EP4594662A1 - Electrovanne et equipement avec l'electrovanne - Google Patents

Electrovanne et equipement avec l'electrovanne

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Publication number
EP4594662A1
EP4594662A1 EP23785978.0A EP23785978A EP4594662A1 EP 4594662 A1 EP4594662 A1 EP 4594662A1 EP 23785978 A EP23785978 A EP 23785978A EP 4594662 A1 EP4594662 A1 EP 4594662A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
main
valve
auxiliary
solenoid valve
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23785978.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Arnaud Luc Charles Magette
Jean-Christian Bomal
Cédric Louis Marie Ghislain Frippiat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aero Boosters SA
Original Assignee
Safran Aero Boosters SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Aero Boosters SA filed Critical Safran Aero Boosters SA
Publication of EP4594662A1 publication Critical patent/EP4594662A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/36—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
    • F16K31/40—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor
    • F16K31/406—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston
    • F16K31/408—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston the discharge being effected through the piston and being blockable by an electrically-actuated member making contact with the piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/0624—Lift valves
    • F16K31/0627—Lift valves with movable valve member positioned between seats
    • F16K31/0631—Lift valves with movable valve member positioned between seats with ball shaped valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/42—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid by means of electrically-actuated members in the supply or discharge conduits of the fluid motor
    • F16K31/423—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid by means of electrically-actuated members in the supply or discharge conduits of the fluid motor the actuated members consisting of multiple way valves

Definitions

  • the present invention relates to a solenoid valve and equipment with the solenoid valve.
  • the valve for cryogenic gas.
  • the valve includes a body with a main inlet, a main outlet, and a main passage that connects the main inlet to the main outlet.
  • the valve also includes a main shutter of the main passage, the main shutter having an auxiliary inlet, an auxiliary outlet in communication with the main outlet and an auxiliary passage which connects the auxiliary inlet to the auxiliary outlet.
  • the valve further includes an auxiliary shutter including a closing surface configured to cut off the auxiliary passage and to drive the main shutter in the closing direction.
  • the auxiliary shutter further comprises a driving surface configured to drive the main shutter in the direction of opening by bearing on the edge of the auxiliary inlet and partially blocking it in order to slow down a flow.
  • Document GB2276222 describes a solenoid valve for hot water central heating radiators.
  • Document US4746093 describes a solenoid valve whose entry point is supplied with gaseous fluid.
  • Document FR1305081 describes a valve composed of a main piston which moves longitudinally in a box and one of the ends of which rests at the end of one of its strokes on the valve seat, and an auxiliary piston arranged inside the main piston and intended to guide the latter. There is clearance between the main piston and the inner wall of the valve housing housing the main piston. It is advantageously presented in this document not to put a seal between the exterior wall of the main piston and the interior wall of the valve box housing the main piston.
  • this valve is particularly suitable for substances of high viscosity and for cases where the temperature is high, due to the absence of a seal between the main piston and the interior wall of the valve box accommodating the main piston.
  • the disadvantage of the valve of these documents is that the operation restricts the range of use.
  • the invention proposes a solenoid valve comprising a body with a main fluid inlet, a main fluid outlet and a main passage which connects the main inlet to the main outlet; a main valve with a shutter, the main valve being movable between a position of closing of the main passage by the shutter and an opening position of the main passage, the main valve comprising an auxiliary fluid inlet in communication with the inlet main and an auxiliary fluid outlet in communication with the main outlet; an intermediate chamber connecting the auxiliary input and the auxiliary output; a movable pilot valve between a shuttered state of the auxiliary inlet and a closed state of the auxiliary outlet and to drive the main valve towards the open position.
  • the pilot valve is also configured to drive the main valve towards the position of closing the main passage.
  • the pilot valve is configured to drive the main valve towards the opening position by biasing a surface of the main valve or towards the closed position by biasing another surface of the main valve.
  • the pilot valve is in a bore of the main valve, the radial movement of the pilot valve in the bore maintaining the seal of the shutter of the auxiliary inlet or the auxiliary outlet.
  • the axial movement of the pilot valve is less than the axial movement of the main valve.
  • the solenoid valve is capable of receiving the fluid which is propellant in the liquid monophasic state, in the gaseous monophasic state or in the liquid and gaseous two-phase state.
