Brevet FR2990492A1 — publié le 20131115

Refroidissement intégré pour servo-vanne Contexte Cette invention concerne généralement les vannes, et en particulier les servo-vannes. Les turbines à gaz comprennent typiquement des systèmes de purge destinés à purger l'air en provenance 5 du moteur. Cet air est typiquement très chaud, à 260 degrés C, 533,15 K (500 degrés F), ou plus, de sorte que les composants du système doivent être capables de résister à ces températures. Les vannes des systèmes de purge comprennent typiquement une servo-vanne qui peut 10 comprendre une électronique sensible aux températures élevées. Pour cette raison, la servo-vanne est parfois montée à distance de la vanne et des températures élevées. 15 Résumé Une structure de refroidissement pour une servovanne comprend une enveloppe destinée à renfermer au moins une portion de la servo-vanne ; et une base raccordée à l'enveloppe pour définir une chambre de 20 refroidissement entourant la servo-vanne, la base comprenant un orifice d'admission destiné à recevoir l'air de refroidissement, un canal d'écoulement raccordé à l'orifice d'admission et une pluralité de passages d'écoulement raccordant le canal d'écoulement à la 25 chambre de refroidissement pour permettre à l'air de refroidissement de s'écouler de l'orifice d'admission dans la chambre de refroidissement. La structure de refroidissement peut en outre comprendre un orifice d'évent dans l'enveloppe pour permettre à l'air de refroidissement de s'écouler hors de l'enveloppe. La structure de refroidissement peut en outre comprendre un connecteur électrique sur la base, et des fils électriques s'étendant du connecteur électrique à la servo-vanne à travers la base. La structure de refroidissement peut être intégrée 10 à la servo-vanne. La base peut être boulonnée à la servo-vanne. La base peut comprendre quatre passages d'écoulement. Le canal d'écoulement peut être arqué. 15 L'enveloppe peut couvrir un moteur-couple. L'enveloppe peut être circulaire sur le dessus avec des côtés cylindriques pour former une cavité autour d'au moins une portion de la servo-vanne. L'enveloppe peut être boulonnée à la base. 20 Un aspect supplémentaire est une vanne pour un système de purge, la vanne comprenant : un corps de vanne doté d'une voie de passage ; un disque de vanne destiné à réguler l'écoulement d'air à travers la voie de passage de vanne ; et 25 un actionneur de vanne destiné à commander le disque de vanne, dans lequel l'actionneur de vanne comprend : une servo-vanne destinée à commander la position du disque de vanne dans la voie de passage ; et une structure d'air de refroidissement pour renfermer et refroidir la servo-vanne en faisant circuler dé l'air froid au-delà de la servo-vanne. La vanne dans laquelle se trouve la structure de refroidissement peut comprendre : une enveloppe dotée d'un orifice d'évent ; et une base se raccordant à l'enveloppe, avec un orifice d'admission destiné à recevoir l'air de refroidissement, un canal d'écoulement se raccordant à 10 l'orifice d'admission et un passage d'écoulement raccordant le canal d'écoulement à l'enveloppe afin de permettre à l'air de refroidissement de s'écouler dans l'enveloppe. La structure de refroidissement peut en outre 15 comprendre un connecteur électrique sur la base afin de permettre à des fils de connexion électrique de se raccorder à la servo-vanne. L'enveloppe peut être circulaire sur le dessus avec des côtés cylindriques pour former une cavité autour de 20 la servo-vanne. L'orifice d'évent peut être situé sur le dessus de l'enveloppe. La base peut se raccorder au corps de vanne. La structure de refroidissement peut en outre 25 comprendre une pluralité de passages d'écoulement raccordant le canal d'écoulement à l'enveloppe afin de permettre à l'air de refroidissement de s'écouler dans l'enveloppe. Un procédé de refroidissement d'une portion d'une 30 servo-vanne dotée de composants électriques comprend la fourniture d'une servo-vanne dotée d'une portion avec des composants électriques ; la fourniture d'une structure de refroidissement avec une enveloppe dotée d'un orifice d'évent et d'une base, la base étant dotée d'un orifice d'admission destiné à recevoir l'air de refroidissement, un canal d'écoulement se raccordant