FR2975158A1

FR2975158A1 - Soupape ayant un passage d'evacuation de decharge de pression

Info

Publication number: FR2975158A1
Application number: FR1254101A
Authority: FR
Inventors: Jason Labrie; Kevin Arthur Roberg; Christopher Mcauliffe; Donald E Army
Original assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Current assignee: Hamilton Sundstrand Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-11-16
Anticipated expiration: 2032-05-04
Also published as: CN102777681B; CN102777681A; US9869403B2; FR2975158B1; US20120286181A1

Abstract

Une soupape (20 ; 120) comprend un boîtier de soupape (24 ; 124) ayant une chambre intérieure (26 ; 126) et un boîtier d'actionneur (28) dans lequel un actionneur (30) est disposé. Le boîtier d'actionneur (28) est fixé à l'intérieur du boîtier de soupape (24 ; 124). Une tige (32 ; 132) est couplée avec un élément de soupape (34 ; 134) et l'actionneur (30) et s'étend à l'intérieur d'un alésage (36 ; 136) entre la chambre intérieure (26 ; 126) et le boîtier de soupape (24 ; 124) et l'actionneur (30). La soupape (20 ; 120) comprend au moins un passage d'évacuation (38 ; 138) qui a une première extrémité (40 ; 140) qui s'ouvre sur l'alésage (36 ; 136) et une deuxième extrémité (42 ; 142) qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape (24 ; 122) et le boîtier d'actionneur (28).

Description

SOUPAPE AYANT UN PASSAGE D'EVACUATION DE DECHARGE DE PRESSION

Contexte La présente description concerne les soupapes entraînées par actionneur. Les soupapes entraînées par actionneur sont connues et utilisées pour réguler l'écoulement d'un fluide, tel qu'un fluide sous pression, dans un passage d'écoulement. La soupape entraînée par actionneur peut être conçue pour isoler l'actionneur du fluide sous pression. A cette fin, la soupape entraînée par actionneur peut comprendre un ou plusieurs joints d'étanchéité entre l'actionneur et les composants de soupape pour limiter l'écoulement du fluide sous pression, des composants de soupape dans l'actionneur.

Résumé On décrit une soupape qui comprend un boîtier de soupape avec une chambre intérieure et un boîtier d'actionneur qui contient un actionneur. Le boîtier d'actionneur est fixé avec le boîtier de soupape. Une tige est couplée à un élément de soupape et l'actionneur et s'étend à l'intérieur d'un alésage entre la chambre intérieure du boîtier de soupape et l'actionneur. La chambre comprend au moins un passage d'évacuation qui a une première extrémité qui s'ouvre sur l'alésage et une deuxième extrémité qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape et du boîtier d'actionneur. Le passage d'évacuation permet au fluide qui s'échappe par l'alésage de s'évacuer plutôt que d'entrer dans l'actionneur. Dans un autre aspect, une soupape comprend un boîtier de soupape comprenant une chambre intérieure et une partie de bâti (mount portion en anglais), un élément de soupape et une tige couplée à l'élément de soupape. La tige s'étend à partir de la chambre intérieure et par un alésage dans la partie de bâti. Au moins un passage d'évacuation s'étend à travers la partie de bâti et comprend une

première extrémité qui s'ouvre sur l'alésage et une deuxième extrémité qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape. On décrit également un procédé pour établir une évacuation de décharge de pression pour une soupape. Le procédé comprend l'étape consistant à fixer une partie de bâti du boîtier de soupape avec le boîtier d'actionneur de sorte qu'une tige couplée à l'élément de soupape et l'actionneur s'étend à partir de la chambre intérieure par un alésage dans la partie de bâti. La fixation établit au moins un passage d'évacuation entre l'actionneur et la chambre intérieure du boîtier de soupape.

Brève description des dessins Les autres caractéristiques et avantages des exemples décrits ressortiront plus clairement pour l'homme du métier d'après la description détaillée suivante. Les dessins qui accompagnent la description détaillée peuvent être brièvement décrits de la manière suivante. La figure 1 représente un exemple de soupape qui a un passage d'évacuation.

