FR2933760A1 - Dispositif d'actionnement de vanne a papillon - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'actionnement de vanne à papillon, comprenant un axe (1) entraîné en rotation par coopération avec des moyens d'actionnement (2) sous forme d'au moins un arbre (3) en déplacement linéaire, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'actionnement (2) comprennent au moins un bras de levier (4) solidaire dudit axe (1) en au moins un point (A) et en contact en au moins un point (B) avec ledit arbre (3) de sorte que le déplacement linéaire dudit arbre (3) induise un couple entraînant ledit axe (1) en rotation.

Description

La présente invention entre dans le domaine des actionneurs de vanne de type à papillon . L'invention concerne un dispositif d'actionnement de vanne à papillon.

L'invention trouvera une application particulière, mais aucunement limitative, dans les vannes à papillon équipant des systèmes de circulation de fluide, notamment d'un flux d'air, tel un système d'air conditionné. De manière spécifique, un tel système est destiné à être embarqué au sein d'un véhicule terrestre, maritime ou aérien, plus particulièrement mais non limitativement, un aéronef. Dans ce cadre particulier, un tel dispositif d'actionnement de vanne est soumis à de nombreuses contraintes. La plus importante concerne le rapport entre la puissance fournie et l'efficacité obtenue. En effet, l'économie d'énergie au sein d'un véhicule est primordiale autant d'un point de vue économique que pour améliorer l'autonomie de l'appareil. Une autre contrainte découle spécifiquement de l'actionnement d'une vanne à papillon.

A ce titre, rappelons qu'une vanne à papillon comprend un élément, dit papillon , conformé de manière complémentaire à la section intérieure du conduit à l'intérieur duquel il s'inscrit, généralement de forme circulaire ou ovoïdale. Afin d'améliorer l'étanchéité, un joint supplémentaire peut être positionné en périphérie dudit élément ou au niveau de la paroi intérieure dudit conduit. Ledit élément est monté solidaire d'un axe entraîné en rotation de sorte que le papillon passe depuis une position de fermeture par obstruction de l'intérieur dudit conduit, par une position intermédiaire, jusqu'à une position d'ouverture dans laquelle ledit élément s'étend selon l'axe longitudinal dudit conduit. L'objet de la présente demande concerne donc un dispositif d'actionnement d'une telle vanne à papillon, comprenant notamment les moyens d'entraînement en rotation dudit axe.

De manière connue, un tel dispositif est alimenté par l'une ou une combinaison d'énergies électrique, hydraulique ou pneumatique. Nous nous intéresserons plus particulièrement, mais non limitativement, à l'énergie pneumatique dans le cadre d'une vanne à papillon inscrite au sein d'un système de circulation de flux d'air.

Généralement, un dispositif d'actionnement pneumatique de vanne à papillon prélève directement de l'air sous pression en amont de ladite vanne. L'air prélevé est envoyé vers une chambre, généralement de forme cylindrique, dont une paroi est mobile, à la manière d'un piston. Le déplacement de la paroi en translation au sein de ladite chambre est converti en un mouvement de rotation dudit axe. Cette transformation est réalisée de manière connue au moyen d'un couple bielle-manivelle, d'un système à pignon et crémaillère ou analogue. L'utilisation de l'énergie pneumatique disponible au plus près de la vanne à actionner diminue fortement l'énergie consommée ainsi que sa distribution. Toutefois, dans certaines conditions pénalisantes, l'actionnement de la vanne est particulièrement difficile. Par exemple, au moment du passage de la position de fermeture à une position intermédiaire entrouverte lorsque l'air contenu en amont de la vanne présente une pression faible. Cette configuration devient problématique en raison de la pollution qui s'accumule sur le pourtour de l'élément en position de fermeture, à la jonction avec la paroi intérieure dudit conduit, notamment au niveau dudit joint d'étanchéité. En effet, des particules solides et liquides, telles des poussières et des gouttelettes d'eau ou d'huile, s'agglomèrent préférentiellement au niveau cette jonction, créant un point dur à l'ouverture de la vanne.

Ce dernier peut devenir exceptionnellement contraignant en condition de givre ou de formation de glace. Ce cas se pose fréquemment pour un circuit embarqué au sein d'un aéronef, en raison des fortes variations de pression et des températures négatives.

Les dispositifs existants tentent de résoudre ce problème en augmentant la force d'entraînement en rotation dudit élément. Outre la dépense supplémentaire d'énergie en résultant, cette augmentation nécessite un dispositif plus robuste, de plus grande taille et donc plus lourd. A titre d'exemple, des dispositifs pneumatiques connus augmentent la taille de la chambre et de sa paroi mobile, surdimensionnant la surface active recevant la pression d'air. Il en est de même pour des dispositifs alimentés hydrauliquement ou électriquement. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'état de la technique en proposant de démultiplier l'effort d'actionnement au moment du passage de la position de fermeture à la position intermédiaire entrouverte. Pour ce faire, le dispositif d'actionnement est conformé de manière à produire un couple rotatif suffisant pour entraîner ledit élément à partir d'un effort linéaire constant. Ainsi, la présente invention a pour objet un dispositif d'actionnement de vanne à papillon, comprenant un axe entraîné en rotation par coopération avec des moyens d'actionnement sous forme d'au moins un arbre en déplacement linéaire, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'actionnement comprennent au moins un bras de levier solidaire dudit axe en au moins un point A et en contact en au moins un point B avec ledit arbre de sorte que le déplacement linéaire dudit arbre induise un couple entraînant ledit axe en rotation.

