Brevet FR2591661A1 — publié le 19870619

I>+ 2591661 La présente invention concerne d'une manière géné- rale les vannes et plus particulibrement des vannes doseu- ses de carburant pour des moteurs à turbine à gaz. Les moteurs à turbine à gaz tels que ceux utilisés pour la propulsion des aéronefs, utilisent couramment des vannes doseuses afin de doser avec précision les écoulements du carburant en direction du moteur, afin d'obtenir les performances désirées de celui-ci. De telles vannes doseuses ont été, dans-le passé, servocommandées. Autrement dit ces vannes ont été réglables au moyen de la pression d'un servo- fluide s'exerçant sur elle. Dans la plupart des cas le ser- vofluide est constitué par le carburant du moteur lui même. Par conséquent on conçoit qu'une pompe à carburant associée doit avoir une capacité suffisante non seulement pour four- nir une quantité suffisante de carburant au brûleur du mo- teur mais encore pour mettre suffisamment sous pression le carburant pour lui permettre d'assurer la servocommande de la vanne doseuse. Une telle capacité de la pompe peut se traduire par des pompes à carburant pour moteurs à turbine à gaz qui sont exagérément importantes et qui produisent des quantités inacceptables de chaleur. Dans une tentative pour réduire la dimension des pompes et la chaleur produite par celles-ci on a proposé d'utiliser des moteurs électromécaniques, à la place de servocontroleurs hydrauliques, afin de commander le réglage des vannes doseuses de carburant. Bien que de tels moteurs soient virtuellement plus légers et plus efficaces du point de vue thermique que leurs contreparties hydrauli- ques, leur utilité peut être limité par leur puissance de sortie. Comme les spécialistes de la technique le compren- dront, une vanne doseuse de carburant pour un moteur à tur- bine à gaz doit être capable de fracturer les corps conta- minants solides du carburant qui sont piégés dans cette vanne, lorsque celle-ci se ferme, afin de réduire au minimun le risque de défaut d'alimentation du moteur en carburant, par suite de l'obstruction, par des matières étrangères, des passages traversés par le carburant dans la vanne. Par con- séquent, pour réduire au minimun les dimensions exigées et l'inefficacité thermique de dispositifs de commande élec- tromécanique d'une vanne doseuse. il est fortement désira- ble de pouvoir disposer d'une vanne doseuse de carburant ayant un pouvoir accru de broyage des matières étrangères piégées dans la vanne. Par conséquent un but de la présente invention est de fournir une vanne doseuse améliorée commandée électro- mécaniquement, laquelle a une possibilité accrue de broyage des corps contaminants solides piégés dans la vanne. Suivant l'invention les corps contaminants piégés dans une vanne doseuse de carburant rotative sont balayés radialement vers l'intérieur par suite de la fermeture de la vanne si bien que le couple de sortie d'un actionneu.r élec- tromécanique rotatif de la vanne peut être utilisé le plus efficacement possible pour casser les corps contaminants et pour permettre à l'écoulement du carburant à travers la vanne d'évacuer de celle-ci les corps contaminants. Suivant un autre aspect de la présente invention la vanne comprend un corps de vanne fixe et-un élément de dosa- ge rotatif monté dans ce corps et entraîné par un actionneur électromécanique. et elle comporte des butées mécaniques qui limitent le mouvement de l'élément de dosage de la vanne par rapport au corps de la vanne, ces butées étant disposées à proximité l'une de l'autre afin de faciliter l'accession à ces butées à des fins de réglage de celles-ci, lorsque la vanne doseuse est montée dans une commande de carburant pour un moteur à turbine à gaz. Suivant un autre aspect de la présente invention, le corps de la vanne est pourvu d'une lumière permettant l'écoulement du carburant à travers elle, cette lumière étant située à proximité de l'axe de rotation de l'élément de dosage afin de réduire au mininum le couple de sortie de l'actionneur qui est exigé pour surmonter des forces s'exerçant sur la vanne par suite d'une chute de pression à travers elle. Suivant un autre aspect de la présente invention, le corps de la vanne et l'élément de dosage sont en contact l'un avec l'autre à l'endroit de surface contiguës rainurées de ceux-ci, le carburant d'asservissement reçu dans les rainures tendant à égaliser les pressions du carburant en travers de la vanne afin de réduire la résistance de frot- tement au mouvement de la vanne qui est due à la chute de pression à travers celle-ci. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en perspective éclatée de la vanne doseuse suivant l'invention. La figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de la vanne doseuse suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe faite suivant la ligne 3-3 de la figure 2. La figure 4 est une vue en plan de la surface supé- rieure (telle qu'illustrée sur la figure 2) du corps de la vanne doseuse. La figure 5 est une vue en plan de la surface infé- rieure (telle qu'illustrée sur la figure 2), de l'élément de dosage rotatif de la vanne doseuse. Si on se référe au dessin et plus particulièrement aux figures 1 et 2, on peut voir que la vanne doseuse sui- vant l'invention, indiquée d'une manière générale par la référence 10, est logée dans un boîtier 15 tel que celui qui est prévu pour n'importe quelle commande de carburant pour moteurs à turbine à gaz, telle que celles fabriquées par la Division Hamilton Standard de la société United Technologies Corporation. Le boîtier 15 est pourvu d'une chambre 20 pré- sentant un alésage axial 25 débouchant dans son fond, cet alésage 25 étant rainuré pour recevoir des joints d'étan- chéité annulaires 30 et pour constituer une chambre annu- laire 35 à travers laquelle le carburant drainé à travers la vanne 10 est dirigé vers un conduit de drainage radial 40. Un conduit de décharge axial 45 débouche dans le fond de l'alésage 25, afin de canaliser le carburant dosé sortant de la vanne 10. Le carburant est reçu dans la chambre 20 à travers des orifices 47 prévu dans celle-ci. La vanne doseuse par elle-même comprend un corps de vanne cylindrique 50 logé dans l'alésage 25 et fixé au boî- tier par l'intermédiaire de vis 55 visées dans des trous 57, et un élément de dosage 60 monté à rotation sur le corps 50. Ainsi qu'il sera expliqué d'une manière plus détaillée plus loin, l'élément de dosage 60 et le corps de vanne 50 compor- tent chacun une lumière, ces lumières définissant ensemble un passage pour le carburant à travers la vanne. La concor- dance mutuelle de ces lumières est commandée par l'ajuste- ment de la position relative en rotation de l'élément de dosage par rapport au corps de vanne, afin de commander le débit à travers la vanne. Un ressort 65 est logé dans l'élément de dosage 60, afin d'appliquer une pression sur celui-ci, pour accroître l'assise de l'élément de dosage sur le corps de vanne et réduire ainsi la fuite entre ceux-ci. Un organe d'entraîne- ment rotatif 70 est entraîné en rotation par un actionneur électromécanique (moteur) 75 qui est boulonné sur le boîtier au moyen de boulons 80 (figure 2), et il établit une liaison mécanique entre le moteur et l'élément de dosage 60, si bien qu'une excitation sélective du moteur provoque l'a- justement de la position de l'élément de dosage. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, le corps de la vanne 50 comprend une portion de base cylindri- que creuse 85 qui est alésée et contre-alésée respectivement et 92, afin de recevoir une cheville verticale 95. Cette cheville 95 est fixée à la portion de base 85 par emboîte- ment à force dans celle-ci, brasage ou procédé similaire. La portion de base 85 est percée obliquement d'un trou 100, ce trou percé 100 établissant une communication entre le chambrage 92 et le passage annulaire 35, si bien que la fuite du carburant entre l'élément de dosage et le corps de vanne est canalisée à travers le chambrage 92, le trou foré , le passage annulaire 35 et le trou radial 40, en direc- tion d'un réservoir de carburant approprié (non représenté). Le corps de vanne est maintenu en position, dans l'alésage , en étant en appui sur le fond de la chambre 20 au moyen d'une bride 105 qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de