement au centre des faces avant et arrière Ces dimensions et cette disposition des perforations 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 disposition des per- forations 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 moyen de fixation pour le cylindre d'atténuation 70 dis- posé à l'intérieur du corps de guidage essentiellement au centre de celuici Le cylindre est muni d'une ouverture de purge 75 à son extrémité arrière et reçoit un manchon , 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'ouver- ture 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 ouvre L'ouverture de purge sert aussi à l'aspira- -6- tion de fluide dans l'intérieur du cylindre lorsque l'élé- ment de soupape est déplacé vers sa posittn 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 901 avec écrou 95 Selon le mode de réalÉation préféré, le cylindre et le manchon s'étendent pratiquement le long de la longueur complète de la soupape de retenue A cause de cette caractéristique ces deux éléments prévoient des surfaces d'appui étendues pour supporter l'élément de 1 S soupape mobile de telle façon qu'il puisse glisser tout en réduisant au minimum le battement ou d'autres vibra- tions non-désirées 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 (repré- sentée en traits 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 Lorsque la soupape est ouverte un rebord ou détente 97 fixé au cône 35 au moyend'unboulon et d'un écrou vientcontre une butée 98 fixée au cylindre 70 écartant ainsi la partie externe du cône de la surface avant 50 du corps central, un tel écartement étant montré sous la forme d'un vide 99 Celui-ci crée une communication entre l'écoulement de fluide autour du cône et le corps central et les intérieurs de ces éléments en créant ainsi une zone de basse pression à la surface en aval du cône pour favoriser le maintien de la soupape à l'état ouvert Le courant s'écoulant en direction inverse est appliqué par les perforations 65 et 60 du corps de guidage contre la face -7- interne (concave) de l'élément de soupape pour le dépla- cer contre le siège 30 afin de fermer la soupape Tel que représenté le mieux dans la figure 1, la face arrière 55 du corps de guidage et l'élément de soupape 35 essentiellement coniques, forment un corps central aéro- dynamique situé à l'intérieur de la soupape Ce corps central et l'intérieur de la cage 15 délimitent un passage dont la section d'écoulement en coupe transversale est essentiellement 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 pré- sente invention se caractérise par sa compacité et une chute de pression minimale à travers la soupape et une 1 adaptation aisée aux distorsions dues aux contraintes thermiques et à la charge du fluide Le mouvement en directions opposées de l'élément de soupape entre la position ouverte et la position fermée est amorti par le mécanisme d'atténuation 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'in- térieur du corps de guidage les surfaces d'appui du cylindre et du manchon sont protégées contre la contamina- tion 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 inversion 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 -8- été représentée sans moyen de commande ou d'assistance de toute sorte, le fonctionnement de la soupape étant con- trôlé seulement par la direction d'écoulement du courant passantpar la soupape, mais il est évident que des ressorts, des moyens de commande ou d'autre moyens d'assis- tance 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. -9 _ Revendications: 1 Soupape de retenue comportant une cage ( 15) délimitant une paroi externe d'un passage d'écoulement pour un fltide, un siège ( 30) disposé à l'intérieur de la cage, un élément de soupape ( 35) situé à l'intérieur de cette cage et pouvant être positionné par le courant du fluide s'écoulant à travers la soupape, cet élément de soupape, par l'application à celui-ci d'un courant de fluide inversé, étant maintenu en contact avec le siège ( 30) pour fermer la soupape de retenue et, par l'application du courant de fluide vers l'avant étant dégagé du siège ( 30) pour ouvrir la soupape de retenue et un corps de guidage perforé ( 45) comportant des faces avant et arrière ( 50,55) perforées et aérodynamiques,, ce corps de guidage étant disposé à l'intérieur de la cage ( 15) et formant avec l'élément de soupape ( 35) sous les conditions normales d'écoulement de fluide, une paroi interne dudit passage d'écoulement, les perforations ( 50,65) permettant une adaptation au courant inversé pour appliquer celui contre l'élément de soupape ( 35) afin de mettre cet élément de soupape ( 35) en contact avec son siège pour fermer la soupape de retenue, caractérisée en ce que cet élément de soupape ( 35), losqu'il est à l'état ouvert, est écarté-axialement de cette face avant ( 50) du corps de guidage ( 45) pour créer une zone de basse pression adjacente à la face en aval de cet élément de soupape ( 35) pour favoriser le maintien de cet élément de soupape ( 35) à l'état ouvert. 2 Soupape de retenue selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, une butée stationnaire ( 98) et cet élément de soupape ( 35) comprend un rebord ( 97) pouvant venir contre cette butée I ( 98) pour écarter cet élément de soupape ( 35) de cette face avant ( 50) de ce corps de guidage ( 45). 3 Soupape de retenue selon la revendication 2, caractérisée en ce que cet élément de soupape ( 35) est porté par des dispositifs de support disposésau centre de cette soupape de retenue, cette butée ( 98) étant fixée - à ce dispositif de support.