La figure 2 représente une vue en perspective d'une autre soupape ayant une pluralité de passages d'évacuation. La figure 3 représente une coupe d'une partie de la soupape représentée sur la figure 2. La figure 4 représente une vue axiale d'une partie de la soupape 25 représentée sur la figure 2.

Description détaillée La figure 1 illustre schématiquement des parties sélectionnées d'un exemple de soupape 20 qui est opérationnelle pour réguler 30 l'écoulement d'un fluide sous pression 22. Par exemple, la soupape 20 peut être utilisée dans un moteur de turbine à gaz pour réguler l'écoulement de l'air sous pression entre différentes zones du moteur. Il faut comprendre que la soupape 20 peut en variante être utilisée dans d'autres systèmes qui profitent de la présente description. 35 La soupape 20 comprend un boîtier de soupape 24 qui entoure généralement une chambre intérieure 26. Un boîtier d'actionneur 28 est fixé avec le boîtier de soupape 24 en utilisant des fixations mécaniques,

le soudage, ou similaires. Le boîtier d'actionneur 28 contient un actionneur 30 qui est couplé par le biais d'une tige 32 avec un élément de soupape 34. L'élément de soupape 34 peut être un piston ou un autre type de l'élément de soupape que l'actionneur 30 entraîne, par le biais de la tige 32, pour réguler l'écoulement du fluide sous pression 22. La soupape 20 peut être une soupape de dérivation de turbine et/ou une soupape de régulation de température pour réguler l'écoulement de l'air humide en tant que fluide sous pression 22, qui peut se condenser à l'intérieur de la soupape 20.

La tige 32 s'étend à l'intérieur d'un alésage 36 entre la chambre intérieure 26 du boîtier de soupape 24 et l'actionneur 30. Au moins un passage d'évacuation 38 (ci-après « passage d'évacuation 38 » est utilisé pour faire référence à un ou plusieurs passages d'évacuation) comprend une première extrémité 40 qui s'ouvre sur l'alésage 36 et une deuxième extrémité 42 qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape 24 et le boîtier d'actionneur 28. Le passage d'évacuation 38 a une surface transversale minimum qui est supérieure ou égale à une surface de jeu entre la tige 32 et l'alésage 36. La fixation du boîtier de soupape 24 avec le boîtier d'actionneur 28 établit ou positionne le passage d'évacuation 38 entre l'actionneur 30 et la chambre intérieure 26 du boîtier de soupape 24. Lors du fonctionnement de la soupape 20, l'actionneur 30 est sélectivement activé pour faire tourner la tige 32 et déplacer à son tour l'élément de soupape 34 entre les positions ouverte et fermée pour réguler l'écoulement du fluide sous pression 22. L'élément de soupape 34 peut être directement couplé à la tige 32 ou couplé au moyen d'une tringlerie (non représentée) à la tige 32. Au moins une partie du fluide sous pression 22 peut entrer dans la chambre intérieure 26 du boîtier de soupape 24. Un premier joint d'étanchéité 44 peut être prévu entre la chambre intérieure 26 et le boîtier d'actionneur 28, afin de limiter l'écoulement du fluide sous pression 22 par l'alésage 36 dans le boîtier d'actionneur 28. Dans l'exemple illustré, le premier joint d'étanchéité est entre l'alésage 36 et la tige 32. Le fluide sous pression 22 dans la chambre intérieure 26 peut s'échapper au-delà du premier joint d'étanchéité 44 et s'écouler à travers l'alésage 36 vers le boîtier d'actionneur 28. Le fluide sous pression 22 peut transporter de l'humidité ou des débris qui, s'ils sont

autorisés à s'écouler dans le boîtier d'actionneur 28, peuvent provoquer le dysfonctionnement de l'actionneur 30. A cet égard, la soupape 20 est conçue pour isoler la chambre intérieure 26 du boîtier de soupape 24 du boîtier d'actionneur 28 et de l'actionneur 30. Le passage d'évacuation 38 intercepte tout fluide sous pression 22 qui s'est échappé et évacue le fluide sous pression 22 à l'extérieur du boîtier de soupape 24 et du boîtier d'actionneur 28. Ainsi, l'écoulement du fluide sous pression 22 dans le boîtier d'actionneur 28 est réduit ou supprimé.

