BE1030919A1 - Electrovanne et équipement avec l’électrovanne - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une électrovanne (10) comprenant un corps (12) avec une entrée principale (14) de fluide, une sortie principale (16) de fluide et un passage principal (18) qui relie l'entrée principale à la sortie principale; un clapet principal (20) avec un obturateur (38), le clapet principal (20) étant mobile entre une position d'obturation du passage principal (18) par l'obturateur (38) et une position d'ouverture du passage principal (18), le clapet principal comportant une entrée auxiliaire (22) de fluide en communication avec l'entrée principale et une sortie auxiliaire (24) de fluide en communication avec la sortie principale ; une chambre intermédiaire (26) reliant l'entrée auxiliaire et la sortie auxiliaire et un clapet pilote (28) mobile entre un état d'obturation de l'entrée auxiliaire et un état d'obturation de la sortie auxiliaire et pour entraîner le clapet principal vers la position d'ouverture. L'invention se rapport aussi à un équipement avec l'électrovanne.
Description
Electrovanne et équipement avec l’électrovanne
Domaine technique
La présente invention concerne une électrovanne et un équipement avec l’électrovanne.
Art antérieur
Le document EP2921753 divulgue une vanne pour gaz cryogénique. La vanne comprend un corps avec une entrée principale, une sortie principale et un passage principal qui relie l'entrée principale à la sortie principale. La vanne comprend également un obturateur principal du passage principal, l'obturateur principal comportant une entrée auxiliaire, une sortie auxiliaire en communication avec la sortie principale et un passage auxiliaire qui relie l'entrée auxiliaire à la sortie auxiliaire. La vanne comprend en outre un obturateur auxiliaire comprenant une surface de fermeture configurée pour couper le passage auxiliaire et pour entraîner l'obturateur principal dans le sens de fermeture. L'obturateur auxiliaire comprend, en outre, une surface d'entraînement configurée pour entraîner l'obturateur principal dans le sens de l'ouverture en prenant appui sur le bord de l'entrée auxiliaire et en la bouchant partiellement afin d'y freiner un écoulement.
L'inconvénient de cette vanne est qu’elle ne peut être utilisée qu'avec un fluide gazeux, ce qui restreint le domaine d'utilisation de cette vanne.
Il y a un besoin pour une vanne dont le domaine d'utilisation soit plus large.
Exposé de l’invention
À cet effet, l'invention propose une électrovanne comprenant un corps avec une entrée principale de fluide, une sortie principale de fluide et un passage principal qui relie l'entrée principale à la sortie principale; un clapet principal avec un obturateur, le clapet principal étant mobile entre une position d’obturation du passage principal par l’obturateur et une position d'ouverture du passage principal, le clapet principal comportant une entrée auxiliaire de fluide en communication avec l'entrée principale et une sortie auxiliaire de fluide en communication avec la sortie principale ; une chambre intermédiaire reliant l'entrée auxiliaire et la sortie auxiliaire ; un clapet pilote mobile entre un état d’obturation de l'entrée auxiliaire et un état d'obturation de la sortie auxiliaire et pour entraîner le clapet principal vers la position d'ouverture.
Selon une variante, le clapet pilote est en outre configuré pour entraîner le clapet principal vers la position d'obturation du passage principal.
Selon une variante, le clapet pilote est configuré pour entraîner le clapet principal vers la position d'ouverture par sollicitation d'une surface du clapet principal ou vers la position d'obturation par sollicitation d’une autre surface du clapet principal.
Selon une variante, le clapet pilote est dans un alésage du clapet principal, le débattement radial du clapet pilote dans l'alésage maintenant l'étanchéité de l’obturation de l'entrée auxiliaire ou de la sortie auxiliaire.
Selon une variante, le débattement axial du clapet pilote est inférieur au débattement axial du clapet principal.
Selon une variante, l'électrovanne est apte à recevoir le fluide qui est de l’ergol à l'état monophasique liquide, à l’état monophasique gazeux ou à l’état diphasique liquide et gazeux.
Selon une variante, l'électrovanne comprend en outre une enceinte, le clapet principal comportant un piston mobile dans l'enceinte et séparant la chambre intermédiaire de l'entrée principale au sein de l'enceinte.
Selon une variante, l'entrée auxiliaire est dans le piston et la sortie auxiliaire est dans la tige d'actionnement.
Selon une variante, le clapet principal est entraîné vers la position d'ouverture du passage principal avec le clapet pilote dans l'état d’obturation de l'entrée auxiliaire et par vidange de la chambre intermédiaire vers la sortie principale.
