Brevet FR3013098A1 — publié le 20150515

DISPOSITIF DE LIMITATION DE LA SURPRESSION La présente invention concerne un dispositif de limitation de la surpression dans une conduite ainsi qu'un circuit de fluide comprenant un tel dispositif, le circuit d'huile étant par exemple intégré à une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Classiquement, une turbomachine comprend un circuit servant à alimenter des équipements à lubrifier tels que des paliers de roulements par exemple ou à fournir de la pression à des équipements qui en ont besoin. Pour limiter les surpressions dans le circuit d'huile qui pourrait impacter l'intégrité de la turbomachine, il est connu d'ajouter une valve à clapet dont l'ouverture est calibrée pour s'effectuer à une pression seuil prédéterminée. Ainsi, tant que la pression est inférieure à la valeur seuil prédéterminée, le clapet reste en position fermée. Lorsque la pression atteint et dépasse la valeur seuil prédéterminée, le clapet se déplace en position d'ouverture entrainant une diminution de la pression. Dès que la pression repasse en dessous de la valeur seuil, le clapet revient en position de fermeture. Dans la technique actuelle, le clapet comprend une tête de clapet entrainé à déplacement par une tige et déplaçable entre une première position correspondant à la position fermée du clapet et une seconde position correspondant à la position ouverte du clapet. La tête de clapet est maintenue dans sa position de fermeture grâce à sa propre masse ainsi que grâce à des moyens de rappel du clapet dans la position de fermeture. Les moyens de rappel comprennent habituellement un ressort précontraint et positionné autour de la tige de clapet de manière à exercer une force de rappel de la tête de clapet dans sa position de fermeture. Lorsqu'une forte surpression apparait dans le circuit d'huile, le système intégrant un clapet calibré s'avère relativement fiable. Cependant, lorsque le niveau de pression oscille autour de la valeur seuil de pression pour l'ouverture du clapet, le clapet est alors dans une position instable conduisant à des déplacements successifs du clapet entre ses positions d'ouverture et fermeture. Ces multiples d'ouvertures/fermetures rapides du clapet provoquent des bruits de claquement important dans la turbomachine ainsi qu'à une usure prématurée de la tête du clapet et de la partie au contact de laquelle est vient en appui en position de fermeture. Il s'ensuit une baisse d'efficacité, de fiabilité et de durée de vie de ce montage. La présente invention apporte une solution simple, efficace et 10 économique à ce problème. A cette fin, l'invention propose un dispositif de limitation de la surpression en fluide comprenant un clapet monté à déplacement dans un conduit entre une position de fermeture dans laquelle il bloque l'écoulement de fluide dans la conduite et une seconde position d'ouverture dans 15 laquelle il autorise l'écoulement de fluide dans la conduite, des moyens de rappel du clapet dans sa position de fermeture lorsque la pression en fluide en amont du clapet est inférieure à une première valeur seuil donnée de pression, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'application d'une contre-pression au clapet tendant à maintenir le clapet dans sa position de 20 fermeture, ces moyens étant configurés pour exercer une contre-pression jusqu'à une seconde valeur seuil donnée de pression en fluide qui est supérieure à la première valeur seuil de pression. L'invention propose ainsi d'ajouter des moyens d'application d'une contre-pression au clapet de manière à maintenir fermé le clapet lors du 25 passage transitoire de pression au voisinage de la valeur seuil de pression. Ces moyens sont avantageusement configurés pour n'exercer une contre-pression que jusqu'à une seconde valeur seuil de pression prédéterminée qui est supérieure à la première valeur seuil de pression de sorte que lorsque la pression dépasse la seconde valeur seuil, les moyens de contre- 30 pression n'exerce plus de contre-pression sur le clapet. De cette manière, la contre-pression n'est appliquée au clapet que lors de l'état transitoire autour de la première valeur seuil de pression dommageable au bon fonctionnement de celui-ci. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'application d'une contre-pression comprennent au moins un organe monté sur le clapet ou sur une partie fixe du conduit et en appui respectivement sur une face d'appui d'une partie fixe solidaire du conduit ou du clapet, la surface d'appui étant conformée par rapport au mouvement de déplacement du clapet et la direction de la force d'appui de l'organe sur la surface d'appui étant orientée par rapport à la face d'appui au fur et à mesure du déplacement du clapet de manière à ce que la contre pression tendant à fermer le clapet soit nulle au-delà de la seconde valeur seuil donnée de pression en fluide. Dans une réalisation particulière du clapet, celui-ci comprend une tête montée à une extrémité d'une tige montée à déplacement dans un corps tubulaire solidaire du conduit. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'application d'une contre-pression comprennent au moins un organe monté sur le clapet ou sur une partie fixe du conduit et en appui respectivement sur une face d'appui d'une partie fixe solidaire du conduit ou du clapet, la surface d'appui comprenant une première surface dont la normale est située dans le secteur angulaire formé par le sens de déplacement du clapet de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture et une direction perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet, la première surface étant raccordée à une seconde surface dont la normale est sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet, la première surface et la seconde surface étant raccordées l'une à l'autre de manière à ce que l'organe appui successivement sur la première surface puis sur la seconde surface. La première surface peut être tronconique et la seconde surface peut être cylindrique Préférentiellement, l'organe est maintenu en appui sur la surface d'appui au moyen d'un ressort précontraint en compression selon un axe sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet. L'utilisation d'un ensemble mécanique formé d'un ressort et d'une bille pour assurer la contre pression s'avère simple à mettre en oeuvre. En pratique, le second seuil de pression dépend uniquement des caractéristiques du ressort, de la forme de la surface sur laquelle l'organe appui ainsi que de l'orientation de la force sur cette surface. Préférentiellement, l'organe d'appui est monté à une extrémité du ressort dont l'extrémité opposée est solidaire d'une partie du conduit, le 10 ressort étant agencé dans un logement tubulaire formé ou rapporté sur une partie fixe solidaire du conduit. Dans une première réalisation de l'invention, la surface d'appui est formée sur la tête ou la tige du clapet. Dans une seconde réalisation de l'invention, la surface d'appui est 15 formée sur le corps du clapet. Dans une réalisation pratique de l'invention, l'organe d'appui est formé par un organe apte à rouler sur la surface d'appui. L'invention concerne également d'appui un circuit de fluide, tel qu'un circuit d'huile dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au 20 moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est monté dans un séparateur air/huile agencé à la jonction d'une canalisation de retour d'huile et un réservoir de récupération. L'invention concerne encore une turbomachine, telle qu'un 25 turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un circuit de fluide du type décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins 30 annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une partie d'un circuit dans une turbomachine ; la figure 2 est une vue en coupe selon un plan comprenant l'axe d'une tige d'un clapet dans une valve de surpression selon la technique connue ; la figure 3 est un graphe comprenant plusieurs courbes démontrant le problème d'instabilité de la valve à clapet ; la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de limitation de la surpression selon une première réalisation de l'invention ; la figure 5 est une schématique à plus grande échelle de la zone délimitée en pointillés sur la figure 4, le clapet étant en position de fermeture; la figure 6 est une vue schématique à plus grande échelle de la même zone que la figure 5, le clapet étant en position d'ouverture ; la figure 7 est une vue schématique d'un organe d'appui sur la tête du clapet selon une première variante possible ; la figure 8 est une vue schématique d'un organe d'appui sur la tête du clapet selon une deuxième variante possible ; la figure 9 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de limitation de la surpression selon une deuxième réalisation de l'invention ; la figure 10 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif de limitation de surpression selon une troisième réalisation de l'invention ; les figures 11 et 12 représentent deux variantes possibles de la face d'appui de l'organe d'appui. On se réfère tout d'abord à la figure 1 qui représente une partie d'un circuit d'huile 10, par exemple dans une turbomachine, comprenant une canalisation 12 de retour d'huile jusqu'à un réservoir 14 d'huile dont la partie basse est reliée à une canalisation d'alimentation 16 en huile d'équipements qui en ont besoin soit pour réaliser une fonction de lubrification ou de mise sous pression. L'extrémité aval de la canalisation 12 de retour d'huile débouche dans un séparateur air/huile 18 dont seule la partie supérieure est représentée en figure 2. Cet élément réalise par centrifugation du mélange air/huile une séparation de l'air et de l'huile en sortie de la canalisation de retour d'huile 12. Pour assurer, après centrifugation, l'écoulement de l'huile par gravité dans le réservoir, le séparateur air/huile 18 est agencé au-dessus du réservoir 