à l'orifice d'admission et une pluralité de passages d'écoulement raccordant le canal d'écoulement à l'enveloppe pour permettre à l'air de refroidissement de s'écouler dans l'enveloppe ; le raccordement de la base à la portion de la servo-vanne dotée de composants électriques ; et le raccordement de l'enveloppe à la base pour former une cavité d'air de refroidissement autour de la portion de la servo-vanne dotée de composants électriques. Le procédé peut en outre comprendre le raccordement de l'orifice d'admission à un écoulement d'air de refroidissement de sorte que l'air de refroidissement s'écoule dans l'orifice d'admission, autour du canal d'écoulement, à travers la pluralité de passages d'écoulement, dans l'enveloppe et hors de l'orifice d'évent. Brève description des dessins La figure 1 montre une vue en perspective d'une 25 servo-vanne. La figure 2A montre une vue en perspective d'une structure de refroidissement pour une portion de la servo-vanne de la figure 1. La figure 2B montre une vue de dessous de la 30 structure de refroidissement de la figure 2A. La figure 2C montre une vue en coupe de la structure de refroidissement de la figure 2A. Description détaillée La figure 1 montre une vue en perspective d'une vanne 10 dotée d'un corps de vanne 12, d'un passage de vanne 14, d'un disque de vanne 16, d'un actionneur 18, d'une servo-vanne 20 et d'une structure de refroidissement 22 dotée d'une enveloppe 24 (avec un 10 orifice d'évent 25) et d'une base 26 (dotée de boulons 28, d'un orifice d'admission 30 et d'un connecteur électrique 32). La vanne 10 peut faire partie d'un système de purge sur une turbine à gaz. Le disque de vanne 16 repose dans le passage de 15 vanne 14 et se raccorde à l'actionneur 18. L'actionneur 18 est raccordé à et contrôlé par la servo-vanne 20. La servo-vanne 20 comprend une base 26, qui forme une partie de la structure de refroidissement 22. La structure de refroidissement 22 peut être solidaire avec 20 la servo-vanne 20. L'actionneur peut comprendre des orifices de pression (voir figure 2B), un ou plusieurs pistons et un système de couplage (non montrés) destinés à se raccorder au disque de vanne 16. La servo-vanne 20 reçoit des signaux électroniques en provenance d'une 25 unité de commande (non montrée) par l'intermédiaire de fils raccordés au connecteur électrique 32 afin de commander l'air dans les orifices de pression. La pression dans les orifices de pression amène l'actionneur à ouvrir ou fermer la vanne 10 par rotation 30 du disque de vanne 16, ouvrant ou fermant la vanne 10. La structure de refroidissement 22 comprend une enveloppe 24 qui se raccorde à la bas 26 et renferme la servo-vanne 20 afin de former une chambre de refroidissement autour de la servo-vanne 20. La 5 structure de refroidissement 22 peut être boulonnée au corps de vanne 12 grâce à des boulons 28. L'orifice d'admission 30 sur la base 26 reçoit un écoulement d'air de refroidissement. Dans un système de purge sur une turbine à gaz, cet écoulement de refroidissement peut 10 provenir du ventilateur et peut être distribué par une conduite thermique (non montrée). L'air dans les orifices de pression provient typiquement du passage de vanne 14, et lorsque le passage de vanne 14 fait partie d'un système de purge, 15 cet air peut être très chaud, par exemple, à 649 degrés C, 922,15 K (1 200 degrés F). Les composants électriques de la servo-vanne 20 ne sont typiquement pas construits pour résister à de telles températures élevées et peuvent être susceptibles de fondre ou de 20 provoquer une défaillance de la servo-vanne s'ils sont exposés. Les systèmes précédents évitaient les défaillances des composants électriques dans la servovanne en situant la servo-vanne à distance du corps de vanne et en la raccordant à l'actionneur grâce à 25 différentes lignes et composants de couplage. Dans certains systèmes précédents, les composants électriques étaient boulonnés à un carter de ventilateur, qui était éloigné de 183 cm (six pieds) ou plus de la vanne. Cela a eu pour conséquence d'ajouter des composants à la 30 vanne, ce qui en a augmenté le poids et l'espace nécessités par la vanne. Un second procédé permettant d'éviter la fonte et la défaillance des composants électriques consistait à diriger un