  • the solenoid valve further comprises an enclosure, the main valve comprising a movable piston in the enclosure and separating the intermediate chamber from the main inlet within the enclosure.
  • the auxiliary inlet is in the piston and the auxiliary outlet is in the actuating rod.
  • the main valve is driven towards the opening position of the main passage with the pilot valve in the state of closing the auxiliary inlet and by emptying the intermediate chamber towards the main outlet.
  • the solenoid valve further comprises an enclosure, the main valve comprising a movable piston in the enclosure and separating the intermediate chamber from the main outlet within the enclosure.
  • the auxiliary input is in the actuating rod and the auxiliary output is in the piston.
  • the main valve is driven towards the opening position of the main passage with the pilot valve in the state of closing the auxiliary outlet and by filling the intermediate chamber from the main inlet.
  • the main valve comprises an actuating rod connecting the piston to the shutter.
  • the solenoid valve comprises an electromagnetic actuator with a solenoid and a ferromagnetic core actuated by the magnetic flux of the solenoid, the pilot valve being actuated by the core.
  • the invention also relates to equipment with a solenoid valve as described above, the equipment being aerospace equipment or aeronautics, such as a space launcher or an aircraft turbomachine powered by hydrogen or a space launcher.
  • a solenoid valve includes a body with a main fluid inlet, a main fluid outlet, and a main passage that connects the main inlet to the main outlet.
  • the solenoid valve also comprises a main valve with a shutter, the main valve being movable between a position of closing the main passage by the shutter and an opening position of the main passage, the main valve comprising an auxiliary fluid inlet in communication with the main inlet and an auxiliary fluid outlet in communication with the main outlet.
  • the solenoid valve also comprises an intermediate chamber connecting the auxiliary inlet and the auxiliary outlet as well as a movable pilot valve between a state of closure of the auxiliary inlet and a state of closure of the auxiliary outlet and for driving the valve main towards the open position.
  • the solenoid valve allows better management of the auxiliary inlet and the auxiliary outlet and therefore better control of the intermediate chamber. This makes it possible to extend the field of use of the solenoid valve, with a fluid in the liquid, gaseous or two-phase state, in particular propellant in the liquid, gaseous or two-phase state (preferably, of the cryogenic propellant).
  • Figures 1 to 4 illustrate embodiments of the solenoid valve according to the invention.
  • the solenoid valve 10 comprises a body 12 with a main fluid inlet 14 and a main fluid outlet 16.
  • a main passage 18 connects the main inlet 14 to the main outlet 16.
  • the main passage 18 makes it possible to put the main inlet 4 and the main outlet 16 in fluid communication.
  • the solenoid valve 10 also comprises a main valve 20 movable between a closing position of the main passage 18 and an opening position of the main passage 18. The movement of the main valve 20 towards the open position or towards the closed position makes it possible to control the distribution of a fluid towards distribution circuits within equipment in which the solenoid valve is implemented.
  • the high pressure zones are shown darker than the intermediate pressure zones, which are themselves darker than the low pressure zones.
  • the main valve 20 comprises an auxiliary fluid inlet 22 in communication with the main inlet 14 and an auxiliary fluid outlet 24 in communication with the main outlet 16.
  • the solenoid valve 10 comprises an intermediate chamber 26 which connects the auxiliary inlet 22 and the auxiliary outlet 24.
  • the communication of the auxiliary inlet 22 with the main inlet 14 allows the filling of the intermediate chamber 26 from the main inlet 14 and thus the increase in the pressure in the intermediate chamber 26.
  • the communication of the auxiliary outlet 24 with the main outlet 16 allows the emptying of the intermediate chamber 26 towards the main outlet 16 and thus the reduction of the pressure in the intermediate chamber 26.
  • the solenoid valve also includes a pilot valve 28 movable between a state of closure of the auxiliary input 22 and a state of closure of the auxiliary outlet 24.
  • a pilot valve 28 movable between a state of closure of the auxiliary input 22 and a state of closure of the auxiliary outlet 24.
  • the pilot valve allows better management of the opening or closing of each of auxiliary input and auxiliary output.
  • the pilot valve allows better control of the pressure in the intermediate chamber. This makes it possible to extend the range of use of the solenoid valve, with a fluid in the liquid, gaseous or two-phase state, in particular propellant, in particular cryogenic propellant.
  • the pilot valve 28 can drive the main valve 20 towards the open position.
