Brevet FR2616195A1 — publié le 19881209

Cette invention a trait à un appareil de contrôle d'écoulements fluides. Il existe de nombreux cas dans lesquels des valves sont utilisées pour contrôler le débit d'un fluide. Par exemple, le fluide en question peut être un carburant et son débit le facteur déterminant pour fixer la puissance d'une machine puisant son énergie dans ce carburant. Un contrôle précis et sûr du débit de carburant à l'aide de la valve revêt souvent une importance critique pour la mise en oeuvre de la machine. Ainsi au cas o la valve en question ne fonctionnerait pas correctement ou tomberait totalement en panne, les conséquences pourraient être sérieuses. Ainsi, par exemple, si la machine en question était un moteur à turbine à gaz, un contrôle non digne de foi du débit de carburant parvenant au moteur pourrait entraîner le dommage du moteur par excès de vitesse. Un but de la présente invention est de fournir un appareil de contrôle d'écoulements fluides qui évite réellement les problèmes de sûreté et de précision associés aux valves individuelles. Conformément à la présente invention, un appareil de contrôle d'écoulements fluides comprend un élément de contrôle d'écoulements fluides ayant une rangée de valves prévues pour coopérer entre elles suivant un schéma en parallèle, chacune desdites valves pouvant être actionnée individuellement entre une position complètement ouverte et une position complètement fermée, et des moyens de contrôle propres à assurer l'ouverture et la fermeture desdites valves suivant le débit qui est souhaité à travers l'élément de contrôle d'écoulements fluides, au moins quelques unes desdites valves étant en temps normal redondantes mais pouvant être actionnées sélectivement par ledit élément de contrôle au cas o l'une quelconque des autres valves actionnables tomberait en panne dans ledit élément de contrôle d'écoulements fluides. L'invention va à présent être décrite, au moyen d'un exemple, en faisant référence aux dessins Joints dans lesquels: - la figure i est une coupe d'une vue de côté d'une valve dans un élément de contrôle d'écoulements fluides conformément à la présente invention, - la figure 2 est une vue en plan d'une plaque d'orifices utilisée avec l'élément de contrôle d'écoulements fluides conformément à la présente invention, - la figure 3 est un diagramme schématique d'un système de contrôle de carburant pour moteur à turbine à gaz, système qui utilise un appareil de contrôle d'écoulements fluides conformément à la présente invention. Lorsque référence est faite à la figure 1, une valve portant dans son ensemble le numéro 10 comprend un élément support 1 1 auquel est liée une face 12 d'un cristal piézo-électrique 13. Une plaque 14 est disposée par rapport à l'élément support i1 à une certaine distance "a" qui est égale à l'épaisseur d'un cristal piézo-éléctrique 13 lorsqu'il se trouve en conditions d'absence de contrainte (comme cela est indiqué en lignes pointillées). La plaque 14 a un orifice 15 qui est obstrué par une face plane 16 du cristal piézo-électrique 13 opposée à sa face 12. Toutefois si une différence de potentiel est appliquée au cristal piézo-électrique 13 lia les conducteurs 17 et 18, le cristal 13 est soumis à des contraintes et se déforme élastiquement pour admettre la forme montrée en lignes continues sur la figure 1 avec l'épaisseur b, de sorte que l'orifice 15 est dégagé. C'est ainsi qu' il apparaît que la valve 10 peut être ouverte ou fermée selon qu'une différence de potentiel est appliquée au travers du cristal piézo-électrique 13. 