écoulement de refroidissement vers les composants électriques. Cela s'est révélé peu rentable et souvent inefficace comme 5 moyen de refroidissement. La structure de refroidissement 22 fournit un refroidissement rentable et efficace des composants électriques de la servo-vanne qui ne nécessite pas l'espace et le poids accrus des systèmes de 10 refroidissement précédents. La structure de refroidissement 22 reçoit l'air de refroidissement 'à travers l'orifice d'admission 30, fait circuler l'air de refroidissement à proximité de la servo-vanne 20 en formant une chambre de refroidissement avec la base 26 15 et l'enveloppe 24, puis évacue cet air de refroidissement par l'orifice d'évent 25 afin de maintenir un écoulement continu. La figure 2A montre une vue en perspective d'une structure de refroidissement 22 pour une portion de la 20 vanne 10, la figure 2B montre une vue de dessous de la structure de refroidissement 22, et la figure 2C montre une vue en coupe de la structure de refroidissement 22 de la figure 2A. La structure de refroidissement 22 comprend une enveloppe 24 dotée d'un orifice d'évent 25 25 et une base 26 dotée d'un orifice d'admission 30, d'un connecteur électrique 32, d'un canal d'écoulement 34, de passages d'écoulement 36, de trous 38 pour les boulons 28, d'un orifice de _pression de commande 40, d'un orifice de pression d'alimentation 42 et d'un évent 30 d'air ambiant pour la servo-vanne 43. Le fonctionnement interne de la servo-vanne 20 n'est pas montré, et seul le logement externe est illustré dans les figures 2A à 2C. La structure de refroidissement 22 peut être constituée d'aluminium, d'acier ou d'autres matériaux 5 qui peuvent résister à des températures élevées et contenir un écoulement d'air de refroidissement. L'enveloppe 24 supérieure avec raccordant à la 10 chambre étanche peut être plate sur une portion une paroi latérale cylindrique base .26 pour former une cavité autour de la servo-vanne 20. raccordement peut comprendre le vissage se ou Le de l'enveloppe 24 sur la base 26, le boulonnage ou tout autre procédé de raccordement qui peut résister aux températures du système particulier. L'enveloppe 24 15 forme une cavité ou chambre autour de la servo-vanne 20 afin de contenir un écoulement d'air de refroidissement autour de la servo-vanne 20. L'air de refroidissement entre dans l'orifice d'admission 30, s'écoule autour du canal de refroidissement 34 et à travers les passages 20 d'écoulement 36, Dans le mode de réalisation montré, la base 26 comprend quatre passages d'écoulement 36, mais d'autres modes de réalisation peuvent comprendre plus ou moins de passages d'écoulement en fonction des exigences de refroidissement. La base 26 comprend également des 25 orifices 40, 42, 43 permettant de diriger l'écoulement vers l'actionneur 18. Le canal d'écoulement 34 est de forme arquée afin de canaliser l'écoulement d'air de refroidissement vers tous les passages d'écoulement et afin de refroidir le fond de la servo-vanne 20 (étant 30 donné que dans ce mode de réalisation, la servo-vanne 20 est contenue dans un logement cylindrique). Les passages d'écoulement 36 distribuent ensuite l'écoulement d'air de refroidissement à l'enveloppe 24 afin de refroidir les composants électriques de la servo-vanne 20. L'air de refroidissement dans travers l'orifice d'évent d'air reste continu pour la servo-vanne 20. Comme mentionné ci-dessus, la servo-vanne 20 l'enveloppe 24 est évacué a 25 de sorte que l'écoulement un refroidissement adéquat de commande la vanne 10 en régulant l'air à tèmpérature élevée distribué à travers l'orifice d'alimentation 42. La servo-vanne 20 mesure cet air en réponse a une commande électrique et module la pression de commande envoyée à travers l'orifice de commande 40. La pression dans l'orifice de commande 40 déclenche l'actionneur afin qu'il ouvre ou ferme le disque de vanne en déplaçant les pistons et/ou provoquer une rotation du passant à travers l'orifice le système de couplage pour disque de vanne 16. L'air de commande 40 et l'orifice d'alimentation 42 est typiquement prélevé du passage de vanne 14. Lorsque la vanne fait partie d'une turbine à gaz, et en particulier fait partie d'un système de purge, l'air est très chaud, jusqu'à 649 degrés C (1 200 degrés