  • the main passage can be opened by the combination of the action of the pilot valve and the management of the pressure in the intermediate chamber.
  • pilot valve 28 can be configured to drive the main valve 20 towards the closing position of the main passage 18.
  • solenoid valve is activated in one direction or the other by the combination of the action of the pilot valve and the management of the pressure in the intermediate chamber.
  • the pilot valve 28 is configured to drive the main valve 20 towards the opening position by biasing a surface 30 of the main valve and to drive the main valve 20 towards the closed position by biasing from another surface 32 of the main valve 20.
  • the main valve 20 is then driven by loading of the pilot valve 28 and by the management of the pressure in the intermediate chamber 26.
  • surface 30 of the main valve 20 allowing the driving of the main valve 20 towards the open position is represented; surface 32 could also be represented.
  • the pilot valve 28 can be in a bore 34 of the main valve 20.
  • the shape of the pilot valve 28 maintains the seal of the shutter of the auxiliary inlet or the auxiliary outlet.
  • the shape of the pilot valve 28 in relation to the bore 34 maintains the seal.
  • the radial movement of the pilot valve 28 in the bore 34 maintains the sealing of the shutter of the auxiliary inlet or the auxiliary outlet.
  • the clearance of the radial clearance is sufficient to allow the relative movement in all circumstances of the pilot valve but sufficiently low to significantly reduce the leakage section when the pilot valve is opposite the auxiliary inlet 22 (filling pipe - leak along the arrow through the pilot valve 28 according to the middle position of Figure 1 which is reduced significantly) or the auxiliary outlet 24 (drain conduit, Figures 3 and 4).
  • the advantage of the seal obtained by the relative shape of the pilot valve 28 and the bore 34 and in particular the radial movement of the pilot valve 28 in the bore 34 is that this reduces the friction of the pilot valve in the bore 34 and therefore makes it possible to reduce the need for effort when actuating the pilot piston 28 (by an actuator for example).
  • the pilot valve 28 comprises a conduit 29 allowing the intermediate chamber 26 to be placed in communication with the downstream (or main outlet 16) via the auxiliary outlet 24.
  • the main valve 20 comprises a shutter 38 of the main passage 18.
  • the shutter 38 has a shape matching the periphery of the main passage 18 so as to ensure sealing between the main inlet 14 and the main outlet 16, in shutter position.
  • the main valve 20 may also include an actuating rod 40 connecting a piston 42 to the shutter 38.
  • the piston 42 is movable in an enclosure 44 of the body 12 of the solenoid valve.
  • the piston 42 delimits the intermediate chamber 26 with one end of the enclosure 44.
  • the piston can also delimit the main inlet 14 or the main outlet 16 with the main passage 18 - as described below.
  • the actuating rod 40 may be hollow to connect the intermediate chamber 26 to the main inlet 14 or the main outlet 16 - as described below.
  • the sealing element 46 makes it possible to prevent leaks from the intermediate cavity 26, and especially at high pressure.
  • the sealing element 46 allows proper operation of the solenoid valve.
  • the sealing within the solenoid valve 10 can be achieved between the main valve 20 and the enclosure 44 by the sealing element 46 and be achieved between the pilot valve 28 and the main valve 20 by the shape of the pilot valve 28, in particular by a clearance (or adjustment) of the pilot valve 28 relative to the main valve 20, preferably a radial clearance (or adjustment).
  • This ensures sealing within the enclosure 44 while limiting the efforts to be deployed to actuate the pilot valve 28, in particular by an actuator of the pilot valve 28 (and therefore a reduction in the mass of the actuator of the pilot valve 28).
  • the solenoid valve 10 further comprises an electromagnetic actuator.
  • the actuator has a solenoid and a ferromagnetic core actuated by the magnetic flux of the solenoid.
  • the pilot valve 28 is actuated by the core via a rod 36 in the figures.
  • Such an actuator has the advantage of being light and simple to control since it is enough to apply a voltage to activate it.
  • such an actuator has the advantage of being quick to operate, which makes activation of the pilot valve 28 also quick to maneuver.
  • the fact of having a seal within the solenoid valve 10 obtained by the radial movement of the pilot valve 28 in the bore 34 allows relative movement between the main and auxiliary pistons while not modifying the behavior of the solenoid valve.