L'utilisation d'une taille de passage d'évacuation 38 qui est égale ou supérieure à la surface de jeu entre la tige 32 et l'alésage 36 fournit un écoulement non limité du fluide sous pression 22 qui peut s'échapper entre la tige 32 et l'alésage 36. S'il n'y a pas de premier joint d'étanchéité 44 ou si le joint d'étanchéité est complètement usé, la quantité maximum d'écoulement du fluide sous pression 22 à partir de la chambre intérieure 26 augmente au fur et à mesure que la pression du fluide augmente et/ou que la surface de jeu entre la tige 32 et l'alésage 36 augmente. En dimensionnant la surface transversale minimum du passage d'évacuation 38 pour qu'elle soit supérieure ou égale à la surface de jeu, le passage d'évacuation 38 ne limite pas l'évacuation du fluide sous pression 22. Ainsi, la totalité du fluide qui peut éventuellement s'échapper de la chambre intérieure 26 peut s'évacuer plutôt que de s'écouler dans le boîtier d'actionneur 28. La surface transversale minimum du passage d'évacuation 38 peut également être sélectionnée pour réguler un différentiel de pression sur un deuxième joint d'étanchéité 80 dans l'actionneur 30 afin qu'il soit inférieur à une pression de seuil prédéterminée. Par exemple, la tige 32 peut être supportée dans l'actionneur 30 sur un palier (bearing en anglais). Le palier peut comprendre de la graisse qui est utilisée en tant que deuxième joint d'étanchéité 80. Si le fluide sous pression 22 s'échappe de la chambre intérieure 26 dans le boîtier d'actionneur 28, et que la pression du fluide sous pression 22 est trop élevée, le fluide sous pression 22 peut ouvrir une brèche dans le deuxième joint d'étanchéité 80 et provoquer le dysfonctionnement de l'actionneur 30. En sélectionnant une surface transversale minimum correcte du passage d'évacuation 38 entre le premier joint d'étanchéité 44 et le deuxième joint d'étanchéité 80, le différentiel de pression sur le

deuxième joint d'étanchéité 80 peut être maintenu au-dessous d'une pression de seuil prédéterminée pour empêcher la formation d'une brèche dans le deuxième joint d'étanchéité 80. Certaines conditions sont utilisées pour calculer la surface transversale minimum du passage d'évacuation 38 afin de maintenir un différentiel de pression maximum sur le joint d'étanchéité 80. Ces conditions comprennent la pression et la température du fluide 22 à l'intérieur du boîtier de soupape 24, la pression entourant le boîtier de soupape 24 et le boîtier d'actionneur 28, la surface effective entre la tige 32 et l'alésage 36, et les différentes propriétés de fluide du fluide sous pression 22 à l'intérieur du boîtier de soupape 24. Dans un exemple, le différentiel de pression peut être maintenu à 0,1 psi (0,00068 MPa) ou moins. La figure 2 représente une vue en perspective d'un autre mode de réalisation d'une soupape 120. La figure 3 représente une vue en coupe schématique de la soupape 120 de la figure 2. Dans cette description, les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments lorsque cela est approprié, et les numéros de référence auxquels on ajoute une centaine ou ses multiples désignent des éléments modifiés. Les éléments modifiés sont compris comme comprenant les mêmes caractéristiques et avantages que les éléments d'origine correspondants. Dans le but de décrire l'agencement et d'observer le passage d'évacuation 138, l'actionneur 30 et le boîtier d'actionneur 28 ne sont pas représentés sur la figure 2. Dans l'exemple illustré, la soupape 120 comprend un boîtier de soupape 124 qui a une chambre intérieure 126 et une partie de bâti 150 (ci-après « rebord 150 »), à laquelle le boîtier d'actionneur 28 est fixé. Dans cet exemple, le rebord 150 est une saillie par rapport au boîtier de soupape 124 qui comprend des ouvertures 152 pour recevoir des fixations afin de fixer le boîtier d'actionneur 28. Le rebord 150 comprend une tige 150a et une tête 150b qui est plus grande que la tige 150a dans une dimension qui est perpendiculaire à l'axe A de la tige 132. La tige 132 est couplée avec l'actionneur 30 et un élément de soupape 134 pour réguler l'écoulement d'un fluide sous pression 122.