Selon une variante, l'électrovanne comprend en outre une enceinte, le clapet principal comportant un piston mobile dans l'enceinte et séparant la chambre intermédiaire de la sortie principale au sein de l'enceinte.
Selon une variante, l'entrée auxiliaire est dans la tige d'actionnement et la sortie auxiliaire est dans le piston.
Selon une variante, le clapet principal est entraîné vers la position d'ouverture du passage principal avec le clapet pilote dans l'état d'obturation de la sortie auxiliaire et par remplissage de la chambre intermédiaire depuis l'entrée principale.
Selon une variante, le clapet principal comporte une tige d'actionnement reliant le piston à l’obturateur.
Selon une variante, l'électrovanne comprend un actionneur électromagnétique avec un solénoïde et un noyau ferromagnétique actionné par le flux magnétique du solénoïde, le clapet pilote étant actionné par le noyau.
L'invention se rapporte aussi à un équipement avec une électrovanne telle que décrite précédemment, l'équipement étant un équipement aérospatial ou aéronautique, tel qu’un lanceur spatial ou une turbomachine d'aéronef alimentée à l'hydrogène ou un lanceur spatial.
L'usage, dans ce document, du verbe « comprendre », de ses variantes, ainsi que ses conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d'éléments autres que ceux mentionnés. L'usage, dans ce document, de l’article indéfini « un », « une », ou de l’article défini «le», «la» ou «1», pour introduire un élément n'exclut pas la présence d'une pluralité de ces éléments.
Les termes « premier », « deuxième », « troisième », etc. sont, quant à eux, utilisés dans le cadre de ce document exclusivement pour différencier différents éléments, et ce sans impliquer d'ordre entre ces éléments.
L'ensemble des modes de réalisation préférés ainsi que l'ensemble des avantages de l’électrovanne selon l'invention se transposent mutatis mutandis au présent équipement et inversement. Les différents modes de réalisation peuvent être considérés seuls ou en combinaison.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées qui montrent : - la figure 1, une vue schématique d'un exemple de réalisation de la vanne selon l'invention ;
- la figure 2, une vue schématique d’un autre exemple de réalisation de la vanne selon l'invention ; - les figures 3 et 4, des vues schématiques d'un autre exemple de réalisation de la vanne selon l'invention.
Les dessins des figures ne sont pas à l'échelle. Des éléments semblables sont en général dénotés par des références semblables dans les figures. Dans le cadre du présent document, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références. En outre, la présence de numéros ou lettres de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros ou lettres sont indiqués dans les revendications.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
L'invention se rapporte à une électrovanne comprenant un corps avec une entrée principale de fluide, une sortie principale de fluide et un passage principal qui relie l'entrée principale à la sortie principale. L'électrovanne comprend aussi un clapet principal avec un obturateur, le clapet principal étant mobile entre une position d'obturation du passage principal par lobturateur et une position d'ouverture du passage principal, le clapet principal comportant une entrée auxiliaire de fluide en communication avec l'entrée principale et une sortie auxiliaire de fluide en communication avec la sortie principale. L’électrovanne comporte également une chambre intermédiaire reliant l'entrée auxiliaire et la sortie auxiliaire ainsi qu’un clapet pilote mobile entre un état d’obturation de l'entrée auxiliaire et un état d’obturation de la sortie auxiliaire et pour entraîner le clapet principal vers la position d’ouverture. Grâce au clapet pilote, l'électrovanne permet une meilleure gestion de l'entrée auxiliaire et de la sortie auxiliaire et donc un meilleur contrôle de la chambre intermédiaire. Ceci permet d'étendre le domaine d'utilisation de l’électrovanne, avec un fluide à l’état liquide, gazeux ou diphasique.
Les figures 1 à 4 illustrent des modes de réalisation de l’électrovanne selon l'invention. Sur les figures, l’électrovanne 10 comporte un corps 12 avec une entrée principale 14 de fluide et une sortie principale 16 de fluide. Un passage principal 18 relie l'entrée principale14 à la sortie principale 16. Le passage principal 18 permet de mettre l'entrée principale14 et la sortie principale 16 en communication fluidique.
L'électrovanne 10 comporte aussi un clapet principal 20 mobile entre une position d'obturation du passage principal 18 et une position d'ouverture du passage principal 18. Le déplacement du clapet principal 20 vers la position d’ouverture ou vers la position de fermeture permet de commander la distribution d'un fluide vers des circuits de distribution au sein d'un équipement dans lequel est implémentée l’électrovanne.