14. Ce type de séparateur 18 est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit plus en détails. Pour limiter les surpressions dans le circuit d'huile 10 qui endommageraient l'intégrité du circuit d'huile et par conséquent le fonctionnement des équipements associés, il est connu de monter un clapet 20 dans un conduit 22 du séparateur air/huile 18. Dans la description, le terme « conduit » se réfère à tout élément dans le lequel le clapet selon l'invention peut être agencé et se réfère donc à tout élément comportant un passage ou une ouverture pouvant être obturée par le clapet. Comme représenté en figure 2, le clapet 20 comprend une tête 24 formée par un disque dont le centre est relié à une tige 26 s'étendant vers le bas dans le conduit 22 s'étendant sensiblement verticalement. Le conduit 22 comprend un épaulement radial 28 formant un siège sur lequel la tête 24 du clapet 20 est destinée à venir s'appuyer. Des moyens de rappel sont prévus sur le clapet 20 et comprennent par exemple un ressort hélicoïdal 30 entourant la tige 26 sous la tête 24 de clapet 20. L'extrémité supérieure du ressort de rappel 30 est en appui sur un rebord annulaire 32 formé sur le pourtour externe d'un corps tubulaire 34 fixe. Un écrou 36 est vissé sur un filetage externe de l'extrémité basse de la tige 26, l'écrou 36 comprenant un rebord annulaire 38 sur lequel l'extrémité basse du ressort de rappel 30 prend appui. On comprend que le clapet 20 est ainsi déplaçable entre une position de fermeture de l'écoulement d'air et une position d'ouverture de l'écoulement d'air. Pour assurer l'ouverture du clapet 20 lorsque la pression est supérieure à une première pression PSI donnée, le ressort 30 est monté précontraint en compression entre le rebord annulaire 32 du corps annulaire tubulaire 34 et le rebord annulaire 38 de l'écrou 36 de manière à tendre à éloigner les deux rebords annulaires 32, 38 lorsque la valeur de pression est inférieure à la première valeur de pression seuil PSI. Ce type de montage est très utile pour limiter les surpressions dans le circuit d'huile en réalisant une ouverture du clapet 20 au-delà d'une valeur seuil de pression PSI . La figure 3 représente un graphe sur lequel quatre courbes A, B, C, 10 D sont représentées en fonction du temps en abscisse et illustrent le problème d'instabilité de fonctionnement du clapet lorsque la pression en amont de la tête du clapet voisine de la pression seuil PSI. Cette valeur PSI peut être de 10 psi (correspondant à environ 0,69 bar). Une première courbe A représente l'évolution de l'effort d'ouverture 15 du clapet induit par la pression. La deuxième courbe B représente le déplacement de la tête du clapet. La troisième courbe C représente l'effort de fermeture du clapet et la quatrième courbe D représente la somme des forces appliquées à la tête du clapet. Tant que la pression est inférieure à la pression seuil PS1 (portion 20 de courbe Al sur la courbe A), le clapet 20 reste en position de fermeture (portion de courbe B1 sur la courbe B). Lorsque la pression en amont de la tête 24 du clapet 20 dépasse la valeur seuil PSI (portion de courbe A2 sur la courbe A), la tête 24 du clapet 20 se déplace vers le haut (portion de courbe B2 sur la courbe B). Il s'ensuit que l'augmentation de la 25 compression du ressort 30 induit une augmentation de l'effort de fermeture du clapet 20 (portion de courbe Cl sur la courbe C). L'effort de rappel augmente alors jusqu'à devenir suffisamment important pour ramener la tête du clapet en position de fermeture, c'est-à-dire en appui sur son siège. La force de rappel revient à sa valeur initiale (portion de courbe C2 sur la 30 courbe C) avant ouverture. Puis, la pression en amont de la tête 24 du clapet recommence à augmenter et ainsi de suite. On constate donc que le clapet 20 s'ouvre et se ferme de manière cyclique conduisant à endommagement de la tête 24 du clapet 20 et du siège 28, ce qui réduit la durée de vie du dispositif de limitation de surpression. Pour remédier à ce problème, l'invention propose d'ajouter des moyens de contre-pression au clapet 39, ces moyens étant configurés pour exercer une contre-pression jusqu'à une seconde valeur seuil donnée de pression PS2 qui est supérieure à la première valeur seuil de pression de manière à éviter les cycles d'ouverture et fermeture rapides du clapet. Dans une première réalisation de l'invention représentée en figure 4, le pourtour supérieure du siège 28 comprend un rebord 40 comportant un logement tubulaire 42 d'axe 44 sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement 46 du clapet 39 et dans lequel est monté précontraint un ressort hélicoïdal 48 dont une extrémité est fixée sur le fond du logement 42 et dont l'autre extrémité est destinée à venir s'appuyer sur un organe tel qu'une bille 50. Le ressort 48 appuie la bille 50 sur une surface 52 du pourtour supérieur de la tête 24 du clapet 39. Cette surface 52 d'appui comprend une première surface 54 et une