  • the fluid used in the solenoid valve is propellant in the liquid single-phase state, in the gaseous single-phase state or in the liquid and gaseous two-phase state. This concerns in particular cryogenic propellant, changing phase under extreme temperature conditions.
  • the solenoid valve is therefore a propellant-assisted valve with a solenoid actuator which uses the force available in the pressure of the fluid to actuate by managing the pressure in the intermediate chamber 26.
  • the solenoid valve 10 is not dependent on its integration in the equipment because it incorporates its own intermediate chamber (balancing chamber). The performance of the solenoid valve is dependent on the operating conditions (pressure, temperature of the fluid and the environment, etc.), but within a very wide range of values.
  • the solenoid valve 10 is used with propellants (for example, oxygen, hydrogen, methane) - in particular cryogenic propellants - which can be in liquid, vapor (gaseous) phase or a combination of both over a temperature range of 77K to 320K or more and a pressure range of 0 to 230bar or more.
  • propellants for example, oxygen, hydrogen, methane
  • cryogenic propellants which can be in liquid, vapor (gaseous) phase or a combination of both over a temperature range of 77K to 320K or more and a pressure range of 0 to 230bar or more.
  • These operating ranges are very wide compared to the valves of the prior art.
  • These value ranges also allow the solenoid valve to be able to operate in aerospace or aeronautics type equipment, such as a space launcher or an aircraft turbomachine.
  • the operating pressure and temperature ranges of the solenoid valve 10 cover different states of matter (liquid and/or gas).
  • the solenoid valve 10 can therefore have liquid, gas or a mixture of the two phases within it, at the same time.
  • the operation of the solenoid valve is based on the management of the pressure in the intermediate cavity 26 and this pressure is by definition variable.
  • the solenoid valve 10 can start the draining with a liquid fluid which then becomes gas as the pressure drops.
  • the solenoid valve 10 can also have liquid inlet and gas in the intermediate cavity 26 or downstream.
  • the sealing solutions of the solenoid valve 10 allow a good compromise between controlling leaks (under the conditions of use above) and efficient operation, in particular of the effort to be deployed to activate the pilot valve. 28.
  • This is not possible in the valves of the prior art, such as for example oil valves or any viscous substance, which are always used with a fluid (oil for example) in the monophasic phase (liquid) with relatively constant (in)compressibility and relatively constant density.
  • This is also not possible in the valves of the prior art, in which the operating clearances allow leaks.
  • Figure 1 illustrates an example of a possible embodiment with the intermediate chamber 26 located upstream of the solenoid valve.
  • the intermediate chamber 26 is filled when the solenoid valve is closed and partially empties to allow opening.
  • the piston 42 of the main valve 20 separates the intermediate chamber 26 from the main inlet 14 within the enclosure 44.
  • the auxiliary inlet 22 is in the piston 42 and the auxiliary outlet 24 is in the actuating rod 40.
  • the solenoid valve 10 is provided with an axial discharge and a radial supply. Three positions are illustrated in Figure 1 to show the opening of the solenoid valve 10. According to the left position of Figure 1, the solenoid valve 10 is closed, the shutter 38 ensuring sealing between the main inlet 14 and the main outlet 16.
  • the pilot valve 28 is in a state of closure of the auxiliary outlet 24, requesting the surface 32.
  • the auxiliary inlet 22 is open and puts the intermediate chamber 26 in fluid communication with the main inlet 14.
  • the pressure in the intermediate chamber 16 is the same as upstream of the valve (main inlet 14) and keeps the valve in the closed position (the shutter 38 on the seat of the main passage 18).
  • the pilot valve 28 contributes to maintaining the valve in the closed position by biasing the surface 32.
  • the solenoid valve 10 is always closed, the shutter 38 ensuring sealing between the main inlet 14 and the main outlet 16.
  • the pilot valve 28 is in a state of shutter of the auxiliary inlet 22, requesting the surface 30.
  • the auxiliary outlet 24 is open and puts the intermediate chamber 26 in fluid communication with the main outlet 16.
  • the intermediate chamber is emptying downstream (towards the outlet main valve 16) via the actuating rod 40.
  • the pressure of the intermediate chamber 26 decreases until a pressure balance is established on the main valve 20.
  • Figure 2 illustrates another possible embodiment with the intermediate chamber 26 located upstream of the solenoid valve.
  • the intermediate chamber 26 is filled when the solenoid valve is closed and partially empties to allow opening.
