Brevet FR3004777A1 — publié le 20141024

La présente invention entre dans le domaine de l'approvisionnement en fluide d'un circuit, en particulier de la régulation du débit d'approvisionnement en fluide d'un circuit. L'invention a pour objet un dispositif de vanne de régulation du débit d'approvisionnement en fluide d'un circuit. L'invention trouvera une application préférentielle, mais aucunement limitative, dans la régulation du débit d'un circuit hydraulique, d'approvisionnement en comburant, 10 notamment en air, ou en carburant d'un moteur, notamment de véhicule, en particulier d'aéronefs, par exemple d'un avion. De manière connue, la régulation du débit d'un fluide se déplaçant à l'intérieur d'un circuit requiert différents types de vannes, à savoir par exemple : à boisseau, clapet, membrane 15 ou papillon. L'invention concerne spécifiquement un dispositif de vanne papillon. Une telle vanne papillon est constituée d'un corps tubulaire creux de section circulaire définissant une voie de passage dudit fluide. Ce corps est relié à chaque extrémité aux 20 extrémités adjacentes des canalisations aboutées dudit circuit. Ce corps comprend intérieurement un obturateur ou papillon, circulaire de forme complémentaire à la section de la voie et articulé autour d'un axe ou palier, dont l'inclinaison par rapport à l'axe longitudinal de la voie régule le débit du 25 fluide depuis une portion en amont vers une portion en aval. Ledit axe s'étend transversalement et traverse au moins une paroi dudit corps. Il est relié à un actionneur, dont l'entrainement commande la rotation de l'axe, et ainsi dudit papillon monté solidaire sur ledit axe. 30 En particulier, l'actionnement dudit papillon s'effectue entre deux positions extrêmes, au travers d'une course selon un angle de rotation de 90° : depuis une position de fermeture, orthogonale à l'axe longitudinal dudit corps, obturant l'intégralité de la section intérieure de la voie de passage et 35 empêchant totalement la circulation du fluide, jusqu'à une position d'ouverture, parallèlement au sens de circulation du fluide, laissant s'écouler totalement et librement ledit fluide au travers dudit corps de vanne, et inversement. Ledit papillon peut aussi être arrêté et maintenu dans des positions intermédiaires, limitant d'autant le débit de circulation dudit fluide. En somme, en faisant varier la section de la voie par rotation du papillon, on contrôle le débit de fluide traversant ladite vanne. A ce titre, pour une telle vanne papillon, la variation de la section de la voie de passage suit une courbe sinusoïdale fonction de l'angle d'ouverture dudit papillon. Le débit quant à lui suit proportionnellement la variation de ladite section. Lors du passage du papillon de la position de fermeture vers une position intermédiaire, ouverte à la moitié, le débit atteint environ 29 % du débit maximum, puis évolue pour atteindre 50 % pour une ouverture aux deux tiers, soit 66 %. Enfin, le débit maximum de 100 % est atteint avant l'ouverture complète du papillon, lorsque l'épaisseur de l'axe de ce dernier cache les deux ailes dudit papillon selon l'axe longitudinal de déplacement du fluide. Un tel débit maximum est généralement atteint pour un angle compris entre 5 et 100 avant d'arriver à l'ouverture totale. La non linéarité de l'évolution du débit oblige à calculer une fonction mathématique complexe, afin de déterminer avec exactitude l'angle d'ouverture pour atteindre un débit donné ou voulu. En outre, l'obtention d'un débit précis nécessite le contrôle précis de l'angle d'ouverture du papillon et, de ce fait, induit un actionneur du papillon d'autant plus précis. Un tel actionneur ne peut pas commander directement et proportionnellement entre l'entrée et la sortie, le rendant plus complexe, plus lourd et plus encombrant, diminuant sa fiabilité et augmentant son coût. L'invention a pour but de pallier les inconvénient de l'état de la technique en proposant un dispositif de vanne à papillon dont la courbe de variation du débit se rapproche d'une fonction linéaire, facilitant d'autant la gestion de la commande d'ouverture de son papillon. Son actionneur est ainsi d'autant plus léger, robuste et fiable, pour un coût de fabrication moindre et une mise en oeuvre moins complexe. Pour ce faire, l'invention prévoit de modifier la position et la forme de son papillon. En particulier, ledit papillon présente une forme non plus circulaire mais elliptique, avec une position inclinée de fermeture, pour coïncider avec la section circulaire de la voie de passage dudit corps de vanne. En d'autres termes, en