Sur les figures, les zones en haute pression sont représentées plus sombres que les zones de pression intermédiaire, elles-mêmes plus sombres que les zones de basse pression.
Le clapet principal 20 comporte une entrée auxiliaire 22 de fluide en communication avec l'entrée principale 14 et une sortie auxiliaire 24 de fluide en communication avec la sortie principale 16. L'électrovanne 10 comporte une chambre intermédiaire 26 qui relie l'entrée auxiliaire 22 et la sortie auxiliaire 24. La communication de l'entrée auxiliaire 22 avec l'entrée principale 14 permet le remplissage de la chambre intermédiaire 26 depuis l'entrée principale 14 et ainsi l'augmentation de la pression dans la chambre intermédiaire 26. La communication de la sortie auxiliaire 24 avec la sortie principale 16 permet la vidange de la chambre intermédiaire 26 vers la sortie principale 16 et ainsi la diminution de la pression dans la chambre intermédiaire 26.
L'électrovanne comporte également un clapet pilote 28 mobile entre un état d’obturation de l'entrée auxiliaire 22 et un état d'obturation de la sortie auxiliaire 24.
Ceci permet une meilleure gestion de l'ouverture ou de la fermeture de chacune de l'entrée auxiliaire et de la sortie auxiliaire. Ainsi, le clapet pilote permet un meilleur contrôle de la pression dans la chambre intermédiaire. Ceci permet d'étendre le domaine d'utilisation de l’électrovanne, avec un fluide à l’état liquide, gazeux ou diphasique. Egalement, le clapet pilote 28 peut entraîner le clapet principal 20 vers la position d'ouverture. Ainsi, le passage principal peut être ouvert par la combinaison de l'action du clapet pilote et la gestion de la pression dans la chambre intermédiaire. En outre, le clapet pilote 28 peut être configuré pour entraîner le clapet principal 20 vers la position d'obturation du passage principal 18. D'une manière plus général donc, l’électrovanne est activée dans un sens ou l’autre par la combinaison de l'action du clapet pilote et la gestion de la pression dans la chambre intermédiaire.
Selon les figures 1 à 4, le clapet pilote 28 est configuré pour entraîner le clapet principal 20 vers la position d'ouverture par sollicitation d'une surface 30 du clapet principal et pour entraîner le clapet principal 20 vers la position d'obturation par sollicitation d'une autre surface 32 du clapet principal 20. Le clapet principal 20 est alors entraîné par sollicitation du clapet pilote 28 et par la gestion de la pression dans la chambre intermédiaire 26. Sur les figures 3 et 4, seule la surface 30 du clapet principal 20 permettant l'entraînement du clapet principal 20 vers la position d'ouverture est représentée ; la surface 32 pourrait être aussi représentée.
Le clapet pilote 28 peut être dans un alésage 34 du clapet principal 20. Le débattement radial du clapet pilote 28 dans l'alésage 34 maintient l'étanchéité de l’obturation de l'entrée auxiliaire ou de la sortie auxiliaire. Le jeu du débattement radial est suffisant pour permettre le déplacement relatif en toutes circonstances du clapet pilote mais suffisamment faible pour réduire significativement la section de fuite lorsque le clapet pilote est en regard de l'entrée auxiliaire 22 (conduit de remplissage — fuite selon la flèche au travers du clapet pilote 28 selon la position du milieu de la figure 1 qui est réduite significativement) ou de la sortie auxiliaire 24 (conduit de vidange, figures 3 et 4). Ceci permet une étanchéité radiale au niveau de l'entrée auxiliaire 22 (conduit de remplissage) ou de la sortie auxiliaire 24 (conduit de vidange) qui est indépendante des mouvements relatifs des pièces.
Ceci permet notamment de s'affranchir des vibrations dans l’électrovanne, tout en assurant la gestion de l’entrée auxiliaire et de la sortie auxiliaire et donc le contrôle de la chambre intermédiaire. Ceci améliore encore la gestion des écoulements dans l'entrée auxiliaire 22 (voie ou conduit de remplissage) et dans la sortie auxiliaire 24 (voie ou conduit de vidange).
Selon les figures 1 et 3-4, le clapet pilote 28 comporte un conduit 29 permettant la mise en communication de la chambre intermédiaire 26 avec l'aval (ou sortie principale 16) via la sortie auxiliaire 24.