  • the piston 42 of the main valve 20 separates the intermediate chamber 26 from the main inlet 14 within the enclosure 44.
  • the auxiliary inlet 22 is in the piston 42 and the auxiliary outlet 24 is in the actuating rod 40.
  • Three positions are illustrated in Figure 2 to show the opening of the solenoid valve 10. According to the left position of Figure 2, the solenoid valve 10 is closed, the shutter 38 ensuring sealing between the main inlet 14 and the main outlet 16.
  • the pilot valve 28 is in a state of closure of the auxiliary outlet 24, requesting the surface 32.
  • the auxiliary inlet 22 is open and puts the intermediate chamber 26 in fluid communication with the main inlet 14.
  • the pressure in the intermediate chamber 26 is the same as upstream of the valve (main inlet 14) and keeps the valve in the closed position (the shutter 38 on the seat of the main passage 18).
  • the pilot valve 28 contributes to maintaining the valve in the closed position by biasing the surface 32.
  • the solenoid valve 10 is always closed, the shutter 38 ensuring the seal between the main inlet 14 and the main outlet 16.
  • the pilot valve 28 is in a state of shutter of the auxiliary inlet 22, requesting the surface 30.
  • the auxiliary outlet 24 is open and puts the intermediate chamber 26 in fluid communication with the main outlet 16.
  • the intermediate chamber is emptying downstream (towards the outlet main valve 16) via the actuating rod 40.
  • the pressure of the intermediate chamber 26 decreases until a pressure balance is established on the main valve 20.
  • Figures 3 and 4 illustrate yet another example of possible embodiment with the intermediate chamber 26 located downstream of the solenoid valve 10. The operation is reversed compared to Figures 1 and 2.
  • Figure 3 shows the opening of the solenoid valve 10
  • Figure 4 shows the closing of the solenoid valve 10.
  • the chamber 26 is at downstream pressure (main outlet 16) when the solenoid valve 10 is closed and fills to allow opening.
  • the intermediate chamber 26 empties when the solenoid valve is closed and fills totally or partially to allow opening.
  • THE piston 42 of the main valve 20 separates the intermediate chamber 26 from the main outlet 16 within the enclosure 44.
  • the auxiliary outlet 24 is in the piston 42 and the auxiliary inlet 22 is in the actuating rod 40.
  • Three positions are illustrated in Figure 3 to show the opening of the solenoid valve 10.
  • the solenoid valve 10 is closed, the shutter 38 ensuring sealing between the main inlet 14 and the main outlet 16.
  • the pilot valve 28 is in a state of closure of the auxiliary inlet 22.
  • Auxiliary outlet 24 is open and puts intermediate chamber 26 in fluid communication with main outlet 16.
  • the pressure in intermediate chamber 16 is the same as downstream of the valve (main outlet 16 ) and the upstream pressure (main inlet 14) keeps the valve in the closed position (the shutter 38 on the seat of the main passage 18).
  • the solenoid valve 10 is always closed, the shutter 38 ensuring the seal between the main inlet 14 and the main outlet 16.
  • the pilot valve 28 is in a state of shutter of the auxiliary outlet 24, requesting the surface 30.
  • the auxiliary inlet 22 is open and puts the intermediate chamber 26 in fluid communication with the main inlet 14 via the conduit 29.
  • the intermediate chamber is being filled from the upstream (main inlet 14) via the actuating rod 40.
  • the pressure of the intermediate chamber 26 increases.
  • the force exerted by the pressure on the upper surface of the piston 42 facing the intermediate chamber becomes greater than the force exerted by the pressure on the surface of the shutter 38 facing the 'upstream.
  • the pressure in the chamber 26 combined with the action of the pilot valve 28 on the surface 30 makes it possible to move the solenoid valve 10 to the open position.
  • the shutter 38 is no longer on the seat of the main passage 18.
  • the main valve 20 is driven towards the opening position of the main passage 18 with the pilot valve 28 in the shuttered state of the auxiliary outlet 24 and by the pressure which continues to rise in the intermediate chamber 26.
  • Figure 4 Four positions are illustrated in Figure 4 to show the closing of the solenoid valve 10.
  • the left position of Figure 4 corresponds to the open position on the right position of Figure 3.
  • solenoid valve 10 is always open.
  • the pilot valve 28 is in a state of blocking the auxiliary inlet 22.