l'extrémité supérieure de la partie 85 du corps. La bride 105 comporte une patte fendue 110 à travers laquel- le s'étend une vis 55, afin de fixer positivement le corps de vanne sur le fond de la chambre 20. Un premier bras d'ar- rêt 115 qui s'étend axialement et radialement vers l'exté- rieur è partir du corps de vanne porte une première butée comprenant un collier taraudé 125 et une vis 130 vissée dans le collier de manière à rendre la butée réglable. Ainsi qu'il est représenté, le bras 115 porte également un doigt 135 s'étendant axialement.vers l'intérieur à partir de la partie supérieure du bras 115. Ainsi qu'il sera décrit d'une manière plus détaillée ci-après, le doigt 135 fonctionne en tant que arrêt pour une seconde butée, les premibre et seconde butées servant à limiter la rotation de l'élément de dosage 60 de la vanne par rapport au corps de vanne 50. Le collier 125 et le doigt 135 peuvent faire partie intégrante du bras 115 qui lui-même peut faire partie intégrante, con- jointement avec la bride 105 et la patte 110, de la partie cylindrique 85 du corps de vanne et ce par moulage ou tout autre procédé similaire. Si on se réfère à la figure 4, on peut voir que le corps 50 est pourvu d'une surface supérieure usinée lisse, dans laquelle est percée une lumière quadrangulaire 145 dans une partie interne de cette surface, considérée dans le sens radial. La lumière 145 établit une communication entre l'é- lément de dosage 60 de la vanne et l'intérieur du corps de vanne. La surface 140 présente également des rainures radia- les 15n, ces rainures étant disposées des deux côtés opposés de la lumière 145 et s'étendant entre des parties internes de la surface 140 et le bord externe de celle-ci. L'élément de dosage 60 de la vanne comprend une embase circulaire 155., s'étendant radialement vers l'exté- rieure, une partie 160 s'étendant axialement et verticale- ment vers le haut, laquelle est pourvue d'un évidement 165 à son extrémité supérieure, et un bras de manoeuvre 75 s'éten- dant radialement vers l'extérieur, lequel présente une fente radiale 177. Le bras 175, l'embase 150 et la partie verti- cale 160 peuvent former une seule pièce, par moulage ou un procédé similaire. Comme on peut mieux le voir sur la figure , l'embase 155 de l'élément de dosage de la vanne est percée en 180 pour recevoir à coulissement la cheville 95, cheville sur laquelle l'élément de dosage pivote lorsqu'il est tourné par rapport au corps 50, afin de faire varier la section de passage de l'écouleme6t à travers la vanne. La face inférieure de l'embase 155 est usinée de manière à présenter une surface plane et lisse 195 qui est adjacente à la surface supérieure 140 du corps de vanne 50. Une lumière 200, en forme de croissant et tronquée, est prévue à tra- vers l'embase 155 et également, dans une partie interne, dans le sens radial, de la lumière, à travers la partie axiale et verticale 160. La lumière 200, de même que la lumière 145, est située en un emplacement interne, dans le sens radial, dans la vanne. La surface 195 présente une rainure radiale 205 s'étendant vers l'extérieur à partir du trou 180 et elle présente également une autre rainure 210 s'étendant dans la direction circonférentielle en partant de l'extrémité tronquée de la lumière 200.. Le ressort hélicoïdal 65 prend appui sur.une rondel- le 220, en étant maintenu entre l'élément de dosage 60 et l'organe d'entraînement 70, et il applique une force d'étan- chement de compression entre l'élément de dosage et le corps de vanne, afin de réduire les fuites entre eux. L'organe d'entraînement 70 comporte une partie mé- diane 225 percée axialement pour pouvoir être fixée à l'ar- bre de sortie rotatif 230 de l'actionneur électromagnétique , la liaison étant assurée par exemple au moyen d'une goupille. L'organe d'entraînement 70 comporte un bras d'en- trainement 232 s'étendant radialement vers l'extérieur et qui porte à son extrémité un cliquet d'entraînement 235. Ce cliquet d'entraînement 235 comporte un doigt 240 qui est logé dans la fente radiale 177 ménagée dans le bras de ma- noeuvre 175. On peut voir ainsi que la rotation de l'arbre de sortie 230, par