F, 922,15 K). Les composants électroniques de la servo-vanne 20 ne peuvent pas supporter des températures aussi chaudes, et sont susceptibles de fondre, de surchauffer et de provoquer une défaillance s'ils sont exposés à l'air de purge chaud. La structure de refroidissement 22 sert à protéger la servo-vanne 20 de l'exposition à des températures 30 élevées, protégeant les composants électriques sans ajouter de poids significatif ou de composants supplémentaires et sans nécessiter d'espace supplémentaire pour la vanne 10. En contenant la servovanne 20 avec l'enveloppe 24 et la base 26 pour former une petite cavité autour de la servo-vanne 20, la structure de refroidissement 22 peut fournir le refroidissement nécessaire pour protéger efficacement les parties électriques. Cela permet de placer des composants électriques directement sur ou à côté de la vanne 10, en évitant l'espace nécessaire dans les systèmes précédents qui situaient les composants électriques à distance de la vanne 10 en raison des températures élevées. Cela fournit aussi un refroidissement plus efficace que dans certains systèmes précédents car l'air de refroidissement est contenu dans une petite zone (dans le canal d'écoulement 34, les passages d'écoulement 36 et à l'intérieur de l'enveloppe 24), uniquement là où il est nécessaire de fournir un refroidissement directement sur les seules parties en ayant besoin (les composants électriques). Bien que la structure de refroidissement 22 ait été décrite comme ayant un canal de refroidissement arqué 34 avec quatre passages d'écoulement 36 dans une enveloppe 24, le canal de refroidissement 34 et les passages d'écoulement 36 peuvent être formés et/ou dimensionnés différemment selon les besoins de refroidissement. En outre, le système peut comporter davantage ou moins de passages de refroidissement. Bien que la structure de refroidissement 22 ait été décrite par rapport aux composants électriques de refroidissement d'une vanne de purge, elle peut être utilisée pour refroidir tous composants nécessaires dans d'autres vannes utilisées dans d'autres systèmes. La structure de refroidissement 22 peut également avoir différentes formes et/ou tailles en fonction des besoins de refroidissement de la vanne. Bien que l'invention ait été décrite en référence à des exemples de modes de réalisation, l'homme du métier comprendra que divers changements peuvent être effectués et que des équivalents peuvent remplacer les éléments de celle-ci sans s'éloigner de la portée de l'invention. En outre, de nombreuses modifications peuvent être réalisées pour adapter une situation ou un matériau particulier aux enseignements de l'invention sans s'éloigner de sa portée essentielle. Ainsi, il faut comprendre que l'invention n'est pas limitée au(x) mode(s) de réalisation particulier(s) divulgué(s), mais que l'invention comprendra tous les modes de réalisation relevant de la portée des revendications annexées. REVENDICATIONS1.- Structure de refroidissement (22) pour une servo-vanne (20), la structure comprenant : une enveloppe (24) destinée à renfermer au moins 5 une portion de la servo-vanne ; et une base (26) raccordée à l'enveloppe pour définir une chambre de refroidissement entourant la servo-vanne, la base comprenant un orifice d'admission (30) destiné à recevoir l'air de refroidissement, un canal 10 d'écoulement (34) se raccordant à l'orifice d'admission et une pluralité de passages d'écoulement (36) raccordant le canal d'écoulement à la chambre de refroidissement pour permettre à l'air de refroidissement de s'écouler de l'orifice d'admission à 15 la chambre de refroidissement. 2.- Structure de refroidissement selon la revendication 1, et comprenant en outre un orifice d'évent (25) dans l'enveloppe pour permettre à l'air de 20 refroidissement de s'écouler hors de l'enveloppe (24). 3.- Structure de refroidissement selon la revendication 1, et comprenant en outre un connecteur électrique (32) Sur la base (26), et des fils 25 électriques s'étendant du connecteur électrique à la servo-vanne (20) à travers la base (26). 4.- Structure de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle- la structure de refroidissement (22) est intégrée à la servo-vanne (20. 5.