  • the auxiliary outlet 24 is open and puts the intermediate chamber 26 in fluid communication with the downstream (the main outlet 16).
  • the intermediate chamber 26 is emptying downstream (towards the main outlet 16) through the piston 42. The pressure of the intermediate chamber 26 decreases.
  • FIG. 3 and 4 only the opening surface 30 of the main valve 20 is shown; by biasing the surface 30, the pilot valve 28 contributes to actuating the main valve 20 to open.
  • surface 32 is not shown as an example; it is possible to provide the surface 32 in the bore 34 so that by biasing the surface 32, the pilot valve 28 contributes to actuating the main valve 20 to close.
  • the pilot valve 28 has a “T” shape ensuring a mechanical stop with the main valve to be able to operate the latter in the absence of pressure.
  • the movement of the pilot valve 28 and the main valve 20 are along a common axis, vertical in the figures.
  • the travel of the pilot valve 28 is less than the travel of the main valve 20. More specifically, the axial travel of the pilot valve 28 is less than the axial movement of the main valve 20.
  • the movement of the pilot valve 28 is of an amplitude less than the amplitude of the movement of the main valve 20. This allows the pilot valve 28 to actuate the main valve 20 without the solenoid valve 10 being in a hyperstatic situation. Thus, it is the actuator operating the pilot valve 28 which comes to a stop, even though the main valve 20 does not come to a stop in the body 12.
  • the actuator operating the pilot valve 28 comes to a stop before the eyebolt 42 arrives against the body 12 of the valve, which makes it possible to optimize the actuator, particularly in terms of size and mass (which is advantageous in the aeronautical and aerospace environment).
  • the piston 4, actuating rod 40 and shutter 38 assembly forming the main valve 20 still has the possibility of moving vertically (because of the pressure variation in the cavity by example) between a high position (upper surface of the piston 42 in contact with the body 12), and a low position (pilot 28 in contact with the surface 30 of the piston 42.
  • the main valve 20 and the pilot valve 28 can have a shape spherical or elliptical to facilitate self-centering in relation to the element where the sealing must occur, the element being able to be provided with an opposite seat which is conical.
  • the main passage 18 can be provided with a conical seat.
  • the auxiliary outlet 24 can be provided with a conical seat.
  • the pilot valve 28 may include a ball to ensure at least one of the two seals (with the auxiliary inlet 22 and/or the auxiliary outlet 24). This type of seal consisting of a ball on a formed seat is efficient.
  • the pilot valve 28 is a ball and ensures sealing with both the auxiliary inlet 22 and the auxiliary outlet 24.
  • the pilot valve 28 includes a ball to ensure sealing with the auxiliary outlet 24.
  • the pilot valve 28 includes a ball to ensure sealing with the auxiliary inlet 22.
  • the solenoid valve 10 can be autoclaved when closed while not having the upstream pressure to overcome for opening.
  • the solenoid valve 10 has good sealing and the mass as well as the cost are reduced for a given passage section.
  • controlling such a solenoid valve is simple compared to valves of the prior art and in particular motorized valves.
  • the solenoid valve 10 take advantage of the pressure available in the upstream fluid, but it can also be activated without pressure by the direct action of the pilot valve 28 actuated by the solenoid actuator.
  • the solenoid valve 10 makes it possible to partition the auxiliary inlet 22 and the auxiliary outlet 24.
  • the management of the auxiliary inlet 22 (filling channel or conduit) and the auxiliary outlet 24 (drainage channel or conduit) makes it possible to manage independently the two flows and therefore allow operation despite the presence of possibly different phases within the fluid.
  • the pilot valve 28, auxiliary inlet 22 and auxiliary outlet 24 assembly is a three-way system making it possible to manage both the filling route and the emptying route. In Figures 1, 3, 4, the pilot valve assembly 28, auxiliary inlet 22 and auxiliary outlet 24, is radially sealed to be independent of the relative movements of the parts.
  • the solenoid valve 10 can operate with a fluid capable of changing phase and with limited dependence on the circuit in which the solenoid valve is integrated - unlike valves of the prior art which use pressure available in the flow and which are limited to particular operating cases.
  • the invention also relates to equipment comprising the solenoid valve 10. It may be naval aircraft equipment or aerospace equipment such as a space launcher or an aircraft turbomachine.
  • the equipment can operate on propellant, preferably cryogenic propellant.