Dans cet exemple, l'élément de soupape 134 est un piston 135 qui effectue un mouvement de translation à l'intérieur d'une partie 154 du boîtier de soupape 124 pour réguler l'écoulement. Par exemple, lorsque

le piston 135 est déplacé vers l'extrémité 156 de la partie 154, la soupape 120 est fermée. Lorsque le piston 135 est rétracté vers l'extrémité 158 de la partie 154, l'écoulement est autorisé à travers les fenêtres 159 dans la partie 154.

Au moins un passage d'évacuation 138 (ci-après passage d'évacuation 138) s'étend à l'intérieur du rebord 150. Le passage d'évacuation 138 comprend une première extrémité 140 qui s'ouvre sur un alésage 136, à travers lequel la tige 132 s'étend. Le passage d'évacuation 138 comprend une deuxième extrémité 142 qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape 124 et du boîtier d'actionneur 28. De façon similaire à l'exemple représenté sur la figure 1, on peut prévoir un premier joint d'étanchéité 144 entre le boîtier de soupape 124 et le boîtier d'actionneur 28 pour limiter ou empêcher l'écoulement du fluide sous pression 122 à partir de la chambre intérieure 126, à travers l'alésage 136, vers le boîtier d'actionneur 28. La fixation de la partie de bâti du boîtier de soupape 124 avec le boîtier d'actionneur 28 établit ou positionne le passage d'évacuation 138 entre l'actionneur 30 et la chambre intérieure 126 du boîtier de soupape 124. Comme représenté sur la figure 2, le passage d'évacuation 138 comprend une pluralité de passages d'évacuation 138a, 138b, 138c et 138d. Il faut comprendre que dans d'autres exemples, la soupape 120 peut comprendre moins de 4 ou plus de 4 passages d'évacuation 138. Chacun de la pluralité de passages d'évacuation 138a-d comprend une première section 160 qui s'étend le long d'un axe central 162 qui est perpendiculaire à l'axe central A de la tige 132. Dans l'exemple illustré, la première section 160 s'étend à l'intérieur de la tête 150b du rebord 150 de sorte que le rebord 150 définit la première section 160 sur les trois côtés 160a, avec un côté ouvert 160b sur la face du rebord 150. Lorsque le boîtier d'actionneur 28 est fixé sur la face du rebord 150, le boîtier d'actionneur 28 ferme le côté ouvert 160b de la première section 160 et définit le quatrième côté de la première section 160. Le boîtier d'actionneur 28 définit ainsi partiellement les passages d'évacuation 138a-d. La première section 160 comprend la première extrémité 140 du passage d'évacuation 138a-d respectif. Une deuxième section 164 du passage d'évacuation 138 respectif s'étend de manière transversale jusqu'à la première section 160 et