- Structure de refroidissement selon l'une 5 quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la base (26) est boulonnée à la servo-vanne (20). 6.- Structure de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la 10 base comprend quatre passages d'écoulement (36). 7.- Structure de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le canal d'écoulement (34) est arqué. 8.- Structure de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'enveloppe (24) couvre un moteur-couple. 9.- Structure de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'enveloppe (24) est circulaire sur le dessus avec des côtés cylindriques pour former une cavité autour d'au moins une portion de la servo-vanne (20). 10.- Structure de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle l'enveloppe (24) est boulonnée à la base (26). 11.- Vanne (10) pour un système de purge, la vanne comprenant : un corps de vanne (12) doté d'une voie de passage ; un disque de vanne (16) destiné à réguler l'écoulement d'air à travers la voie de passage de vanne ; et un actionneur de vanne (18) destiné à commander le disque de vanne (16), où l'actionneur de vanne comprend : une servo-vanne (20) destinée à commander la position du disque de vanne dans la voie de passage ; et 10 une structure d'air de refroidissement (22) destinée à renfermer et refroidir la servo-vanne en faisant circuler de l'air froid au-delà de la servo-vanne. 12.- Vanne selon la revendication 11, dans laquelle 15 la structure de refroidissement comprend : une enveloppe (24) dotée d'un orifice d'évent (25) ; et une base (26) se raccordant à l'enveloppe (24), dotée d'un orifice d'admission (30) destiné à recevoir 20 l'air de refroidissement, d'un canal d'écoulement (34) se raccordant à l'orifice d'admission et d'un passage d'écoulement (36) raccordant le canal d'écoulement à l'enveloppe pour permettre à l'air de refroidissement de s'écouler dans l'enveloppe. 25 13.- Vanne selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle la structure de refroidissement (22) comprend en outre un connecteur électrique (32) sur la base afin de permettre aux fils de connexion électrique de se 30 raccorder à la servo-vanne (20). 14.- Vanne selon la revendication 12 ou 13, dans laquelle J'enveloppe (24) est circulaire sur le dessus avec des côtés cylindriques pour former une cavité autour de la servo-vanne (20). 15.- Vanne selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, dans laquelle l'orifice d'évent (25) est situé sur le dessus de l'enveloppe (24). 16.- Vanne selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans laquelle la base (26) se raccorde au corps de vanne (12). 17.- Vanne selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, dans laquelle la structure de refroidissement (22) comprend en outre une pluralité de passages d'écoulement (36) raccordant le canal d'écoulement à l'enveloppe pour permettre à l'air de 20 refroidissement de s'écouler dans l'enveloppe (24). 18.- Procédé de refroidissement d'une portion d'une servo-vanne (20) dotée de composants électriques, le procédé comprenant : la fourniture d'une servo-vanne (20) dotée d'une portion avec des composants électriques ; la fourniture d'une structure de refroidissement (22) dotée d'une enveloppe (24) avec un orifice d'évent (25) et une base (26), la base étant 30 dotée d'un orifice d'admission (30) destiné à recevoir l'air de refroidissement, d'un canal d'écoulement (34) se raccordant à l'orifice d'admission (30) et d'une pluralité de passages d'écoulement (36) raccordant le canal d'écoulement à l'enveloppe pour permettre à l'air de refroidissement de s'écouler dans l'enveloppe ; le raccordement de la base (26) à la portion. de la servo-vanne (20) dotée de composants électriques ; et le raccordement de l'enveloppe (24) à la base pour former une cavité d'air de refroidissement autour de la portion de la servo-vanne (20) dotée de composants 10 électriques. 19.- Procédé selon la revendication 18, et comprenant en outre le raccordement de l'orifice d'admission (30) à un écoulement d'air de 15 refroidissement de sorte que l'air de refroidissement s'écoule dans l'orifice d'admission (30), autour du canal d'écoulement (34), à travers la pluralité de passages d'écoulement (36), dans l'enveloppe (24) et hors de l'orifice d'évent (25). 20