suite de l'excitation du moteur 75, pro- voque une rotation du doigt 240 et par conséquent une rota- tion de l'élément de dosage 60 de la vanne, une excentricité éventuelle entre l'organe d'entraînement et l'élément de dosage de la vanne étant encaissée par le mouvement radial du doigt 240 dans la fente 177. Une telle rotation permet d'ajuster le degré de concordance mutuelle des lumières 145 et 200, afin de faire varier la section de passage effective de l'écoulement dans la vanne. Sur l'organe d'entraînement 70 est également prévue une seconde butée comprenant un bras 245 s'étendant radiale- ment vers l'extérieur et axialement vers le bas, ce bras portant à son extrémité un collier taraudé 250 dans lequel est logé une vis 255. Un premier doigt de butée 260 s'étend également radialement vers l'extérieur à partir de la partie médiane 225. Comme on peut mieux le voir sur la figure 2, la vis 255 est alignée à la fois axialement et radialement avec le doigt 135. De la même façon le doigt 260 est aligné axia- lement et radialement avec la vis 130 maintenue par la butée sur le corps de vanne 50. Par conséquent on peut voir qu'un mouvement complet dans le sens des aiguilles d'une montre (ainsi qu'il est illustré sur la figure 1) de l'or- gane d'entraînement 70 et de l'élément de dosage 60 de la vanne amène la vis d'arrêt 255 en contact avec le doigt 135, afin de limiter ce mouvement à une amplitude sélectionnée. De même un mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (ainsi qu'il apparaît sur la figure 1) de l'or- gane d'entraînement 70 et de l'élément de dosage 60 de la vanne amène le doigt 260 en contact avec la vis d'arrêt 130, afin de limiter un tel mouvement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de l'élément de dosage. L'amplitude de ce mouvement peut être réglée aisément en ajustant les vis d'arrêt dans leurs colliers respectifs. Ainsi qu'il a été exposé précédemment, pendant le fonctionnement normal de moteurs à turbine à gaz, tels que ceux qui assurent la propulsion d'aéronefs, de missiles et d'appareils similaires, il est de pratique courante de donner à la vanne doseuse dans la commande du carburant du moteur la possibilité de casser ou broyer les corps contami- nants qui se trouvent dans les conduits de la vanne doseuse traversés par le fluide. Suivant l'invention et comme on peut mieux le voir sur la figure 3, la portion marginale externe de la lumière de l'élément de dosage présente un rayon décroissant d'une manière continue par rapport à l'axe de rotation de la vanne, afin de fermer progressivement le passage de l'écoulement à travers la vanne qui est défini par les deux lumières et ce dans une direction dirigée ra- dialement vers l'intérieur tandis que l'élément de dosage est tourné dans la direction de la flèche 265. Ceci force les corps contaminants piégés entre les deux lumières à être sollicités radialement vers l'intérieur par rapport à la vanne en permettant ainsi au couple de sortie disponible de l'actionneur électromécanique 75 d'être utilisé de la manière la plus efficace possible pour le broyage de tels corps contaminants, par suite du cisaillement de ceux-ci entre les bords des lumières de l'élément de dosage et du corps de vanne. Les spécialistes de la technique comprendront égale- ment que d'autres aspects différents de la vanne doseuse suivant l'invention distinguent additionnellement cette vanne des vannes connues antérieurement. Le bras de manoeu- vre, s'étendant radialement vers l'extérieur, de l'élément de dosage rend maximal le couple disponible à partir de l'actionneur électromagnétique, pour assurer le broyage des corps contaminants. La fente radiale prévue dans le bras de manoeuvre permet s'accomoder aisément des excentricités radiales entre l'organe d'entraînement, l'actionneur et l'élément de dosage. La proximité relative, à la fois dans le sens axial et dans le sens radial, des butées l'une par rapport à l'autre permet un réglage aisé de celles-ci à partir d'une ouverture d'accès unique, depuis la commande de carburant dans laquelle est utilisée la vanne doseuse. La structure en porte-à-faux du bras 115 donne à la vanne la capacité