position d'obturation de ce conduit, le papillon se retrouve décalé d'un angle précis par rapport au plan passant par son axe de rotation et s'étendant orthogonalement par rapport à la direction longitudinale du corps de vanne, afin que son bord périphérique vienne en contact épouser la surface de la paroi interne de ladite voie. Ainsi, le dispositif selon l'invention comprend un corps tubulaire de section circulaire et des moyens d'obturation dudit corps sous la forme d'un papillon, ledit papillon étant articulé en rotation autour d'un axe, depuis une position d'obturation jusqu'à une position d'ouverture, et inversement, au travers de positions intermédiaires. De plus, il se caractérise par le fait que ledit papillon présente une forme elliptique et qu'en position de fermeture, ledit papillon est incliné angulairement par rapport au plan transversal dudit corps. Un tel papillon elliptique orienté angulairement permet 25 donc de s'approcher d'une fonction affine pour le contrôle de la variation du débit au sein de la vanne. De plus, ce positionnement incliné par rapport à la section transversale permet de diminuer le couple nécessaire à l'actionneur pour débloquer le papillon depuis sa position de 30 fermeture. A ce titre, le positionnement incliné du papillon elliptique autorise un positionnement plus précis, sans jeu, au sein de la voie de passage. Cette particularité permet de s'affranchir du jeu nécessaire à l'insertion et à la manoeuvre 35 d'un papillon circulaire, ainsi que du siège prévu pour venir au contact de la périphérie dudit papillon et assurer l'étanchéité en position de fermeture du fait du jeu nécessaire à la construction et au fonctionnement. A l'inverse, la forme elliptique du papillon, avec des chants inclinés correspondants, permet de venir directement au contact de la surface de la paroi intérieure de la voie de passage, sans nécessiter de moyens d'étanchéité supplémentaires, comme un siège. Selon d'autres caractéristiques additionnelles, non limitatives, ledit papillon peut être incliné selon un angle 10 compris entre 15 et 20°. Selon un autre mode de réalisation, ledit papillon peut être incliné selon un angle de 15° ou 18°. Selon une caractéristique subsidiaire, ledit papillon peut comprendre un chant périphérique incliné différemment apte à 15 venir en contact étanche direct sur tout son pourtour avec la paroi intérieure dudit corps. Préférentiellement, un tel dispositif peut comprendre des faces symétriques par rapport à son axe de rotation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue schématisée et simplifiée en coupe selon un plan longitudinal d'un mode de réalisation du 25 dispositif selon l'invention, montrant l'inclinaison selon un angle quelconque dudit papillon en position de fermeture et en pointillé en position d'ouverture ; - la figure 2 représente une vue schématisée et simplifiée en coupe selon un plan longitudinal orthogonal, montrant la 30 forme elliptique du papillon en position d'ouverture totale ; - la figure 3 représente deux courbes d'évolution de la section en millimètres carré (mra2 ) en fonction de l'angle d'ouverture du papillon en degré : une courbe en pointillé représentant une fonction sinusoïdale d'une vanne à papillon 35 circulaire de l'état de la technique et une courbe pleine représentant une fonction d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; et - la figure 4 représente une vue simplifiée en coupe selon un plan longitudinal d'un mode préférentiel de réalisation de l'invention avec un angle d'inclinaison de 18° d'un papillon 5 elliptique particulier. La présente invention concerne un dispositif 1 de vanne de régulation du débit d'approvisionnement en fluide d'un circuit. Une telle vanne 1 est de type papillon. De manière générale, ladite vanne 1 comprend un corps 2 10 tubulaire, à savoir creux et de section circulaire. Selon les modes de réalisation représentés, ledit corps 2 est droit entre au moins une extrémité d'entrée 3 et au moins une extrémité opposée de sortie 4, s'étendant selon une direction longitudinale. Selon d'autres modes de réalisation, ledit corps 15 peut constituer au moins un coude, séparant deux portions orientées différemment l'une par rapport à l'autre. A ce titre, lesdites extrémités d'entrée 3 et de sortie 4 sont destinées à coopérer en fixation étanche avec les extrémités adjacentes de tuyaux, gaines ou canalisations dudit 20 circuit (non représenté). Intérieurement, ledit corps 2 définit une voie de passage au sein de laquelle circule un fluide. De surcroît, ledit corps 2 comprend des moyens d'obturation sous la