Selon un mode de réalisation, le clapet principal 20 comporte un obturateur 38 du passage principal 18. L'obturateur 38 a une forme épousant le pourtour du passage principal 18 de sorte à assurer l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16, en position d'obturation. Le clapet 20 principal peut en outre comporter une tige d'actionnement 40 reliant un piston 42 à l’obturateur 38. Le piston 42 est mobile dans une enceinte 44 du corps 12 de l'électrovanne. Le piston 42 délimite la chambre intermédiaire 26 avec une extrémité de l'enceinte 44. Le piston peut délimiter aussi l'entrée principale 14 ou la sortie principale 16 avec le passage principal 18 — comme décrit par la suite. La tige d'actionnement 40 peut être creuse pour relier la chambre intermédiaire 26 à l'entrée principale 14 ou la sortie principale 16 — comme décrit par la suite. Un élément d'étanchéité 46 sur le clapet principal 20, ou plus précisément sur le piston 42, assure l'étanchéité de la chambre intermédiaire 26.
De manière non représentée, l’électrovanne 10 comprend en outre un actionneur électromagnétique. L'actionneur comporte un solénoïde et un noyau ferromagnétique actionné par le flux magnétique du solénoïde. Le clapet pilote 28 est actionné par le noyau par l'intermédiaire d'une tige 36 sur les figures. Un tel actionneur présente l'avantage d'être léger et simple à piloter puisqu'il suffit d'appliquer une tension pour l’activer. En outre un tel actionneur présente l'avantage d'être rapide à manœuvrer, ce qui rend l'activation du clapet pilote 28 également rapide à manœuvrer.
Le fluide utilisé dans l'électrovanne est de l'ergol à l’état monophasique liquide, à l’état monophasique gazeux ou à l’état diphasique liquide et gazeux.
L'électrovanne est donc une vanne à assistance ergol avec un actionneur solénoïde qui utilise la force disponible dans la pression du fluide pour s'actionner en gérant la pression dans la chambre intermédiaire 26. Une telle électrovanne 10 n’est pas dépendante de son intégration dans l'équipement car elle intègre sa propre chambre intermédiaire (chambre d'équilibrage). Les performances de l’électrovanne sont dépendantes des conditions de fonctionnement (pression, température du fluide et de l’environnement, etc.), mais dans une gamme de valeurs très large. À la différence de vannes de l'art antérieur, telles qu'à huile,
l’électrovanne 10 s'utilise avec des ergols (par exemple, oxygène, hydrogène, méthane) qui peuvent être en phase liquide, vapeur (gazeuse) ou une combinaison des deux sur une plage de température de 77K à 320K ou plus et une plage de pression de 0 à 230bar ou plus. Ces plages de fonctionnement sont très larges par rapport aux vannes de l’art antérieur. Les plages de pression et de température de fonctionnement de l’électrovanne 10 recouvrent différents états de la matière (liquide et/ou gaz). La gestion d'ouverture et d'obturation des entrée 22 et sortie 24 auxiliaires par le clapet pilote 28 et la pression dans la chambre intermédiaire 26 permettent à l'électrovanne 10 de fonctionner alors même que les plages de pression et de température de fonctionnement impliquent des changements importants de certaines propriétés (densité, compressibilité, etc.). Ceci n’est pas possible dans les vannes de l'art antérieur, telles que par exemple les vannes à huile, qui s'utilisent toujours avec un fluide (huile par exemple) en phase monophasique (liquide) avec une (in)compressibilité relativement constante et une densité relativement constante.
La figure 1 illustre un exemple de réalisation possible avec la chambre intermédiaire 26 localisée à l'amont de l'électrovanne. Dans cette réalisation, la chambre intermédiaire 26 est remplie lorsque l’électrovanne est fermée et se vide partiellement pour permettre l'ouverture. Le piston 42 du clapet principal 20 sépare la chambre intermédiaire 26 de l'entrée principale 14 au sein de l'enceinte 44.
L'entrée auxiliaire 22 est dans le piston 42 et la sortie auxiliaire 24 est dans la tige d'actionnement 40. Sur la figure 1, l'électrovanne 10 est pourvue d’une évacuation axiale et d’une alimentation radiale. Trois positions sont illustrées sur la figure 1 pour montrer ouverture de l'électrovanne 10.
Selon la position de gauche de la figure 1, l'électrovanne 10 est fermée, l'obturateur 38 assurant l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16. Le clapet pilote 28 est dans un état d'obturation de la sortie auxiliaire 24, sollicitant la surface 32. L'entrée auxiliaire 22 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec l'entrée principale 14. La pression dans la chambre intermédiaire 16 est la même qu'à l’amont de la vanne (entrée principale 14) et maintient la vanne en position fermée (lobturateur 38 sur le siège du passage principal 18). Le clapet pilote 28 contribue au maintien de la vanne en position fermée par sollicitation de la surface 32.