d'absorber l'énergie d'impact lorsque les doigts et les vis d'arrêt viennent en contact les uns avec les autres. La disposition interne, dans le sens radial, des lumières prévues dans l'élément de dosage et dans le corps de vanne réduit au minimun la résistance au réglage de la vanne qui est due aux forces du fluide s'exerçant sur la vanne et qui résultent de la chute de pression à travers les lumières. De la même façon les rainures prév.ues dans les surfaces contiguës du corps de vanne et de l'élément de dosage, re- çoi.vent du carburant à la pression d'alimentation afin dtac- croître l'égalisation de la pression entre l'extérieur de la vanne doseuse et l'intérieur de celle-ci, ce qui permet de réduire ainsi au minimun le couple d'actionnement exigé pour surmonter la résistance créée par les forces axiales dues à la pression du fluide. Bien que la vanne doseuse suivant l'invention ait été décrite à propos de la commande du carburant pour un moteur à turbine à gaz, on comprendra que cette vanne con- vient tout à fait pour diverses autres applications. En outre bien que des formes particulières de lumières aient été illustrées, on comprendra que la forme exacte des lumiè- res est dictée par les caractéristiques d'écoulement du fluide qui sont exigées de la vanne. Par conséquent on com- prendra que des lumières ayant d'autres formes variées qui sont déterminées par les caractéristiques d'écoulement de la vanne, basée sur divers réglages de celle-ci, peuvent être employées sans sortir du cadre de la présente invention. De même diverses autres modifications peuvent être apportées à la structure de la vanne décrite sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Vanne doseuse comprenant un corps de vanne (50) et un élément de dosage (60) disposé sur ce corps et pou- vant tourner par rapport au corps autour d'un axe de rota- tion, le corps de vanne (50) et l'élément de dosage (60) étant pourvus de lumières (145,200) percées à travers eux, ces lumières (145,200) définissant ensemble, au moins en partie, un passage d'écoulement d'un fluide à travers la vanne et pouvant être mis sélectivement en concordance par ajustement de la position relative en rotation de l'élément de dosage (60) par rapport au corps de la vanne (50), ca- ractérisé en ce que l'une des lumières comporte un bord externe courbe dont le rayon varie continuellement par rap- port à l'axe de rotation, afin de fermer progressivement le passage de l'écoulement dans une direction dirigée vers l'intérieur dans le sens radial, par suite de la rotation de l'élément de dosage (60), tandis que des agents contaminants solides présents dans le passage sont sollicités radialement vers l'intérieur, pour accroître leur broyage par action de cisaillement entre les bords des lumières (200,145) de l'élément de dosage (60) et du corps de vanne (50). 2.- Vanne doseuse suivant la revendication 1 ca- ractérisée en ce que le bord externe courbe à rayon variant progressivement est prévu dans la lumière (200) de l'élé- ment de dosage (60). 3.- Vanne doseuse suivant la revendication 1 ca- ractérisée en ce qu'elle comporte un organe de sortie rota- tif (230) entraîné en rotation par un moteur (75), la vanne doseuse comporte un organe d'entraînement (70) fixé à l'or- gane de sortie (230) et pouvant tourner avec celui-ci et l'élément de dosage (60) comporte un bras de manoeuvre (175) s'étendant radialement vers l'extérieur et qui est entraîné par l'organe d'entraînement (70) afin d'augmenter le couple exercé sur les agents contaminants dans le but d'assurer leur broyage par le moteur (75). 4.- Vanne doseuse suivant la revendication 4 ca- ractérisée en ce que le bras de manoeuvre (175) comporte une fente radiale ménagée dans ce bras, l'organe d'entraînement il (70) comprend un bras d'entraînement (232) s'étendant radia- lement vers l'extérieur et portant un cliquet d'entraînement (235) h son extrémité, ce cliquet d'entraînement (235) ve- nant se loger dans la fente (177) et se déplaçant par rap- port à cette fente pour encaisser des excentricités radiales entre l'organe d'entraînement (70), le moteur (75) et l'élé- ment de dosage (60). 5.