De plus, la cinématique résultant du dispositif selon l'invention offre l'avantage d'une ouverture plus lente, atténuant l'effet dit coup de bélier (ou overshoot ) car elle évite une augmentation brutale de la pression en aval de la vanne.

Un autre avantage résulte de la simplicité de ce dispositif limitant le nombre de pièces, générant une économie de fabrication, pour une fiabilité améliorée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue longitudinale d'un mode de réalisation préférentiel du dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe selon l'axe A-A' de la figure 1 ; et - la figure 3 est une représentation schématique de la figure 1. La présente invention concerne l'actionnement de vanne à papillon, plus particulièrement la mise en rotation de l'axe 1 d'une telle vanne. Pour ce faire, elle a donc pour objet un dispositif d'actionnement de vanne papillon. Un tel dispositif comprend ledit axe 1 entraîné en rotation par l'intermédiaire de moyens d'actionnement 2. Ces derniers sont conformés de manière à coopérer avec ledit axe 1 de manière à l'entraîner en rotation sous l'action d'au moins un arbre 3 en déplacement linéaire selon un axe C-C'. A ce titre, comme visible sur les figures 1 et 2, un tel arbre 3 peut présenter la forme d'un piston. Comme évoqué précédemment, ce piston coulisse à l'intérieur d'une chambre recevant de l'air sous pression. Sous cette action, l'arbre 3 se déplace en translation, transmettant une force F au sein des moyens d'actionnement 2. Le but du présent dispositif est de convertir cette force F - en un couple entraînant ledit axe 1 en rotation tout en démultipliant l'effort ainsi généré.

Pour ce faire, lesdits moyens d'actionnement 2 comprennent au moins un bras de levier 4 solidaire dudit axe 1 en au moins un point A. De plus, ledit bras 4 est en contact en au moins un point B avec ledit arbre 3 de sorte que le déplacement linéaire de l'arbre 3 induise un couple entraînant ledit axe 1 en rotation. Ainsi, la poussée, suivant la force F appliquée transversalement à l'axe longitudinal B-B' dudit bras 3, produit au point de contact B une unique force résultante FBorthogonale audit axe B-B'. En effet, l'action au point de 35 contact B est supposée parfaite, il n'existe donc aucune force tangentielle au point B. Cette résultante dépend de l'inclinaison du bras 4 par rapport à l'arbre 3. Comme visible sur la figure 3, cette inclinaison se traduit par un angle a déterminé par l'axe linéaire C-C' de l'arbre 3 et l'axe longitudinal B-B' du bras de levier 4. De manière préférentielle, mais aucunement limitative, dans la position initiale, l'angle a mesure 30°. A ce titre, ladite position initiale correspond à la configuration de fermeture de ladite vanne, lorsque le papillon obstrue ledit conduit. Comme évoqué précédemment, c'est dans cette position qu'un blocage peut fréquemment avoir lieu, notamment au niveau du joint périphérique audit papillon. D'autre part, le couple exercé sur l'axe 1 dépend de la distance [AB] entre les points A et B. Dans le cas présent, nous déterminons cette distance en fonction dudit angle a et de son espacement d selon un axe orthogonal à l'axe C-C', au travers de la formule : [AB]= d sin (oc De manière particulière, la distance [AB] est égale à l'espacement d lorsque ledit bras 4 vient en position orthogonale à l'axe C-C' dudit arbre 3, correspondant à une position intermédiaire d'ouverture de ladite vanne. En effet, dans cette configuration, l'angle a vaut 90° et son sinus est égal à 1.

A partir de ces données de base, le couple exercé sur l'axe 1 au point A équivaut à l'unique force résultante multipliée par la distance [AB], à savoir : FB x [AB] = F x cl sin (a ) sin (oc Fd

sin2((c) Par conséquent, en fonction de l'angle a, le rapport le carré de son sinus offre un facteur multiplicateur variable, diminuant, sous une action linéaire constante. En l'état, pour un angle a de 30°, la valeur d'un tel facteur est de 4. FB sur Comparativement, une transformation simple par crémaillère, connue de l'état de la technique, obtient un couple équivalent à FB = F x d . En pratique, l'angle varie de 30° à 90° avec une amplification maximale pour les valeurs d'angles faibles et minimale pour les valeurs d'angles plus élevés. En d'autres termes, l'amplification obtenue est décroissante lorsque la valeur de l'angle croit. Afin d'obtenir ce résultat avantageux, lesdits moyens d'actionnement 2 comprennent au point de contact B au moins un galet 5. Ce dernier est solidaire dudit arbre 3. Il peut être monté en glissement ou en roulement contre ledit bras 4. Dans le mode préférentiel de réalisation, un tel galet 5 est monté en roulement.