Selon la position du milieu de la figure 1, l'électrovanne 10 est toujours fermée, l’obturateur 38 assurant l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16. Le clapet pilote 28 est dans un état d’obturation de l'entrée auxiliaire 22, sollicitant la surface 30. La sortie auxiliaire 24 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec la sortie principale 16. La chambre intermédiaire est en train de se vider vers l'aval (vers la sortie principale 16) via la tige d'actionnement 40. La pression de la chambre intermédiaire 26 diminue jusqu'à ce qu'un équilibre de pression s'établisse sur le clapet principal 20.
Selon la position de droite de la figure 1, cet équilibre est dépassé. La pression amont (entrée principale 14) combinée à l'action du clapet pilote 28 sur la surface 30 permettent de passer l'électrovanne 10 en position ouverte. Le clapet principal 20 est entraîné vers la position d'ouverture du passage principal 18 avec le clapet pilote 28 dans l’état d'obturation de l'entrée auxiliaire 22 et par vidange de la chambre intermédiaire 26 vers la sortie principale 16.
La figure 2 illustre un autre exemple de réalisation possible avec la chambre intermédiaire 26 localisée à l'amont de l'électrovanne. Dans cette réalisation, la chambre intermédiaire 26 est remplie lorsque l’électrovanne est fermée et se vide partiellement pour permettre l'ouverture. Le piston 42 du clapet principal 20 sépare la chambre intermédiaire 26 de l'entrée principale 14 au sein de l'enceinte 44.
L'entrée auxiliaire 22 est dans le piston 42 et la sortie auxiliaire 24 est dans la tige d'actionnement 40. Trois positions sont illustrées sur la figure 2 pour montrer l'ouverture de l'électrovanne 10.
Selon la position de gauche de la figure 2, l'électrovanne 10 est fermée, l'obturateur 38 assurant l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16. Le clapet pilote 28 est dans un état d'obturation de la sortie auxiliaire 24, sollicitant la surface 32. L'entrée auxiliaire 22 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec l'entrée principale 14. La pression dans la chambre intermédiaire 26 est la même qu'à l’amont de la vanne (entrée principale 14) et maintient la vanne en position fermée (lobturateur 38 sur le siège du passage principal 18). Le clapet pilote 28 contribue au maintien de la vanne en position fermée par sollicitation de la surface 32.
Selon la position du milieu de la figure 2, l'électrovanne 10 est toujours fermée, l’obturateur 38 assurant l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16. Le clapet pilote 28 est dans un état d’obturation de l'entrée auxiliaire 22, sollicitant la surface 30. La sortie auxiliaire 24 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec la sortie principale 16. La chambre intermédiaire est en train de se vider vers l'aval (vers la sortie principale 16) via la tige d’actionnement 40. La pression de la chambre intermédiaire 26 diminue jusqu'à ce qu'un équilibre de pression s'établisse sur le clapet principal 20.
Selon la position de droite de la figure 2, cet équilibre est dépassé. La pression amont (entrée principale 14) combinée à l'action du clapet pilote 28 sur la surface 30 permettent de passer l'électrovanne 10 en position ouverte. Le clapet principal 20 est entraîné vers la position d'ouverture du passage principal 18 avec le clapet pilote 28 dans l’état d'obturation de l'entrée auxiliaire 22 et par vidange de la chambre intermédiaire 26 vers la sortie principale 16.
Les figure 3 et 4 illustrent encore un autre exemple de réalisation possible avec la chambre intermédiaire 26 localisée en aval de l’électrovanne 10. Le fonctionnement est inversé par rapport aux figures 1 et 2. La figure 3 montre l'ouverture de l'électrovanne 10 et la figure 4 montre la fermeture de l'électrovanne 10. Dans cette réalisation, la chambre 26 est à la pression avale (sortie principale 16) lorsque l'électrovanne 10 est fermée et se remplit pour permettre l'ouverture.
En d'autres termes, la chambre intermédiaire 26 se vide lorsque l’électrovanne est fermée et se remplit totalement ou partiellement pour permettre l'ouverture. Le piston 42 du clapet principal 20 sépare la chambre intermédiaire 26 de la sortie principale 16 au sein de l'enceinte 44. La sortie auxiliaire 24 est dans le piston 42 et l'entrée auxiliaire 22 est dans la tige d'actionnement 40. Trois positions sont illustrées sur la figure 3 pour montrer l'ouverture de l'électrovanne 10.
