Brevet FR3152045A1 — publié le 20250214

L’invention concerne une soupape conique d’admission de liquide, en particulier pour pompe de fluide cryogénique, comprenant un clapet (2) ayant corps muni d’une tête (12) tronconique et un siège (3) tronconique conjugué de la tête (12), le clapet (2) et le siège (3) étant mobiles relativement entre une configuration fermée dans laquelle la tête (2) coopère de façon étanche avec le siège (3) pour empêcher le passage de fluide et une configuration ouverte dans laquelle la tête (2) est espacée du siège (3) pour autoriser un passage de fluide, la surface tronconique de la tête (12) comprenant au moins une irrégularité (22) formant une nervure et/ou une rainure configurée pour générer de la turbulence au sein du fluide s’écoulant entre la tête (2) et le siège (3). Figure d’abrégé : Fig. 1 Soupape conique d’admission de liquide L’invention concerne une soupape conique d’admission de liquide. L’invention concerne plus particulièrement une soupape conique d’admission de liquide, en particulier pour pompe de fluide cryogénique, comprenant un clapet ayant corps muni d’une tête tronconique et un siège tronconique conjugué de la tête, le clapet et le siège étant mobiles relativement entre une configuration fermée dans laquelle la tête coopère de façon étanche avec le siège pour empêcher le passage de fluide et une configuration ouverte dans laquelle la tête est espacée du siège pour autoriser un passage de fluide. De façon générale, un clapet ou soupape d’admission est mobile entre deux positions ouverte et fermée. En position fermée, la soupape doit assurer une bonne étanchéité. En position ouverte, ou passante, la soupape doit avoir une influence minimale sur la perte de charges du fluide admis à passer. Dans le contexte des machines de pressurisation (compresseur ou pompe), travaillant à des pressions importantes pouvant aller jusqu’à plusieurs centaines de bars, un clapet d’admission est couramment utilisé pour admettre le fluide dans la chambre de compression. On parle alors de soupape d’admission. Une architecture assez couramment utilisée est la soupape dite « conique », qui offre une bonne surface de contact et une bonne résistance à la pression (cf. ). L’invention s’applique en particulier à une soupape dite « libre » qui n’est pas commandée et dont l’ouverture et la fermeture sont provoquées par les différentiels de pressions entre l’amont et l’aval. Pour les pompes cryogéniques, la performance de la soupape d’admission en sens passant est particulièrement importante. En effet, une perte de charges trop importante au niveau de la soupape peut potentiellement engendrer un phénomène d’évaporation brusque, ou « flash », qui se produit lorsque la pression devient égale à la pressure de saturation du fluide, entrainant une baisse d’efficacité massique car moins de fluide est alors transféré. Le risque de vaporisation flash est particulièrement important au niveau du rétrécissement de section le plus important de l’architecture de la soupape, c’est-à-dire au niveau de l’extrémité de la portion tronconique ayant le plus petit diamètre. A cet endroit (parfois appelé « col »), la vitesse du fluide se rapproche du régime critique et la pression diminue en-dessous de la pression de saturation. Un bon dimensionnent du col et de la levée de la soupape permet en général de réduire ce risque. Dans la zone conique divergente en aval (en direction de l’élargissement de la portion tronconique), une importante dépression peut s’établir entre la soupape et son siège réduisant la portance de la soupape et donc sa levée. Ceci provoque une mauvaise ouverture de la soupape et donc une dégradation du coefficient de décharge. Ainsi, les soupapes libres connues et mises en œuvre dans les pompes cryogéniques, présentent l’inconvénient d’avoir un faible coefficient de décharge dû à la légère dépression qui a lieu dans la zone conique qui dégrade la levée de la soupape. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, la soupape selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que la surface tronconique de la tête comprend au moins une irrégularité formant une nervure et/ou une rainure configurée pour générer de la turbulence au sein du fluide s’écoulant entre la tête et le siège. La modification de la structure de la soupape permet de réduire cette dépression. Ceci permet un rétablissement de la pression dans la portion conique ce qui permet de briser la dépression et permet à la soupape de mieux se lever sous l’effet de la pression et par conséquent augmente son coefficient de décharge. Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la au moins irrégularité est usinée sur la tête, la au moins irrégularité est formée par une variation continue ou discontinue de l’épaisseur de la portion tronconique, la au moins irrégularité comprend une rainure circonférentielle située sur la portion tronconique et formant un renfoncement localisé sur la portion tronconique de la tête, la surface tronconique de la tête comprend plusieurs irrégularités, par exemple deux ou trois ou quatre, disposées en série le long de la portion tronconique, la pluralité d’irrégularités disposées en série le long de la portion tronconique forme un profil « en escalier » le long de la portion tronconique, la soupape est du type « libre » c’est-à-dire non commandée par un actionneur et dont l’ouverture et la fermeture sont réalisées par le différentiels de pression entre ses extrémités. L’invention concerne également une pompe pour liquide ou fluide multiphasique, par exemple cryogénique comprenant au moins une chambre de compression, un piston mobile relativement à la chambre de compression, un système d’admission de fluide dans la chambre de compression, le système d’admission comprenant une soupape selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : est une vue schématique en coupe longitudinale d’une soupape selon l’art antérieur, est une vue schématique de côté d’un clapet de soupape selon un premier exemple de réalisation de l’invention, est une vue schématique de côté d’un clapet de soupape selon un deuxième exemple de réalisation de l’invention, est une vue schématique de côté d’un clapet de soupape selon un troisième exemple de réalisation de l’invention, est une vue schématique de côté d’un clapet de soupape selon un quatrième exemple de réalisation de l’invention, est une vue schématique de côté d’un clapet de soupape selon un cinquième exemple de réalisation de l’invention, est une vue schématique de côté d’un clapet de soupape selon un sixième exemple de réalisation de l’invention. est une vue schématique comparant le débit F de passage en fonction du différentiel de pression DP (en mbar) pour une soupape selon l’art antérieur (courbes avec croix) et pour un exemple de réalisation de l’invention (courbe avec points). est une vue schématique en coupe d’un exemple de pompe cryogénique pouvant utiliser d’un tel clapet. Description détaillée Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. La soupape 1 conique d’admission de liquide comprend un clapet 2. Le clapet 2 possède un corps qui s’étend selon une direction longitudinale et muni à une extrémité longitudinale d’une tête 12 tronconique divergente vers l’extrémité terminale. La soupape 1 comprend en outre un siège 3 tronconique conjugué de la tête 12. Le clapet 2 et le siège 3 sont mobiles relativement entre une configuration fermée dans laquelle la tête 2 coopère de façon étanche avec le siège 3 pour empêcher le passage de fluide et une configuration ouverte dans laquelle la tête 2 est espacée du siège 3 pour autoriser un passage de fluide. Par exemple le clapet 2 est mobile en translation relativement au siège 3 fixe selon une direction longitudinale. Selon une particularité avantageuse, la surface tronconique de la tête 12 comprend au moins une irrégularité 22 formant une nervure et/ou une rainure configurée pour générer de la turbulence au sein du fluide s’écoulant entre la tête 2 et le siège 3. C’est-à-dire que la zone tronconique du clapet 2 possède un ou des reliefs 22 permettant à l’écoulement de fluide dans la zone conique d’acquérir un peu de turbulence afin de le décélérer et de remonter en pression dans cette zone. Le ou les reliefs 22 peuvent être usinée sur la tête 2 et/ou être obtenus par moulage. Comme illustré à la et à , la surface tronconique peut comporter une unique rainure circulaire s’étendant autour de la direction longitudinale. Ceci forme des variations de relief pour l’écoulement du fluide dans cette zone. Comme illustré, cette variation de dimension de la zone tronconique peut être progressive (sans angles saillants ou vifs). Comme illustré aux , , et , la surface tronconique de la tête du clapet 2 peut comporter des reliefs ou motifs 22 qui se répètent le long de la zone conique (selon la direction longitudinale). Par exemple, la surface tronconique de la tête 12 comprend plusieurs