Brevet FR2562199A1 — publié le 19851004

DISPOSITIF A VALVE POUR LA COMMANDE DE L'ECOULEMENT DES FLUIDES, EN PARTICULIER POUR LE DOSAGE DES QUANTITES DE GAZ RICHES EN COMBUSTIBLES PENETRANT DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION DE STATOREACTEURS-FUSEES. L'invention se rapporte à un dispositif à valve à clapet pivotant pour la commande de l'écoulement des fluides, en particulier pour le dosage des quantités de gaz riches en combustibles pénétrant dans la chambre de combustion de statoréacteurs-fusées. L'utilisation des organes de commande en question est assortie de difficultés particulières lorsqu'il s'agit notamment de certains modes de fonctionnement. Les organes de commande utilisés doivent alors posséder des caractéTistiques spécifiques pour maîtriser les difficultés se présentant. Ainsi en est-il dans le cas des moteurs thermiques spéciaux, comme les statoréacteurs-fusées, qui fonctionnent avec des gaz riches en combustibles lesquels sont produits dans une chambre de précombustion à partir d'un propergol chimique solide et parviennent;par une ou plusieurs conduites,à une chambre de combustion principale à laquelle estyen outre,amené l'oxygène de l'air pour la combustion finale stoéchiométrique des particules de matières solides contenues dans le courang de gaz chaud. Ces particules,représentant un fort pourcentage pouvant aller jusqu'à 40 t et plus du fluide en écouiement,génèrent des caractéristiques extrêmement gênantes du fait de leur adhésivité.Les conduites s encrassent alors et en particulier sur les organes de commande au niveau des arêtes, des angles, des contre dépouilles et dans les cavités, il se forme des dépôts qui peuvent entraîner la défaillance de ces organes vitaux. Une autre exigence d'ordre général concernant la construction des valves et des tiroirs consiste à concevoir des appareils de fonctionnement extrêmement souples de manière à ramener les couples de commande nécessa.ires à des valeurs aussi basses que possible. Les organes de commande connus ne sont pas en mesure de surmonter toutes ces difficultés de façon sûre. Comme il ressort des deux demandes de brevets allemands 23 44 911 et 24 27 945, dans un dispositif de distribution à valve il est connu d'utiliser des obturateurs en forme de champignon dont les paliers de pivotement et les organes d'entraînement sont installés au milieu du canal d'écoulement. Un tel dispositif est sujet aux encrassements, en particulier en cas de présence d'impuretés dans le courant de gaz, lesquels,comme déjà précédemment décrit > peuvent provoquer une incapacité de fonctionnement à brève échéance. L'objet de l'invention est par conséquent de supprimer les inconvénients des organes de commande connus et de mettre au point un dispositif de distribution à valve avec système d'entraînement qui soit de fonctionnement facile, empêche le dépôt des particules se trouvant dans le courant de gaz chauds ou leswrepousse automatiquement et assure > en outre,des conditions d'écoulem-ent favorables en ce qui concerne l'admission des gaz de combustion du type précité dans la chambre de postcombustion d'un statoréacteur-fusée. Dans un dispositif de distribution à valve du type précité, ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'il comprend un clapet en forme de disque qui, placé latéralement dans un élargissement d'un canal d'écoulement rectangulaire et s'engageant dans celui-ci pour en commander le débit, comporte, par rapport à son axe de pivotement disposé transversalement au sens de l'écoulement, d'une part, une surface d'étanchéité en forme d'arc de cercle qui coopère avec une contre-surface d'étanchéité fixe du corps de la valve et, d'autre part, une surface directrice plate en forme d'arc qui est tournée du côté de l'écoulement de gaz et, en liaison avec une surface directrice fixe du canal d'écoulement qui lui est opposée et réaliséeen forme de tuyère avec courbure identique ou analogue à la surface directrice du clapet, forme une tuyère plate de section transversale variable. Dans un mode de réalisation de l'invention, pour permettre l'actionnement ou le pivotement du clapet en forme de disque de la valve, sa surface d'étanchéité courbée en arc de cercle est réalisée sous la forme d'un segment de roue à vis dont la denture hélicoldale engrène dans la denture d'une vis sans fin montée sur un arbre d'entraînement. Un autre mode de réalisation selon l'invention est caractérisé par le fait que par rapport à l'axe longitudinal du canal d'écoulement, il est prévu deux clapets identiques en forme de disques qui sont disposés de façon symétrique ou énantiomorphe l'un par rapport à l'autre et entraînés en sens contraire. Les avantages de l'invention résident dans le fait que le ou les clapets proposés comportent des surfaces directrices commandant le débit sans entraver le passage du fluide et garantissent un écoulement largement symétrique qui a lui-même pour effet d'améliorer le processus de mélange consécutif entre les gaz riches en combustibles et l'air, ainsi que la réaction se produisant dans la chambre de postcombustion. Les clapets,dont le système d'entraînement se trouve à l'extérieur du canal d'écoulementvprovoquent, en outre, sur toute la zone de réglage un écoulement constamment accéléré,ce qui,malgré les impuretés véhiculées dans le courant de gaz, empêche la formation massive de dép8ts-entravant l'écoulement. Dans le dispositif de distribution à valve selon l'invention, le système d'entraînement du clapet est par ailleurs protégé contre les effets thermiques à l'intérieur du corps de la valve. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de deux modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel La figure 1 représente en couDe une première variante d'un dispositif à valve ne comportant qu'un seul clapet La figure 2 est une vue en plan de la figure 1 La figure 3 est une coupe suivant III-III de la figure 1 ; La figure 4 représente une seconde variante d'un dispositif à valve comportant deux clapets; La figure 5 est une coupe suivant V-V de la figure 4. Comme il ressort en particulier de la figure 1, dans un élargissement lad'un canal d'écoulement rectangulaire 1 est installé un clapet 2 en forme de disque qui, par rapport à son axe de pivotement 3 disposé transversalement au sens de l'écoulement, comporte, d'une part, une surface d'étanchéité circulaire 4 qui coopère avec une contre-surface d'étanchéité fixe 5 du corps B de la valve et, d'autre part, une surface directrice plate 6 en forme d'arc qui est tournée du côté de l'écoulement G du gaz et en commande le débit. Celle-ci coopère avec une surface directrice fixe 7 opposée du canal d'écoulement 1 ou du corps B de la valve. Les deux surfaces directrices, à savoir la surface directrice mobile 6 en forme d'arc et la surface directrice fixe 7 dont les courbures sont réalisées identiques ou analogues, forment ensemble une tuyère plate à peu près symétrique de section transversale variable. Pour permettre l'actionnement ou le pivotement du clapet 2, la surface d'étanchéité 4 courbée en arc de cercle est réalisée sous la forme d'un segment de roue à vis 8 dont la denture hélicoidale engrène dans la denture d'une vis sans fin 9 montée sur un arbre d'entraînement 10 dont l'étanchéité vis-à-vis de l'extérieur est assurée par des presse-étoupe 11. Sur la figure 4, deux clapets identiques 12a et 12b en forme de disques disposés de façon symétrique ou énantiomorphe l'un par rapport à l'autre, et respectivement entraînés en sens contraire sont installés de chaque côté de l'axe longitudinal L du canal d'écoulement 1. L'entraînement commun des deux clapets 12a et 12b est assuré ici par le fait que sur leurs axes d'apnui 13 sont installées des roues hélicoîdales 14a et 14b qui engrènent dans les vis sans fin 19a et 19b qui sont montées sur un arbre d'entraînement 15 disposé à l'extérieur du canal d'écoulement 1 et à côté de celui-ci, les filets d'une roue hélicodale 14a ainsi que ceux de la vis sans fin correspondante 19a et les filets de l'autre roue hélicoidale 14b et ceux de la vis sans fin correspondante 19b présentent des pas de sens différent, l'un un pas à droite et l'autre un pas à gauche ou inversement. Sur les pointes, tournées du côté de l'écoule- ment G des gaz, du clapet 2 ou des clapets 12a et 12b sont prévues des rainures 16, en particulier semi-circulaire, qui, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, lorsque les pointes des deux clapets 12a et 12b se touchent correspondent entre elles et forment un canal d'écoulement fermé. Comme représenté sur la figure 4, les gaz G riches en combustibles sont produits dans une chambre de précombustion 18 à l'aide d'un propergol solide 17 et s'écoulent en quantité dosée dans une chambre de combustion 20 où ils réagissent avec l'oxygène de l'air supplémentaire affluant (non représenté). REVENDICATIONS 1. Dispositif à valve à clapet pivotant pour la commande de l'écoulement des fluides, en particulier pour le dosage des quantités de gaz riches en combustibles pénétrant dans la chambre de combustion de statoréacteurs-fusées, caractérisé par le fait qu'il comprend un clapet (2)en forme de disque qui, placé latéralement dans un élargissement(1a) d'un canal d'écoulement rectangulaire (1) et s'engageant dans celui-ci pour en commander le débit, comporte par rapport à son axe de pivotement (3) disposé transversalement au sens de l'écoulement, d'une part, une surface d'étanchéité (4) en forme d'arc de cercle qui coopère avec une contre-surface d'étanchéité fixe (5) du corps (B) de la valve et, d'autre part, une surface directrice plate (6) en forme d'arc qui est tournée du côté de l'écoulement de gaz (G) et, en liaison avec une surface directrice fixe (7) du canal d'écoulement (1) qui lui est opposéeet réalisée en forme de tuyère avec courbure identique ou analogue à la surface directrice (6) du clapet (2), forme une tuyère plate de section transversale variable. 2. Dispositif à valve selon la revendication 1, caractérisé-par le fait que pour permettre l'actionnement ou le pivotement du clapet (2) en forme de disque de la valve, sa surface d'étanchéité (4) courbée en arc de cercle est réalisée sous la forme d'un segmet de roue à vis (8) dont la denture hélicoldale engrène dans la denture d'une vis sans ìn (9) montée-sur un arbre d'entraînement (10). 3. Dispositif à valve selon la revendication 1, caractérisé par le fait que par rapport à l'axe longitudinal (L) du canal d'écoulement (1), il est prévu deux clapets identiques (12a et 12b) en forme de disques qui sont disposés de façon symétrique ou énantiomorphe l'un par rapport à l'autre et entraînés en sens contraire. 4. Dispositif à valve selon la revendication caractérisé par le fait que les axes d'appui (3) des clapets (12a et 12b) en forme de disques sont montées des roues hélicoldales (14a et 14b) qui engrènent dans les vis sans fin (19a et 19b) qui sont montées sur un arbre d'entraînement (15) disposé à l'extèrieur du canal d'écoulement (1) et à côté de celui-ci, les filets d'une roue hélicoîdale (14a) ainsi que ceux de la vis sans fin correspondante (19a) et les filets de l'autre roue hélicoîdale (14b) et ceux de la vis sans fin correspondante (19b) présentant des pas de sens différent, l'un un pas à droite et l'autre un pas à gauche ou inversement. 5. Dispositif à valve selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que sur la pointe, tournée du côté de l'écoulement de gaz (G), du clapet (2) en forme de disque est pratiquée une rainure (16), en particulier semi-circulaire, et dans le cas de deux clapets (12a et 12b), des rainures se correspondant mutuellement.