Selon la position de gauche de la figure 3, l'électrovanne 10 est fermée,
Jl’obturateur 38 assurant l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16. Le clapet pilote 28 est dans un état d'obturation de l'entrée auxiliaire
22. La sortie auxiliaire 24 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec la sortie principale 16. La pression dans la chambre intermédiaire 16 est la même qu'à l’aval de la vanne (sortie principale 16) et la pression en amont (entrée principale 14) maintient la vanne en position fermée (lobturateur 38 sur le siège du passage principal 18).
Selon la position du milieu de la figure 3, l'électrovanne 10 est toujours fermée, l’obturateur 38 assurant l'étanchéité entre l'entrée principale 14 et la sortie principale 16. Le clapet pilote 28 est dans un état d'obturation de la sortie auxiliaire 24, sollicitant la surface 30. L'entrée auxiliaire 22 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec l'entrée principale 14 via le conduit 29. La chambre intermédiaire est en train de se remplir depuis l'’amont (entrée principale 14) via la tige d'actionnement 40. La pression de la chambre intermédiaire 26 augmente.
Selon la position de droite de la figure 3, la force exercée par la pression sur la surface supérieure du piston 42 en regard de la chambre intermédiaire devient supérieure à la force exercée par la pression sur la surface de l’obturateur 38 en regard de l’'amont. La pression dans la chambre 26 combinée à l'action du clapet pilote 28 sur la surface 30 permettent de passer l’électrovanne 10 en position ouverte. L'obturateur 38 n'est plus sur le siège du passage principal 18. Le clapet principal 20 est entraîné vers la position d'ouverture du passage principal 18 avec le clapet pilote 28 dans l'état d'obturation de la sortie auxiliaire 24 et par la pression qui continue à monter dans la chambre intermédiaire 26.
Quatre positions sont illustrées sur la figure 4 pour montrer la fermeture de l’'électrovanne 10.
La position de gauche de la figure 4 correspond à la position ouverte sur la position de droite de la figure 3.
Selon la deuxième position de la figure 4, l'électrovanne 10 est toujours ouverte. Le clapet pilote 28 est dans un état d'obturation de l'entrée auxiliaire 22.
La sortie auxiliaire 24 est ouverte et met la chambre intermédiaire 26 en communication de fluide avec l'aval (la sortie principale 16). La chambre intermédiaire 26 est en train de se vider vers l'aval (vers la sortie principale 16) au travers du piston 42. La pression de la chambre intermédiaire 26 diminue.
Selon la troisième position de la figure 4, il se produit une dépressurisation de la chambré intermédiaire 26 au travers du clapet principal 20. La pression de la chambre intermédiaire 26 a diminué jusqu'à ce qu’un équiliore de pression s'établisse sur le clapet principal 20.
Selon la quatrième position de la figure 4, cet équilibre est dépassé. La pression amont (entrée principale 14) permet de passer l’électrovanne 10 en position fermée. Le clapet principal 20 est entraîné vers la position d’obturation du passage principal 18 avec le clapet pilote 28 dans l'état d'obturation de l'entrée auxiliaire 22 et par vidange de la chambre intermédiaire 26 vers la sortie principale 16.
Sur l'exemple des figures 3 et 4, seule la surface 30 d'ouverture du clapet principal 20 est représentée ; par la sollicitation de la surface 30, le clapet pilote 28 contribue à actionner le clapet principal 20 en ouverture. Sur les figures 3 et 4, la surface 32 n'est pas représentée à titre d'exemple ; il est envisageable de prévoir la surface 32 dans l'alésage 34 de sorte que par la sollicitation de la surface 32, le clapet pilote 28 contribue à actionner le clapet principal 20 en fermeture. D'une manière générale sur les figures 1-4, le clapet pilote 28 a une forme de « T » assurant une butée mécanique avec le clapet principal pour pouvoir actionner ce dernier en l'absence de pression.