261619' Une autre caractéristique de la valve 10 est que l'espace entre le cristal piézo-électrique et l'orifice 15 dépend de l'amplitude de la différence de potentiel appliquée au cristal 13 par rapport à la différence de potentiel qui entraîne la totale saturation du cristal 13 et en conséquence sa complète déformation. Cela étant, l'application au cristal plèzo-électrique 13 de différences de potentiel variables entraîne des distances entre la face 16 du cristal 13 et l'orifice 15 variant en correspondance. La valve 10 est utilisée en combinaison avec un certain nombre de valves semblables. Ainsi l'orifice 15 est l'un des nombreux orifices semblables de la plaque 14 comme cela peut être vu sur la figure 2, chacun d'eux étant associé à un cristal 13 correspondant. En fonctionnement, la plaque 14 est interposée entre une source de carburant liquide sous pression et un moteur à turbine à gaz (non représenté) qui est capable de puiser son énergie dans ce carburant. Ainsi, lorsque tous les cristaux piézo-électriques 13 ne sont pas soumis à des contraintes, c'est-à-dire lorsqu'aucune différence de potentiel ne leur est appliquée, les orifices 15 sont obstrués et, par conséquent, il n'y a pas d'écoulement de carburant dans le moteur à turbine à gaz. Toutefois, si une différence de potentiel est appliquée à travers certains ou tous les cristaux piézo-électriques 13, alors soit un écoulement partiel soit un écoulement total de carburant,.selon ce qui est approprié, est fourni au moteur à turbine à gaz. C'est pourquoi il sera vu qu'un appareil de contrôle d'écoulements fluides comprenant plusieurs valves 10 constitue un moyen adapté au contrôle-de la quantité de carburant délivrée au moteur à turbine à gaz. S'il est souhaité de mieux contrôler la quantité de carburant délivrée au moteur que cela ne peut être réalisé au moyen d'un appareil de contrôle d'écoulements fluides comprenant des valves 10 actionnées de façon à être soit totalement ouvertes, soit totalement fermées, alors des différences de potentiel variables pourraient être appliquées aux cristaux 13 afin de modifier les distances entre les cristaux 13 et les orifices 15. Une telle variation des distances entre les cristaux 13 et les orifices 15 contrôle le débit de carburant à travers les orifices 15 et facilite ainsi un meilleur contrôle du débit total du carburant à travers les orifices 15. Les valves 10 sont contrôlées électroniquement par un microprocesseur convenable de façon à assurer un temps de réponse suffisamment rapide. Un tel système de contrôle 19 est montré schématiquement sur la figure 3. Le système de contrôle 19 comprend une puce de contrôle 20 de microprocesseur qui réagit à un signal d'entrée provenant d'un dispositif de détection 21. Le dispositif de détection 21 est prévu pour fournir un signal de sortie qui est représentatif de la charge entraînée par, dans cet exemple, un moteur à turbine à gaz. la puce de contrôle 20, lorsqu'elle connaît l'amplitude de la charge du moteur, calcule le nombre de valves 10 au sein d'une matrice 22 de valves 10 qui doivent être ouvertes afin d'assurer l'écoulement de carburant nécessaire au moteur à turbine à gaz. Si un changement de charge a lieu, cela est détecté par le dispositif de détection 21 et un signal approprié est envoyé à la puce de contrôle qui alors calcule à son tour le nombre de valves 10 qui doivent être ouvertes ou fermées afin de produire un changement d'écoulement du carburant qui maintiendra le moteur à turbine à gaz dans une position de référence connue, par exemple avec une vitesse de rotation constante. Une matrice 22 de valves 10 serait responsable d'un mauvais écoulement de carburant si, par exemple, certaines valves 10 étaient bloquées ou cessaient d'une autre manière de fonctionner correctement. Afin de pallier une telle éventualité, certaines valves 10 dans la matrice 22 sont en temps normal redondantes, c'est-à-dire sont maintenues dans la position fermée. La puce de contrôle 20 est adaptée pour, à son tour, interroger régulièrement chacune des valves 10 dans la 26 1 6 1 95 matrice 22 afin de déterminer laquelle ne fonctionne pas. Dans la mesure o une valve 10 ne fonctionnant pas a été découverte, la puce de contrôle 20 enregistre son emplacement et s'assure qu'aucune autre tentative ne sera faite pour la faire marcher. Une valve 10 de remplacement prise dans le groupe des valves redondantes 10 est ensuite mise en marche. La puce de contrôle 20 retient la liste de toutes les valves 10 ne fonctionnant pas de sorte que lorsque toutes les valves redondantes ont été mises en service, une indication