forme d'un papillon 5. Ce dernier est 25 articulé depuis une position extrême de fermeture, obturant totalement de façon étanche ladite voie et empêchant la circulation dudit fluide, vers une position extrême d'ouverture, et inversement. Ces positions sont représentées sur la figure 1 : la position de fermeture en lignes pleines et 30 la position de fermeture en pointillés. En outre, ledit papillon 5 passe dans des positions intermédiaires, dans lesquelles il peut être maintenu. De plus, ledit papillon 5 est constitué d'une plaque de forme arrondie, de manière à venir coopérer par contact avec la 35 paroi intérieure 20 dudit corps 2. Concernant l'articulation, ledit papillon 5 est monté solidaire d'un axe 6 de rotation. Ce dernier vient coopérer au sein d'un logement ménagé dans l'épaisseur de ladite plaque. Ce logement peut être traversant, s'étendant selon un diamètre dudit papillon 5. On notera que l'axe 6 peut être divisé en deux segments séparés, venant s'insérer en fixation au sein de deux logements diamétralement opposés. En tournant l'axe 6, ledit papillon change angulairement de position. On notera que ledit axe 6 est monté en rotation au 10 sein dudit corps 2, traversant à une extrémité au moins partiellement et de façon étanche une paroi de ce dernier. L'extrémité opposée peut être emboîtée au sein d'un trou borgne ménagé dans la paroi intérieure 20 dudit corps 2. L'assemblage dudit axe 6 est effectué de façon étanche. 15 De plus, ledit axe 6 est relié à des moyens de commande (non représentés) de sa mise en rotation. Ces moyens peuvent être constitués d'un actionneur, solidarisé à l'extrémité traversante dudit axe 6. Cet actionneur assure donc la commande de l'angle de rotation de l'axe 6 et ainsi de l'angle 20 d'ouverture du papillon 5 sur lequel il est monté solidaire. Avantageusement, selon une caractéristique essentielle de la présente invention, ledit papillon 5 présente une forme elliptique, comme visible sur la figure 2. En particulier, en position d'ouverture, l'axe focal de cette ellipse s'étend 25 selon l'axe longitudinal dudit corps 2, alors que le petit axe s'étend selon ledit axe 6. De plus, en position de fermeture, ledit papillon 5 est incliné par rapport à un plan orthogonal à la direction longitudinale dudit corps 2 et contenant ledit axe 6. En somme, 30 ledit papillon 5 est décalé d'un angle 7 choisi. Cet angle 7 de décalage est schématisé par rapport à une normale verticale sur la figure 4 représentant ledit plan. On constate que la forme du papillon 5 est directement liée à la valeur de l'angle 7. De plus, cette forme dépend 35 aussi de la section intérieure dudit corps 2. En particulier, la forme de la plaque constituant le papillon 5 équivaut à la forme de la paroi intérieure 20 dudit corps 2 selon un plan de section orienté suivant ledit angle 7. En d'autres termes, le contour extérieur du papillon 5 est une projection dans le sens longitudinal de la section intérieure 5 dudit corps sur le plan passant par l'angle d'inclinaison 7. Ainsi, en fonction d'un angle 7 de fermeture donné ou choisi, la forme et les dimensions de l'ellipse du papillon 5 sont adaptées, de manière à assurer l'étanchéité et la parfaite obturation de la voie de passage en position de fermeture. 10 A ce titre, le chant périphérique 8 du papillon 5 ne présente pas une inclinaison identique sur tout son pourtour par rapport au plan contenant ledit papillon 5. En particulier, le chant 8 est orthogonal au plan au niveau des extrémités de l'axe 6 et le chant 8 change d'angle d'inclinaison jusqu'à 15 obtenir une inclinaison maximale au niveau des lignes de chant 8 passant par l'axe focal de l'ellipse. Cette inclinaison variable du chant 8 autorise l'insertion sans jeu du papillon 5 à l'intérieur du corps 2, son chant 8 venant parfaitement au contact, épousant et suivant la courbure de la paroi 20 intérieure 20 dudit corps 2. Il n'est alors plus nécessaire de ménager ou placer un siège de vanne, l'étanchéité ne se faisant que par contact entre le papillon 5 et le corps 2. Tout particulièrement, l'angle 7 de fermeture choisi est compris entre 10 et 20°, par rapport au plan de section 25 transversale de ladite voie de passage. Préférentiellement, la valeur de l'angle 7 peut être de 15 ou 18°. La figure 4 montre un angle 7 d'inclinaison de 18°. On notera qu'un tel angle 7 peut être augmenté ou diminué par degré ou demi-degré au sein dudit intervalle. 30 Comme évoqué précédemment, la forme du papillon 5 et l'angle 7 de son inclinaison sont liés l'un par rapport à l'autre et dépendent de la section de la paroi intérieure 20 du corps 2. De plus, la valeur de l'angle 7 peut être calculée en fonction de la linéarité recherchée de la variation du débit. 