A ce titre, au cours du déplacement du dispositif, on notera que le point B définit une zone de contact 6 le long du bras de levier 4, la distance [AB] diminuant. Par ailleurs, ledit bras de levier 4 peut se présenter sous la forme d'une simple tige. Selon le mode préférentiel de réalisation, il prend la forme d'une fourche double entourant ledit galet 5. Cette fourche comprend donc une première et une seconde branches 7 et 8 s'étendant parallèlement l'une par rapport à l'autre, encadrant ledit galet 5. Elles forment ainsi un guide de roulement dudit galet 5.

Ladite seconde branche 8 peut permettre la réversibilité du mouvement sous l'action du déplacement linéaire inverse dudit arbre 3. Cette réversibilité peut aussi être obtenue à partir de ladite tige simple au moyen d'un galet supplémentaire situé en 30 vis-à-vis du galet 5 et encadrant cette tige. L'inversion du mouvement peut aussi être obtenue au travers de moyens de rappel élastique 9 situés au niveau du bras de levier 4 ou de l'axe 1. Selon le mode de réalisation visible sur la figure 2, ces moyens de rappel élastique 9 se 35 présentent sous la forme d'un ressort de torsion, enroulé autour dudit l'axe 1 entraîné en rotation. Afin d'assurer un guidage rectiligne, lesdits moyens d'actionnement 2 comprennent un bras supplémentaire 10. Il est avantageusement constitué de manière similaire au bras de levier 4. Il s'étend parallèlement à ce dernier et est solidaire dudit axe en un point A'. Par ailleurs, selon le mode de réalisation préférentiel, un axe 11 relie le galet 5 avec le galet correspondant du bras supplémentaire 11. Cet axe 11 traverse transversalement l'arbre linéaire 3. De plus, cet axe traversant 11 peut être monté libre, en rotation. Solidaire de chacun des galets, il assure alors leur roulement. Selon une autre configuration, lesdits galets sont montés en rotation sur l'axe 11 au travers de moyens adaptés, tel un roulement à bille ou une bague constituée d'un matériau à faible coefficient de frottement. Dans ce dernier cas, chaque galet glisse autour de l'axe 11 et roule au contact du bras 4. Le reste du dispositif d'actionnement 1 peut être constitué en tout type de matériau, préférentiellement mais non limitativement, métalliques assurant une robustesse adaptée aux contraintes pour un poids le moins élevé possible, tout en prenant en compte leur faible coefficient de frottement. A titre d'exemple, ledit bras de levier 4 peut être réalisé en acier inoxydable tandis que chaque galet est constitué en acier de roulement ou en bronze. La présente invention améliore considérablement l'actionnement de vanne à papillon. La valeur du couple généré est plus élevée afin de débloquer la vanne lorsqu'elle présente une résistance à l'ouverture, puis diminue après ce point dur. De plus, l'économie d'énergie associée à son faible encombrement la destine tout particulièrement au domaine de l'aéronautique où ces critères sont primordiaux. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits précédemment qui peuvent présenter des variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. A titre d'exemple, la distance [AB], l'angle a et les dimensions des éléments constitutifs du dispositif 1 peuvent varier en fonction de la taille de la vanne à actionner et des contraintes qu'elle subit.

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'actionnement de vanne à papillon, comprenant un axe (1) entraîné en rotation par coopération avec des moyens d'actionnement (2) sous forme d'au moins un arbre (3) en déplacement linéaire, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'actionnement (2) comprennent au moins un bras de levier (4) solidaire dudit axe (1) en au moins un point (A) et en contact en au moins un point (B) avec ledit arbre (3) de sorte que le déplacement linéaire dudit arbre (3) induise un couple entraînant ledit axe (1) en rotation.
2. 2. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au point (B), lesdits moyens d'actionnement (2) comprennent au moins un galet (5) solidaire dudit arbre (3) et monté en glissement contre ledit bras (4).
3. 3. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au point (B), lesdits moyens d'actionnement (2) comprennent au moins un galet (5) solidaire dudit arbre (3) et monté en roulement contre ledit bras (4).
4. 4. Dispositif d'actionnement selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que ledit bras (4) se présente sous la forme d'une fourche double entourant ledit galet (5).
5. 5. Dispositif d'actionnement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit bras (4) est incliné par rapport audit arbre (3), en position initiale, selon un angle (a) de 30°.
6. 6. Dispositif d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'actionnement (2) comprennent un bras (10) supplémentaire similaire s'étendant parallèlement audit bras de levier (4) et solidaire dudit axe (1) en un point (A').
7. 7. Dispositif d'actionnement selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit bras supplémentaire (10) comprend un galet (5) monté sur un axe (11) traversant ledit arbre (3) pour coopérer avec le galet (5) dudit bras (4). 9
8. 8. Dispositif d'actionnement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit arbre (3) est un piston en déplacement linéaire.