comprend la deuxième extrémité 142. C'est-à-dire que l'axe central 163 le long duquel la deuxième section 164 s'étend est positionné selon un angle non parallèle à l'axe 162 de la première section 160 de sorte que le passage d'évacuation 138a-d respectif s'étend le long d'une trajectoire non droite et dirige le fluide sous pression 122 évacué dans une direction allant vers la surface extérieure du boîtier de soupape 124. L'évacuation du fluide sous pression 122 dans une direction allant vers le boîtier de soupape 124 facilite la dissipation de la pression du fluide sous pression 122 et empêche le fluide sous pression 122 de heurter indirectement les composants voisins de la soupape 120. Dans le mode de réalisation illustré, chaque première section 160 et deuxième section 164 respective a une surface transversale minimum. Dans les modes de réalisation, la surface transversale minimum de la deuxième section 164 est supérieure ou égale à la surface transversale minimum de la première section 160. C'est-à-dire qu'un rapport de la surface transversale minimum de la deuxième section 164 sur la surface transversale minimum de la première section 160 est égal ou supérieur à 1. Un tel rapport permet l'écoulement non limité à travers les passages d'évacuation 138a-d respectifs.

La figure 4 représente une vue axiale le long de l'axe A de la tige 132. La tige 132 a un diamètre externe 166 et l'alésage 136 a un diamètre interne 168. Il existe un jeu entre la tige 132 et l'alésage 136. La surface du jeu peut être calculée d'une manière connue à partir des diamètres 166 et 168. Les surfaces transversales minimums combinées du passage d'évacuation 138a-d sont égales ou supérieures à la surface de jeu entre la tige 132 et l'alésage 136. De façon similaire à l'exemple décrit sur la figure 1, l'utilisation d'une taille des passages d'évacuation 138a-d qui est égale ou supérieure à la surface de jeu entre la tige 132 et l'alésage 136 fournit un écoulement non limité de n'importe quel fluide sous pression 122 qui peut s'échapper entre la tige 132 et l'alésage 136. Egalement, la surface transversale minimum combinée des passages d'évacuation 138a-d peut également être sélectionnée pour réguler un différentiel de pression sur le deuxième joint d'étanchéité 80 dans l'actionneur 30 afin d'être inférieure à une pression de seuil, comme préalablement décrit. Bien qu'une combinaison des caractéristiques soit représentée sur les exemples illustrés, toutes ne doivent pas être combinées pour

réaliser les avantages des différents modes de réalisation dans cette description. En d'autres termes, un système conçu selon un mode de réalisation de la présente description ne comprend pas nécessairement toutes les caractéristiques représentées dans l'une quelconque des figures ou toutes les parties schématiquement représentées sur les figures. De plus, les caractéristiques sélectionnées d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple peuvent être combinées avec des caractéristiques sélectionnées d'autres modes de réalisation donnés à titre d'exemples.

La description précédente est donnée plutôt à titre exemple que limitative en nature. Les variantes et les modifications apportées aux exemples décrits qui peuvent ressortir clairement pour l'homme du métier ne s'éloignent pas nécessairement de la portée de l'invention qui est définie par les revendications. La portée de protection légale donnée à la présente description peut uniquement être déterminée en étudiant les revendications suivantes.