convenable est donnée que la maintenance de la matrice 22 de valves est nécessaire. Les orifices 15 n'ont pas nécessairement besoin d'être tous de la même taille de sorte qu'il est possible de réduire le nombre total de valves 10 dans une matrice 22. Toutefois, dans de telles conditions, des multiples de la taille de chaque valve 10 sont nécessaires, de façon que des valves 10 redondantes puissent être mises en service en cas de pannes des valves 10. Bien que la présente invention ait été décrite en faisant référence aux valves de type piézo-électrique, on se rendra compte qu'elle est également applicable à d'autres types de valves. 2 6 1 6 1 9 5 REVENDICATIONS 1. Un appareil de contrôle d'écoulements fluides comprenant un élément de contrôle d'écoulements fluides ayant une rangée de valves prévues pour coopérer entre elles selon un schéma en parallèle, chacune desdites valves pouvant être actionnée individuellement entre une position complètement ouverte et une position complètement fermée, et des moyens de contrôle prévus pour ouvrir et fermer lesdites valves conformément à l'écoulement fluide souhaité au travers dudit élément de contrôle d'écoulements fluides, caractérisé en ce qu'au moins quelques unes desdites valves (10) sont en temps normal redondantes, mais peuvent être actionnées sélectivement par ledit élément de contrôle (19) au cas o l'une quelconque des autres valves (10) actionnables au sein dudit appareil de contrôle d'écoulements fluides tomberait en panne. 2. Un appareil de contrôle d' écoulements fluides tel que revendiqué dans la revendication 1 caractérisé en ce que ledit élément de contrôle (19) est prévu pour interroger régulièrement chacune desdltes valves ( 10) de façon à déterminer si elle fonctionne correctement et, au cas o une valve (10) ne parviendrait plus à fonctionner correctement, ne fait plus d'autre tentative pour actionner cette valve (10). 3. Un appareil de contrôle d'écoulement fluide tel que revendiqué dans la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites valves ( 10) comprend un élément (14) ayant un orifice (15) permettant le passage d'un fluide, un cristal piézo-électrique (13), et des moyens ( 17, 18) permettant de fournir une différence de potentiel à travers ledit cristal (13) conformément à la sortie desdits moyens de contrôle (19) afin de faciliter la déformation dudit cristal, ledit cristal piézo-électrique (13) étant disposé par rapport audit orifice (15) de 2 6 1 6 1 9 5 telle sorte qu'il obstrue ou dégage sélectivement ledit orifice (15) selon ladite déformation. 4 Un appareil de contrôle d'écoulements fluides tel que revendiqué dans la revendication 3 caractérisé en ce que ledit cristal piézo- électrique (13) obstrue ledit orifice (15) lorsqu'il n'est pas déformé et se déforme sous l'influence d'une différence de potentiel appliquée de part en part pour dégager ledit orifice (15). 5. Un appareil de contrôle d'écoulements fluides tel que revendiqué dans la revendication 3 ou la revendication 4 caractérisé en ce que ladite différence de potentiel appliquée à travers ledit cristal plézo- électrique (13) est variable de sorte que le degré de déformation dudit cristal piézo-électrique (15) qu'elle entraîne est variable en correspondance. 6. Un appareil de contrôle d'écoulements fluides tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que ladite valve (10) permet le passage d'un liquide au travers d'elle. 7. Un appareil de contrôle d'écoulements fluides tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce que ledit élément (14) ayant un orifice (15) admet la forme d'une plaque. 8. Un appareil de contrôle d'écoulements fluides tel que revendiqué dans la revendication 7, caractérisé en ce que ledit cristal piézo- électrique (13) est monté sur un élément support (12) qui supporte l'élément (12) à une certaine distance dudit élément (14) en forme de plaque. 9. Un appareil de contrôle d'écoulements fluides tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit appareil comprend une partie du système de contrôle de carburant pour un moteur à turbine à gaz.