- Vanne doseuse suivant la revendication 3 ca- ractérisée en ce qu'elle comprend une première butée (120) fixée au corps de vanne (50) et avec laquelle peut venir en contact un premier doigt d'arrêt (260) s'étendant radiale- ment vers l'extérieur à partir de l'organe d'entraînement (70), afin de limiter la rotation de celui-ci ainsi que de l'élément de dosage (60) dans une première direction cir- conférentielle. 6.- Vanne doseuse suivant la revendication 5 ca- ractérisée en ce que la première butée (120) est fixée à un premier bras d'arrêt (115) s'étendant axialement et radia- lement vers l'extérieur à partir du corps de vanne (50). 7.- Vanne doseuse suivant la revendication 5 ca- ractérisée en ce qu'elle comporte un second doigt d'arrêt (135) fixé à la première butée (120) et adjacent è celle-ci, ce second doigt d'arrêt (135) pouvant être rencontré par une seconde butée (250) prévue sur l'organe d'entraînement (70) afin de limiter la rotation de l'élément de dosage (60) dans une seconde direction circonférentielle, opposée à la première direction circonférentielle. 8.- Vanne doseuse suivant la revendication 7 ca- ractérisée en ce que les première et seconde butées (120,250) sont réglables, le montage du second doigt d'ar- rêt (135) adjacent à la première butée (120) faisant en sorte que la seconde butée (250) se trouve être adjacente à- la première butée (120) lorsqu'elle vient en contact avec le second doigt d'arrêt (135), en permettant avoir ainsi un accès simultané commode aux. première et seconde butées (120,250), en vue du réglage de celles-ci. 9.- Vanne doseuse suivant la revendication 1 ca- raetérisée en ce qu'elle est adaptée de manière à être dis- posée dans une masse d'un fluide à une pression d'alimenta- tion, l'élément de dosage (60) et le corps de vanne (50) étant en contact l'un contre l'autre à l'endroit de surfaces contiguës (140,195) de ceux-ci, l'une au moins de ces surfa- ces contiguës (140,195) comportant une partie rainurée rece- vant du fluide à la pression d'alimentation, cette réception du fluide augmentant l'égalisation de la pression entre l'extérieur de la vanne doseuse et l'intérieur de celle- ci, entre les surfaces contiguës (140,195), afin de rédui- re au minimum le couple d'actionnement exigé du moteur (75) pour faire tourner l'élément de dosage (60). 10.- Vanne doseuse suivant la revendication 9 ca- ractérisée en ce que la partie rainurée (150) est formée dans la surface (140) du corps de vanne (50), des deux côtés opposés de la lumière (145) ménagée dans cette surfa- ce. 11.- Vanne doseuse suivant la revendication 10 caractérisée en ce que la partie rainurée ménagée dans le corps de vanne (50) comporte une paire de rainures rectili- gnes (150) orientées d'une manière générale dans le sens radial. 12.- Vanne doseuse suivant la revendication 9 ca- ractérisée en ce que la partie rainurée est formée dans l'élément de dosage (60) et elle comprend une rainure (210) s'étendant à partir de la lumière (200) de l'élément de dosage (60), dans une direction généralement circonféren- tielle. 13.- Vanne doseuse suivant la revendication 1 ca- ractérisée en ce que le corps de vanne (50) comporte--un passage de drainage (35,40) à l'intérieur, et l'élément de dosage (60) comprend à l'intérieur un passage communiquant avec la lumière (200) du corps de vanne (50) et le passage de drainage, lorsque la vanne doseuse est fermée. 14.- Vanne doseuse suivant la revendication 3 ca- ractérisée en ce qu'elle comprend un ressort (65) retenu entre l'organe d'entraînement (70) et l'élément de dosage (60), ce ressort appliquant une force d'étanchement de com- pression entre l'élément de dosage (60) et le corps de vanne (50). 15.- Vanne doseuse suivant la revendication 1 ca- ractérisée en ce que la lumière (145) prévue dans le corps de vanne (50) est située dans une portion interne, dans le sens radial, du corps de vanne (50), afin de réduire au minimum le couple d'entraînement appliqué à l'élément de dosage (60) qui est exigé pour surmonter les forces de réac- tions résultant de la différence de pression à travers les lumières (200, 145) de l'élément de dosage (60) et du corps de vanne (50).