Claims

REVENDICATIONS1. Soupape (20 ; 120) comprenant : un boîtier de soupape (24 ; 124) comprenant une chambre 5 intérieure (26 ; 126) ; un élément de soupape (34 ; 134) ; une tige (32 ; 132) couplée avec l'élément de soupape, la tige s'étendant à partir de la chambre intérieure et à travers un alésage (36 ; 136) ; et 10 au moins un passage d'évacuation (38 ; 138) comprenant une première extrémité (40 ; 140) qui s'ouvre sur l'alésage et une deuxième extrémité (42 ; 142) qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape.
2. Soupape selon la revendication 1, comprenant : un boîtier d'actionneur (28) fixé avec le boîtier de soupape ; et 15 un actionneur (30) à l'intérieur du boîtier d'actionneur, dans laquelle l'alésage s'étend entre la chambre intérieure et l'actionneur ; dans laquelle la tige est couplée à l'actionneur ; et dans laquelle la deuxième extrémité du au moins un passage 20 d'évacuation s'ouvre sur un extérieur du boîtier d'actionneur.
3. Soupape selon la revendication 2, comprenant un premier joint d'étanchéité (44 ; 144) entre la tige et l'alésage et un deuxième joint d'étanchéité (80) à l'intérieur du boîtier d'actionneur, et le au moins un passage d'évacuation est entre le premier joint d'étanchéité et 25 le deuxième joint d'étanchéité.
4. Soupape selon la revendication 1, 2 ou 3 ; dans laquelle le boîtier de soupape comprend une partie de bâti (150) ; dans laquelle l'alésage est dans la partie de bâti ; et 30 dans laquelle le au moins un passage d'évacuation s'étend à travers la partie de bâti.
5. Soupape selon la revendication 4, dans laquelle la partie de bâti comprend un rebord comprenant une tige (150a) et une tête (150b) qui est plus grande que la tige du point de vue d'une dimension qui est 35 perpendiculaire à un axe (A) de la tige, et le au moins un passage d'évacuation s'étend à l'intérieur de la tête de sorte que la tête définit les côtés du au moins un passage d'évacuation et un côté ouvert du au moins un passage d'évacuation.
6. Soupape selon les revendications 2 et 5, dans laquelle le boîtier d'actionneur est fixé sur la tête du rebord pour fermer le côté ouvert du au moins un passage d'évacuation et définir partiellement le au moins un passage d'évacuation.
7. Soupape selon la revendication 4, 5 ou 6, dans laquelle le au moins un passage d'évacuation comprend une première section (160) ayant la première extrémité et qui s'étend le long d'un axe central (162) qui est perpendiculaire à l'axe de la tige, et une deuxième section (164) qui comprend la deuxième extrémité et qui s'étend transversalement par rapport à la première section.
8. Soupape selon la revendication 7, dans laquelle la première section et la deuxième section ont des surfaces transversales minimums respectives, et la surface transversale minimum de la deuxième section est supérieure ou égale à la surface transversale minimum de la première section.
9. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le boîtier d'actionneur définit partiellement le 20 au moins un passage d'évacuation.
10. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle une surface transversale minimum du au moins un passage d'évacuation est supérieure ou égale à une surface de jeu entre la tige et l'alésage. 25
11. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le au moins un passage d'évacuation comprend une pluralité de passages d'évacuation.
12. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième extrémité du au moins un 30 passage d'évacuation s'ouvre dans une direction allant vers une surface extérieure du boîtier de soupape.
13. Soupape selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le au moins un passage d'évacuation s'étend le long d'une trajectoire non droite entre la première extrémité et la 35 deuxième extrémité.
14. Procédé pour établir une évacuation de décharge de pression pour une soupape (120), le procédé comprenant :- prévoir une soupape (120) comprenant : - un boîtier de soupape avec une chambre intérieure (126) et une partie de bâti (150), - un élément de soupape (134), et - un boîtier d'actionneur (28) et un actionneur (20) à l'intérieur du boîtier d'actionneur ; et - fixer la partie de bâti du boîtier de soupape avec le boîtier d'actionneur de sorte qu'une tige (132) couplée avec l'élément de soupape et l'actionneur s'étend à partir de la chambre intérieure par un alésage (136) dans la partie de bâti, et la fixation établit au moins un passage d'évacuation (138) entre l'actionneur et la chambre intérieure du boîtier de soupape, le au moins un passage d'évacuation comprenant une première extrémité (140) qui s'ouvre sur l'alésage et une deuxième extrémité (142) qui s'ouvre sur un extérieur du boîtier de soupape et du boîtier d'actionneur.
15. Procédé selon la revendication 14, comprenant l'étape consistant à établir le au moins un passage d'évacuation pour diriger l'écoulement évacué vers une surface extérieure du boîtier de soupape.
16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, comprenant l'étape consistant à sélectionner une surface transversale minimum du au moins un passage d'évacuation pour réguler un différentiel de pression sur un joint d'étanchéité dans l'actionneur pour qu'il soit inférieur à une pression de seuil prédéterminée.