35 A ce titre, la figure 3 montre, d'une part, en pointillé, une courbe 100 représentant une vanne papillon circulaire connue et, d'autre part, en ligne pleine une courbe 101 correspondant à un mode de réalisation de la vanne 1 selon l'invention avec un papillon elliptique incliné. On constate que la courbe 101 de l'invention s'approche davantage d'une droite affine 102, minimisant l'écart et, de ce fait, diminuant la complexité de l'actionneur. Par ailleurs, selon différents modes de réalisation, la position extrême d'ouverture peut être choisie. En somme, l'angle maximum d'ouverture peut être arrêté à une valeur 10 précise, limitant la course en rotation du papillon 5. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, la position maximale d'ouverture, en pointillé, correspond à un angle de 90° par rapport à la normale verticale. Transposée au mode de réalisation préférentiel de la figure 4, la course 15 s'effectue alors en rotation sur 72°. Toutefois, cet angle d'ouverture peut être volontairement diminué, par l'intermédiaire de butées angulaires de bout de course, empêchant la rotation dudit axe 6. Dans le cas du mode de réalisation avec un angle 7 de 18°, la course est limitée à un 20 angle de 60,5°. Le papillon 5 se retrouve alors incliné rapport à la direction longitudinale dudit corps alors qu'il est en position d'ouverture maximale. Selon une caractéristique additionnelle du mode de réalisation préférentiel de la figure 4, ledit papillon 5 est 25 déporté avec un jeu par rapport à son axe 6. Ce jeu permet de centrer et positionner précisément le papillon 5 par rapport à son axe 6 à l'intérieur du corps 2. Une fois parfaitement en place, en particulier pour assurer l'étanchéité parfaite en contact avec la paroi intérieure 20, ledit papillon 5 est rendu 30 solidaire de son axe 6. Pour ce faire, plusieurs vis permettent, par serrage, de verrouiller le papillon 5 sur l'axe 6. Par ailleurs, selon le mode préférentiel de réalisation, ledit papillon 5 peut être prévu symétrique. En particulier, 35 cette symétrie peut être multiple, selon le plan contenant ledit papillon 5 et/ou selon un centre de symétrie constitué par l'axe 6. Selon le mode de réalisation visible sur la figure 4, ledit papillon 5 présente une symétrie centrale mais une dissymétrie par rapport à son plan. En effet, les parois 9 5 et 10 présentent des inclinaisons différentes l'une par rapport à l'autre, de manière à former un papillon 5 de section rétrécissant depuis l'axe 6 jusque sa périphérie. En somme, la section dudit papillon 5 s'évase depuis le pourtour vers le centre, quand le papillon 5 est pris selon un plan de coupe 10 orthogonale son axe instantané de rotation. Sa forme s'apparente alors à un losange, similaire au papillon de la figure 1. Ainsi, le dispositif 1 de vanne papillon selon l'invention, au moyen d'un papillon 5 de forme elliptique et 15 désaxé angulairement, permet de rapprocher la variation du débit d'une fonction linéaire affine, facilitant son contrôle et la commande de ladite vanne. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de vanne papillon de régulation du débit d'approvisionnement en fluide d'un circuit, comprenant un corps (2) tubulaire de section circulaire et des moyens d'obturation dudit corps (3) sous la forme d'un papillon (5), 5 ledit papillon (5) étant articulé en rotation autour d'un axe (6), depuis une position d'obturation jusqu'à une position d'ouverture, et inversement, au travers de positions intermédiaires, caractérisé par le fait que ledit papillon (5) présente une forme elliptique et qu'en position de fermeture, 10 ledit papillon (5) est incliné angulairement par rapport au plan transversal dudit corps (2). 2. Dispositif (1) de vanne papillon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit papillon (5) est incliné selon un angle compris entre 15 et 20 °. 15 3. Dispositif (1) de vanne papillon selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit papillon (5) est incliné selon un angle de 15° ou 18°. 4. Dispositif (1) de vanne papillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 20 ledit papillon (5) comprend un chant périphérique (8) incliné différemment apte à venir en contact étanche direct sur tout son pourtour avec la paroi intérieure (20) dudit corps (2). 5. Dispositif (1) de vanne papillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que 25 ledit papillon (5) comprend des faces (9,10) symétriques par rapport à son axe de rotation (6).