Le déplacement du clapet pilote 28 et du clapet principal 20 sont selon un axe commun, vertical sur les figures. Dans l’électrovanne 10 des modes de réalisation, le débattement du clapet pilote 28 est inférieur au débattement du clapet principal 20. Plus spécifiquement, le débattement axial du clapet pilote 28 est inférieur au débattement axial du clapet principal 20. Le déplacement du clapet pilote 28 est d'une amplitude inférieure à l'amplitude du déplacement du clapet principal 20. Ceci permet au clapet pilote 28 d'actionner le clapet principal 20 sans que l'électrovanne 10 soit dans une situation hyperstatique. Ainsi, c'est l'actionneur actionnant le clapet pilote 28 qui arrive en butée, alors même que le clapet principal 20 ne vient pas en butée dans le corps 12. L'actionneur actionnant le clapet pilote 28 arrive en butée avant que le piton 42 arrive contre le corps 12 de la vanne, ce qui permet d'optimiser l’actionneur. Ainsi, lorsque lactionneur est en position ouverte, l’ensemble piston 4, tige d'actionnement 40 et obturateur 38 formant le clapet principal 20 a encore la possibilité de se déplacer verticalement (à cause de la variation de pression dans la cavité par exemple) entre une position haute (surface supérieure du piston 42 en contact avec le corps 1 2), et une position basse (pilote 28 en contact avec la surface 30 du piston 42. Le clapet principal 20 et le clapet pilote 28 peuvent avoir une forme sphérique ou elliptique pour faciliter l’auto-centrage par rapport à l'élément où l'étanchéité doit se produire, l'élément pouvant être pourvu d'un siège en vis-à-vis dui soit conique. Par exemple le passage principal 18 peut être pourvu d'un siège conique. Sur les figures 1 et 2, la sortie auxiliaire 24 peut être pourvue d'un siège conique. Il en va de même pour l'entrée auxiliaire 22 sur les figures 2 à 4. Le clapet pilote 28 peut comporter une bille pour assurer au moins l'une des deux étanchéités (avec l'entrée auxiliaire 22 et/ou la sortie auxiliaire 24). Ce type d'étanchéité constitué par une bille sur un siège formé est performant. Sur la figure 2, le clapet pilote 28 est une bille et assure l'étanchéité à la fois avec l'entrée auxiliaire 22 et la sortie auxiliaire 24. Sur la figure 1, le clapet pilote 28 comporte une bille pour assurer l'étanchéité avec la sortie auxiliaire 24. Sur les figures 3 et 4, le clapet pilote 28 comporte une bille pour assurer l'étanchéité avec l'entrée auxiliaire 22.
En tirant parti de la pression disponible dans le fluide en amont et en gérant la pression dans la chambre intermédiaire 26, l’électrovanne 10 peut être autoclave quand elle est fermée tout en n'ayant pas la pression amont à vaincre pour l’ouverture. Ainsi, l'électrovanne 10 a une bonne étanchéité et la masse ainsi que le coût sont réduits pour une section de passage donnée. De plus, le pilotage d'une telle électrovanne est simple par rapport à des vannes de l’art antérieur et en particulier des vannes motorisées. Par ailleurs, non seulement l'électrovanne 10 tire parti de la pression disponible dans le fluide en amont, mais encore, elle peut s'activer sans pression par l’action directe du clapet pilote 28 actionné par l’actionneur solénoïde.
L'électrovanne 10 permet de cloisonner l'entrée auxiliaire 22 et la sortie auxiliaire 24. La gestion de l'entrée auxiliaire 22 (voie ou conduit de remplissage)
et de la sortie auxiliaire 24 (voie ou conduit de vidange) permet de gérer indépendamment les deux écoulements et donc de permettre le fonctionnement malgré la présence de phases possiblement différentes au sein du fluide.
L'ensemble clapet pilote 28, entrée auxiliaire 22 et sortie auxiliaire 24 est un système à trois voies permettant de gérer aussi bien la voie de remplissage que la voie de vidange. Sur les figures 1, 3, 4, l'ensemble clapet pilote 28, entrée auxiliaire 22 et sortie auxiliaire 24, est à étanchéité radiale pour être indépendante des mouvements relatifs des pièces.
En outre, l’électrovanne 10 peut fonctionner avec un fluide susceptible de changer de phase et avec une dépendance limitée vis-à-vis du circuit dans lequel l’'électrovanne s'intègre — contrairement aux vannes de l'art antérieur qui utilisent la pression disponible dans l'écoulement et qui sont limitées à des cas de fonctionnement particuliers.
L'invention se rapporte aussi à un équipement comprenant l’électrovanne 10.
Il peut s'agir d’un équipement aéronaval ou d’un équipement aérospatial tel qu'un lanceur spatial ou une turbomachine d'aéronef alimenté à l'hydrogène.