seconde surface 56 raccordées l'une à l'autre. La première surface 54 est inclinée par rapport à la direction de déplacement 46 du clapet 39. Dans cette première réalisation, la première surface 54 est une surface tronconique dont la section diminue en allant vers le haut. L'inclinaison de cette première surface 54 est telle que la normale 55 est située dans le secteur angulaire formé par le sens 58 de déplacement du clapet de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture et une direction perpendiculaire 60 à la direction de déplacement 46 du clapet 39. La première surface 54 est raccordée à une seconde surface 56 sensiblement cylindrique dont la normale 62 est sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement 46 du clapet 39. La première surface 54 et la seconde surface 56 sont raccordées l'une à l'autre de manière à ce que la bille 50 appuie successivement sur la première surface 54 puis sur la seconde surface 56 lorsque la tête 24 du clapet 39 se déplace de sa position de fermeture vers sa position d'ouverture. En fonctionnement, lorsque la pression dépasse la première valeur de pression PS1, la bille 50 est en appui sur la première surface 54 et maintien le clapet 39 en position de fermeture. L'effort de la bille 50 sur la première surface 54 est variable et dépend du niveau de compression du ressort 48. Plus la pression en amont de la tête 24 de clapet 39 augmente, plus l'effort résultant du ressort 48 augmente. L'ensemble formé du ressort 48 monté dans son logement 42 et de la bille 50 permet de réaliser une résistance variable à l'ouverture du clapet 39. Lorsque la surpression dépasse un second seuil de pression PS2, le ressort 48 n'offrant plus une résistance suffisante au maintien du clapet 39 dans sa position de fermeture. L'ouverture du clapet 39 conduit la bille 50 à venir s'appuyer sur la seconde surface cylindrique 56 au contact de laquelle la bille n'exerce plus d'effort de contre-pression au déplacement du clapet 39. On comprend ainsi que la valeur du premier seuil de pression PS1 est fonction des caractéristiques du ressort 30, de son niveau de précompression ainsi que de la masse du clapet 39. La valeur du second seuil de pression PS2 dépend des caractéristiques du ressort 48 et de son niveau de précompression dans son logement 42 ainsi que de l'angle d'inclinaison de la première surface 54 par rapport à la direction de déplacement 46 du clapet 39. La valeur du second seuil de pression PS2 est atteinte lorsque l'organe 50 vient en appui sur la seconde surface 56. Le dispositif selon l'invention évite ainsi un fonctionnement instable du clapet 39 en ne permettant son ouverture que lorsque la pression est supérieure au second seuil PS2. Le ressort 48 peut être préinstallé dans un tube 64 vissé par un filetage externe 65 dans un orifice du stator du séparateur air/huile, le tube 64 étant obturé à son extrémité opposé à la bille 50 par un couvercle 66 pouvant servir d'appui au ressort 48. Une autre possibilité peut consister à installer directement le ressort 48 dans un orifice 68 du stator 69 du séparateur d'huile, l'orifice 68 étant obturé par un capuchon 70 pouvant servir d'appui au ressort 48. L'extrémité libre du tube 64 ou de l'orifice 68 peut avoir un diamètre supérieur (figure 7) ou inférieur (figure 8) au diamètre de la bille 50. Dans une autre réalisation d'un clapet 72 selon l'invention, les première 54 et seconde 56 surfaces sont formées à l'extrémité de la tige 26 opposée à la tête 24 du clapet 72. L'ensemble formé du ressort 48 et de l'organe d'appui 50 étant alors engagé dans un logement 74 du stator en vis-à-vis de manière à assurer un fonctionnement similaire à ce qui a été décrit précédemment. Dans encore une autre variante, il serait possible de réaliser un logement 74 dans la tête 24 du clapet 76 et d'y monter le ressort 58 mettant en appui la bille 50 sur une première 78 et une seconde 80 surfaces solidaire du stator. Le fonctionnement est alors identique à ce qui a été décrit ci-dessus en référence aux figures 4 à 6. Dans une autre variante possible de la face d'appui représentée en figure 11, celle-ci peut être formée de plusieurs surfaces successives qui sont planes et inclinées par rapport à l'axe 46 de déplacement de la tige. En figure 11, la surface d'appui comprend successivement trois surfaces planes 82, 84, 86. La surface 82 est plus inclinée que la surface 84 par rapport à l'axe 46 de manière à ce que l'effort de la bille 50 soit proportionnellement plus important lorsque la bille est au contact de la surface 82 que au contact de la surface 84. La surface 84 se prolonge par la surface 86 qui est sensiblement parallèle à l'axe 46. Comme représenté en figure 12, la face d'appui 88 peut également être courbe et par exemple incurvée concave. Une telle surface courbe évite les effets d'à-coups dans le déplacement du clapet pouvant être provoqués dans la réalisation de la figure 11 à la transition de contact de la bille entre les