  • the solenoid valve 10 can be an aeronautical or aerospace valve (launcher, rocket, rocket engine). It may be a cryogenic valve, in particular for aeronautical or aerospace purposes. Taking into account the management of two-phase aspects within the solenoid valve 10 allows it to be used in the aeronautical fields, in space launchers and in cryogenics.
  • the solenoid valve 10 can therefore also operate with propellant, in particular cryogenic. It may therefore be cryogenic equipment.
  • the solenoid valve 10 is in particular for aeronautical and aerospace equipment.
  • the solenoid valve 10 is suitable for the aeronautical and aerospace fields because it operates independently of its own weight, therefore independently of its orientation (and therefore of the orientation of the equipment), independently of the absence of gravity - and independently of vibrations .

Landscapes

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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.
Le document GB2276222 décrit une électrovanne pour des radiateurs de chauffage central à eau chaude. Le document US4746093 décrit une électrovanne dont le point d’entrée est alimenté en fluide gazeux. Le document FR1305081 décrit une soupape composée d’un piston principal qui se déplace longitudinalement dans une boîte et dont l’une des extrémités vient reposer à la fin d’une de ses courses sur le siège de la soupape, et d’un piston auxiliaire disposé à l’intérieur du piston principal et destiné à guider ce dernier. Un jeu est ménagé entre le piston principal et la paroi intérieure de la boîte de soupape accueillant le piston principal. Il est présenté de manière avantageuse dans ce document de ne pas mettre de garniture d’étanchéité entre la paroi extérieure du piston principal et la paroi intérieure de la boîte de soupape accueillant le piston principal. Ceci permet de ménager un jeu entre le piston principal et la paroi intérieure de la boîte de soupape accueillant le piston principal pour que le piston principal puisse se positionner sur le siège de la soupape. Le piston auxiliaire, sous l’effet de son propre poids, s’applique sur le siège de la soupape et le ferme. Enfin, selon ce document, cette soupape est particulièrement adaptée aux substances de forte viscosité et pour les cas où la température est élevée, du fait de l’absence de garniture d’étanchéité entre le piston principal et la paroi intérieure de la boîte de soupape accueillant le piston principal. L’inconvénient de la soupape de ces documents est que le fonctionnement restreint le domaine d’utilisation.
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 « I’ », 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 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. 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, en particulier de l’ergol à l’état liquide, gazeux ou diphasique (de préférence, de l’ergol cryogénique).
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 principalel 4 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, en particulier de l’ergol, en particulier de l’ergol cryogénique. Également, 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. La forme du clapet pilote 28 maintient l’étanchéité de l’obturation de l’entrée auxiliaire ou de la sortie auxiliaire. La forme du clapet pilote 28 par rapport à l’alésage 34 maintient l’étanchéité. 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). L’avantage de l’étanchéité obtenue par la forme relative du clapet pilote 28 et de l’alésage 34 et en particulier le débattement radial du clapet pilote 28 dans l’alésage 34 est que cela réduit le frottement du clapet pilote dans l’alésage 34 et donc permet de réduire le besoin d’effort lors de l’actionnement du piston pilote 28 (par un actionneur par exemple).
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. L’élément d’étanchéité 46 permet d’entraver les fuites depuis la cavité intermédiaire 26, et en particulier à haute pression. L’élément d’étanchéité 46 permet un bon fonctionnement de l’électrovanne.
L’étanchéité au sein de l’électrovanne 10 peut être réalisée entre le clapet principal 20 et l’enceinte 44 par l’élément d’étanchéité 46 et être réalisée entre le clapet pilote 28 et le clapet principal 20 par la forme du clapet pilote 28, en particulier par un débattement (ou ajustement) du clapet pilote 28 par rapport au clapet principal 20, un débattement (ou ajustement) radial de préférence. Ceci assure l’étanchéité au sein de l’enceinte 44 tout en limitant les efforts à déployer pour actionner le clapet pilote 28, en particulier par un actionneur du clapet pilote 28 (et donc une réduction de la masse de l’actionneur du clapet pilote 28).