L'électrovanne 10 peut être une vanne spatiale (lanceur, fusée, moteur de fusée) ou une vanne cryogénique. La prise en compte de la gestion des aspects diphasiques au sein de l'électrovanne 10 permet de l'utiliser dans les domaines dans lanceurs spatiaux et de la cryogénie. L'électrovanne 10 à assistance peut donc aussi fonctionner avec de lergol cryogénique. Il peut donc s'agir d’un équipement cryogénique.
La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D'une manière générale, il apparaîtra évident pour un homme du métier que la présente invention n’est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus.
Claims (15)
1. Electrovanne (10) comprenant : - un corps (12) avec une entrée principale (14) de fluide, une sortie principale (16) de fluide et un passage principal (18) qui relie l'entrée principale à la sortie principale; - un clapet principal (20) avec un obturateur (38), le clapet principal (20) étant mobile entre une position d’obturation du passage principal (18) par l’obturateur (38) et une position d'ouverture du passage principal (18), le clapet principal comportant une entrée auxiliaire (22) de fluide en communication avec l'entrée principale et une sortie auxiliaire (24) de fluide en communication avec la sortie principale, - une chambre intermédiaire (26) reliant l'entrée auxiliaire et la sortie auxiliaire, - un clapet pilote (28) mobile entre un état d'obturation de l’entrée auxiliaire et un état d'obturation de la sortie auxiliaire et pour entraîner le clapet principal vers la position d'ouverture.
2. Electrovanne (10) selon la revendication précédente, dans laquelle le clapet pilote (28) est en outre configuré pour entraîner le clapet principal (20) vers la position d’obturation du passage principal (18).
3. Electrovanne (10) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le clapet pilote (28) est configuré pour entraîner le clapet principal (20) - vers la position d'ouverture par sollicitation d'une surface (30) du clapet principal ou - vers la position d'obturation par sollicitation d'une autre surface (32) du clapet principal.
4. Electrovanne (10) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le clapet pilote (28) est dans un alésage (34) du clapet principal (20), le débattement radial du clapet pilote dans l’alésage maintenant l’étanchéité de l’obturation de l’entrée auxiliaire (22) ou de la sortie auxiliaire (24).
5. Electrovanne (10) selon l’une des revendications précédentes, le débattement axial du clapet pilote (28) est inférieur au débattement axial du clapet principal (20).
6. Electrovanne (10) selon l’une des revendications précédentes, apte à recevoir le fluide qui est de l’ergol à l'état monophasique liquide, à l'état monophasique gazeux ou à l'état diphasique liquide et gazeux.
7. Electrovanne (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre une enceinte (44), le clapet principal comportant un piston mobile dans l'enceinte et séparant la chambre intermédiaire de l'entrée principale au sein de l'enceinte.
8. Electrovanne (10) selon la revendication précédente, dans laquelle l'entrée auxiliaire est dans le piston et la sortie auxiliaire est dans la tige d'actionnement.
9. Electrovanne (10) selon l'une des deux revendications précédentes, dans laquelle le clapet principal est entraîné vers la position d’ouverture du passage principal avec le clapet pilote dans l’état d'obturation de l'entrée auxiliaire et par vidange de la chambre intermédiaire vers la sortie principale.
10. Electrovanne (10) selon l’une des revendications 1 à 6, comprenant en outre une enceinte (44), le clapet principal comportant un piston mobile dans l'enceinte et séparant la chambre intermédiaire de la sortie principale au sein de l'enceinte.
11. Electrovanne (10) selon la revendication précédente, dans laquelle l'entrée auxiliaire est dans la tige d'actionnement et la sortie auxiliaire est dans le piston.
12. Electrovanne (10) selon l’une des deux revendications précédentes, dans laquelle le clapet principal est entraîné vers la position d'ouverture du passage principal avec le clapet pilote dans l’état d’obturation de la sortie auxiliaire et par remplissage de la chambre intermédiaire depuis l'entrée principale.
13. Electrovanne (10) selon l’une des revendications 7 à 12, dans laquelle le clapet principal comporte une tige d'actionnement (40) reliant le piston (42) à l’'obturateur.
14. Electrovanne (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un actionneur électromagnétique avec un solénoïde et un noyau ferromagnétique actionné par le flux magnétique du solénoïde, le clapet pilote étant actionné par le noyau.
15. Equipement avec une électrovanne (10) selon l'une des revendications précédentes, l'équipement étant un équipement aérospatial ou aéronautique, tel qu’un lanceur spatial ou une turbomachine d'aéronef alimentée à l'hydrogène ou un lanceur spatial.
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