deux surfaces 82 et 84. Les faces d'appui, décrites en références aux figures 11 et 12, peuvent indifféremment être formées sur une partie mobile du clapet ou sur une partie fixe du dispositif. Le dispositif peut également comprendre des moyens de guidage en déplacement le long de l'axe 46 de l'organe d'appui, c'est-à-dire de la bille 50, sur la face d'appui. De tels moyens peuvent par exemple comprendre un ou plusieurs rails portés par la partie fixe ou mobile sur laquelle est formée la face d'appui de l'organe. REVENDICATIONS1. Dispositif de limitation de la surpression en fluide comprenant un clapet (39, 72, 76) monté à déplacement dans un conduit (22) entre une position de fermeture dans laquelle il bloque l'écoulement de fluide dans le conduit (22) et une seconde position d'ouverture dans laquelle il autorise l'écoulement de fluide dans la conduite, des moyens de rappel (30) du clapet (39, 72, 76) dans sa position de fermeture lorsque la pression en fluide en amont du clapet est inférieure à une première valeur seuil donnée de pression (PS1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'application d'une contre-pression au clapet (39, 72, 76) tendant à maintenir le clapet (39, 72, 76) dans sa position de fermeture, ces moyens étant configurés pour exercer une contre-pression jusqu'à une seconde valeur seuil donnée (PS2) de pression en fluide qui est supérieure à la première valeur seuil de pression (PS1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'application d'une contre-pression comprennent au moins un organe (50) monté sur le clapet (76) ou sur une partie fixe du conduit et en appui respectivement sur une face d'appui d'une partie fixe solidaire du conduit ou du clapet (39, 72, 76), la face d'appui étant conformée par rapport au mouvement de déplacement du clapet (39, 72, 76) et la direction de la force d'appui de l'organe (50) sur la surface d'appui étant orientée par rapport à la surface d'appui au fur et à mesure du déplacement du clapet (39, 72, 76) de manière à ce que la contre pression tendant à fermer le clapet (39, 72, 76) soit nulle au-delà de la seconde valeur seuil donnée de pression en fluide (PS2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le clapet (39, 72, 76) comprend une tête (24) montée à une extrémité d'une tige (26) montée à déplacement dans un corps tubulaire (32) solidaire du conduit. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'application d'une contre-pression comprennent au moins un organe (50) monté sur le clapet (76) ou sur une partie fixe du conduit et en appui respectivement sur une face d'appui d'une partie fixe solidaire du conduit ou du clapet (39, 72, 76), la face d'appui comprenant une première surface (54) dont la normale (55) est située dans le secteur angulaire formé par le sens (58) de déplacement du clapet de sa position d'ouverture vers sa position de fermeture et une direction perpendiculaire (60) à la direction de déplacement du clapet (39, 72, 76), la première surface (54, 78) étant raccordée à une seconde surface (56, 80) dont la normale (62) est sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet (39, 72, 76), la première surface (54, 78) et la seconde surface (56, 80) étant raccordées l'une à l'autre de manière à ce que l'organe (50) appuie successivement sur la première surface (54, 78) puis sur la seconde surface (56, 80). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première surface (54, 78) est tronconique et la seconde surface (56, 80) est cylindrique 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'organe (50) est maintenu en appui sur la surface d'appui au moyen d'un ressort (58) précontraint en compression selon un axe (60) sensiblement perpendiculaire à la direction de déplacement du clapet (39, 72, 76). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'organe (50) d'appui est monté à une extrémité du ressort (58) dont l'extrémité opposée est solidaire d'une partie du conduit, le ressort (58) étant agencé dans un logement tubulaire (42, 74) formé ou rapporté sur une partie fixe solidaire du conduit. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la surface d'appui est formée sur la tête (24) ou la tige (26) du clapet (39, 72). 9. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la surface d'appui est formée sur le corps (34) du clapet (76). 10. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que l'organe d'appui (50) est formé par un organe apte à rouler sur la surface d'appui. 11. Circuit de fluide, tel qu'un circuit d'huile dans une turbomachine, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif selon l'une des revendications précédentes. 12. Circuit de fluide selon la revendication 11, caractérisé en ce que le dispositif est monté dans un séparateur air/huile (18) agencé à la jonction d'une canalisation de retour d'huile et un réservoir d'huile (14). 13. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit de fluide selon la revendication 11 ou 12.15