irrégularités 22, par exemple deux, trois, quatre ou cinq (ou plus) disposées en série le long de la portion tronconique. Comme illustré, ces reliefs disposés en série le long de la portion tronconique peuvent forme un profil « en escalier » le long de la portion tronconique (épaulements ou angles saillants par exemple). La illustre les résultats de tests expérimentaux comparant les débits F de passage au travers deux soupapes en fonction du différentiel de pression DP appliqué de part et d’autre de la soupape. Les deux soupapes comparées ont une même masse et sont fabriquées résine. Une première soupape 2 (courbe avec croix) possède une tête tronconique selon l’art antérieur (sans relief) l’autre soupape 2 (courbe avec points) possède trois reliefs en série (selon la ). Les autres paramètres géométriques sont identiques. Les courbes illustrent un meilleur coefficient de décharge pour la soupape selon l’invention. Cet avantage est valable également pour les autres modes de réalisation. L’invention peut s’appliquer avantageusement par exemple : aux pompes cryogénique avec soupape d’admission, aux pompes liquide avec soupape d’admission, aux pompes multiphasiques avec soupape d’admission. L’invention peut s’appliquer en particulier aux pompe d’hydrogène liquide, pompes d’hélium liquide. L’invention peut s’appliquer aux compresseurs/pompes à piston ou à membrane, aux clapets à fréquence d'utilisation élevée (contrairement à une soupape de sécurité), pour l’admission et/ou la décharge. L’invention permet en particulier de satisfaire des besoins d'une très forte étanchéité pour garantir les performances de la machine. Par exemple, la soupape 1 peut être prévue pour assurer l’admission de fluide dans une chambre de compression d’une pompe 10 cryogénique à un étage de compression ou, comme représenté à la pour l’un ou les deux chambres 3, 4 de compression d’une pompe à deux étages de compression (deux chambres 3, 4 de compression). L’invention s’applique avantageusement aux clapets libres mais les avantages peuvent s’appliquer à d’autres types de soupapes. Soupape conique d’admission de liquide, en particulier pour pompe de fluide cryogénique, comprenant un clapet (2) ayant corps muni d’une tête (12) tronconique et un siège (3) tronconique conjugué de la tête (12), le clapet (2) et le siège (3) étant mobiles relativement entre une configuration fermée dans laquelle la tête (2) coopère de façon étanche avec le siège (3) pour empêcher le passage de fluide et une configuration ouverte dans laquelle la tête (2) est espacée du siège (3) pour autoriser un passage de fluide, caractérisée en ce que la surface tronconique de la tête (12) comprend au moins une irrégularité (22) formant une nervure et/ou une rainure configurée pour générer de la turbulence au sein du fluide s’écoulant entre la tête (2) et le siège (3). Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que la au moins irrégularité (22) est usinée sur la tête (2). Soupape selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la au moins irrégularité (22) est formée par une variation continue ou discontinue de l’épaisseur de la portion tronconique. Soupape selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la au moins irrégularité (22) comprend une rainure circonférentielle située sur la portion tronconique et formant un renfoncement localisé sur la portion tronconique de la tête (2). Soupape selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la surface tronconique de la tête (12) comprend plusieurs irrégularités (22), par exemple deux ou trois ou quatre, disposées en série le long de la portion tronconique. Soupape selon la revendication 5, caractérisée en ce que la pluralité d’irrégularités (22) disposées en série le long de la portion tronconique forme un profil « en escalier » le long de la portion tronconique. Soupape selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu’elle est du type « libre » c’est-à-dire non commandée par un actionneur et dont l’ouverture et la fermeture sont réalisées par le différentiels de pression entre ses extrémités. Pompe pour liquide ou fluide multiphasique, par exemple cryogénique comprenant au moins une chambre (3, 4) de compression, un piston (5, 8) mobile relativement à la chambre de compression, un système d’admission de fluide dans la chambre (3, 4) de compression, caractérisé en ce que le système d’admission comprend une soupape selon l’une quelconque des revendications précédentes.