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 manoeuvrer, ce qui rend l’activation du clapet pilote 28 également rapide à manœuvrer. Le fait d’avoir une étanchéité au sein de l’électrovanne 10 obtenu par le débattement radial du clapet pilote 28 dans l’alésage 34 autorise un déplacement relatifs entre les pistons principal et auxiliaire tout en ne modifiant par le comportement de l’électrovanne. Ceci présente l’avantage d’autoriser une mise en butée dans l’actionneur, ce qui permet de maximiser la force électromagnétique développée par l’actionneur. De cette manière, le courant électrique nécessaire et donc la masse et le volume de l’actionneur s’en trouve réduits - ce qui est avantageux dans les domaines aéronautique et aérospatiale où la limitation de masse est une contrainte forte puisque toute la masse embarquée doit être propulsée.
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. Il s’agit en particulier d’ergol cryogénique, changeant de phase dans des conditions de températures extrêmes. 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. L’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. A la différence de vannes de l’art antérieur, telles qu’à huile ou toute substance visqueuse, l’électrovanne 10 s’utilise avec des ergols (par exemple, oxygène, hydrogène, méthane) - en particulier des ergols cryogéniques - 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. Ces plages de valeurs permettent aussi à l’électrovanne d’être apte à fonctionner dans des équipements du type aérospatial ou aéronautique, tel qu’un lanceur spatial ou une turbomachine d’aéronef. 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.). L’utilisation d’ergol, en particulier cryogénique, (par exemple oxygène, hydrogène ou méthane) a un état qui peut changer en fonction de la température et de la pression du fluide. L’électrovanne 10 peut donc avoir en son sein du liquide, du gaz ou un mélange des deux phases, au même moment. Le fonctionnement de l’électrovanne est basé sur la gestion de la pression dans la cavité intermédiaire 26 et que cette pression est par définition variable. L’électrovanne 10 peut démarrer la vidange avec un fluide liquide qui devient ensuite du gaz au fur et à mesure que la pression baisse. L’électrovanne 10 peut aussi avoir du liquide en entrée et du gaz dans la cavité intermédiaire 26 ou en aval. En outre, les solutions d’étanchéité de l’électrovanne 10 permettent un bon compromis entre la maîtrise des fuites (dans les conditions d’utilisation ci-dessus) et le fonctionnement efficace, notamment de l’effort à déployer pour activer le clapet pilote 28. Ceci n’est pas possible dans les vannes de l’art antérieur, telles que par exemple les vannes à huile ou toute substance visqueuse, 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. Ceci n’est pas non plus possible dans les vannes de l’art antérieur, dans lesquelles les jeux de fonctionnement autorisent les fuites.
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 l’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 (l’obturateur 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 (l’obturateur 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, 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. 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 (l’obturateur 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 équilibre 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, notamment en terme de taille et de masse (ce qui est avantageux dans le milieu aéronautique et aérospatial). Ainsi, lorsque l’actionneur 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 12), 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 qui 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’intégre - 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. L’équipement peut fonctionner à l’ergol, de préférence l’ergol cryogénique. L’électrovanne 10 peut être une vanne aéronautique, aérospatiale (lanceur, fusée, moteur de fusée). Il peut s’agir d’une vanne cryogénique, notamment à des fins aéronautique, aérospatiale. La prise en compte de la gestion des aspects diphasiques au sein de l’électrovanne 10 permet de l'utiliser dans les domaines aéronautique, dans des lanceurs spatiaux et de la cryogénie. L’électrovanne 10 peut donc aussi fonctionner avec de l’ergol, en particulier cryogénique. Il peut donc s’agir d’un équipement cryogénique. L’électrovanne 10 est en particulier pour des équipements aéronautiques et aérospatiaux. L’électrovanne 10 convient pour les domaines aéronautiques et aérospatiaux car elle fonctionne indépendamment de son poids propre, donc indépendamment de son orientation (et donc de l’orientation de l’équipement), indépendamment de l’absence de pesanteur - et indépendamment de vibrations.
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

Revendications
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, l’électrovanne étant apte à recevoir le fluide qui est de l’ergol cryogénique à l’état monophasique liquide, à l’état monophasique gazeux ou à l’état diphasique liquide et gazeux.
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, 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.
7. 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.
8. 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.
9. Electrovanne (10) selon l’une des revendications 1 à 5, 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.
10. 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.
11 . 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.
12. Electrovanne (10) selon l’une des revendications 6 à 11 , dans laquelle le clapet principal comporte une tige d’actionnement (40) reliant le piston (42) à l’obturateur.
13. 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.
14. 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.
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