FR3069899A1 - Vanne de regulation et dispositif de propulsion - Google Patents

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Abstract

Vanne de régulation de débit de fluide comprenant un corps (2) tubulaire comprenant une buse (3) et un piston (5) reliés au corps (2), le piston (5) étant logé dans le corps (2), la buse (3) étant constituée d'une pièce munie d'un passage (4) de fluide de dimension calibrée débouchant à une extrémité de la buse (3) et formant un siège de clapet, ledit siège de clapet étant situé contre une extrémité du piston (5) formant un obturateur de clapet empêchant l'écoulement de fluide, le corps (2) étant constitué d'un matériau ayant un coefficient de dilatation différent de celui du piston (5) ou de la buse (3), la vanne (1) comprenant un organe (7) de chauffage qui selon la puissance de chauffage délivrée permet d'écarter l'extrémité de la buse (3) et le piston (5) par dilatations différentielles, pour autoriser l'écoulement de fluide entre l'entrée et la sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend une unique buse (3) et en ce que le piston (5) délimite un passage (6) pour le fluide dans le corps (2) pour l'écoulement du fluide entre l'entrée et la sortie.

Description

104) VANNE DE REGULATION ET DISPOSITIF DE PROPULSION.
FR 3 069 899 - A1 _ Vanne de régulation de débit de fluide comprenant un corps (2) tubulaire comprenant une buse (3) et un piston (5) reliés au corps (2), le piston (5) étant logé dans le corps (2), la buse (3) étant constituée d'une pièce munie d'un passage (4) de fluide de dimension calibrée débouchant à une extrémité de la buse (3) et formant un siège de clapet, ledit siège de clapet étant situé contre une extrémité du piston (5) formant un obturateur de clapet empêchant l'écoulement de fluide, le corps (2) étant constitué d'un matériau ayant un coefficient de dilatation différent de celui du piston (5) ou de la buse (3), la vanne (1 ) comprenant un organe (7) de chauffage qui selon la puissance de chauffage délivrée permet d'écarter l'extrémité de la buse (3) et le piston (5) par dilatations différentielles, pour autoriser l'écoulement de fluide entre l'entrée et la sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend une unique buse (3) et en ce que le piston (5) délimite un passage (6) pour le fluide dans le corps (2) pour l'écoulement du fluide entre l'entrée et la sortie.
L’invention concerne vanne de régulation et un dispositif de propulsion.
L’invention concerne plus particulièrement un vanne de régulation de débit de fluide comprenant un corps tubulaire avec une entrée de fluide et une sortie de fluide situées respectivement au niveau des deux extrémités du corps, la vanne comprenant une buse et un piston reliés au corps, le piston étant logé dans le corps, la buse étant constituée d’une pièce munie d’un passage de fluide de dimension calibrée débouchant à une extrémité de la buse et formant un siège de clapet, ledit siège de clapet étant situé contre une extrémité du piston formant un obturateur de clapet empêchant l’écoulement de fluide, le corps étant constitué d’un matériau ayant un coefficient de dilatation différent de celui du piston (5) ou de la buse, la vanne comprenant un organe de chauffage qui selon la puissance de chauffage délivrée permet d’écarter l’extrémité de la buse et le piston par dilatations différentielles, pour autoriser l’écoulement de fluide entre l’entrée et la sortie.
L’invention concerne en particulier tout type de vanne fonctionnant sur le principe d’ouverture (ou de fermeture) par dilatations thermiques différentes entre les pièces internes et le corps de la vanne.
Le document W02001/011437A1 concerne une vanne de conception symétrique possédant deux buses situées de part et d’autre un saphir de fermeture des buses.
La dilatation du corps de la vanne permet l’ouverture de chaque coté du saphir avec une symétrie d’ouverture qui n’est cependant pas parfaite. En effet, le passage calibré de la première buse n’est pas sonique alors que le deuxième passage lui sera sonique (sauf à très basse pression amont).
C’est-à-dire que la pression intermédiaire du gaz entre les deux buses (qui a subi une perte de charge importante par rapport à la pression d’entrée) n’est pas déterminable facilement. Le débit en sortie de la vanne est pourtant fonction de cette pression intermédiaire.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, la vanne selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu’elle comprend une unique buse et en ce que le piston délimite un passage pour le fluide dans le corps pour l’écoulement du fluide entre l’entrée et la sortie.
Cette structure permet de s’affranchir du système à double buses et du risque d’ouverture non symétrique.
Le débit de la vanne peut être régulé avec une grande précision en contrôlant la température de l’organe de chauffage.
De plus, à pression d’entrée égale, la rampe de montée en pression de cette structure de vanne est plus rapide que la rampe de pression de la vanne selon l’art antérieur.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le passage pour le fluide délimité par le piston comprend un interstice entre le piston et le corps et/ou un passage au travers du corps du piston,
- le piston est soudé sur le corps,
- le piston et le corps sont monoblocs,
- la vanne comporte un écrou fixé sur le corps et assurant le maintient de la buse ou du piston avec dans le corps,
- la buse est emmanchée dans le corps, la vanne comprenant un écrou monté sur la buse et sur le corps et assurant le maintien de la buse dans le corps,
- l’écrou est vissé sur une portion filetée du corps,
- l’écrou est soudé ou brasé sur le corps et/ou sur la buse,
- en position fermée de la vanne, l’effort de contact du piston sur le siège de clapet est défini par la position de serrage de l’écrou sur le corps.
L’invention concerne également un dispositif de propulsion d’un engin spatial comprenant, un moteur plasmique, un réservoir de gaz sous pression, notamment du xénon ou du Krypton, un circuit fluidique reliant le réservoir au moteur, le circuit comprenant une vanne de régulation conforme à l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
Selon d’autres particularités possibles :
- le dispositif comprend un capteur de mesure d’un paramètre de fonctionnement du moteur et un organe électronique de régulation et de contrôle de pilotage de la vanne de régulation en fonction du paramètre de fonctionnement,
- le paramètre de fonctionnement du moteur est l’un au moins parmi : la pression du fluide dans le moteur ou en amont du moteur, la poussée du moteur,
- l’organe électronique de régulation et de contrôle de pilotage de la vanne de régulation est configuré pour réguler la puissance de chauffage de l’organe de chauffage en fonction du paramètre de fonctionnement.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente une vue en coupe, schématique et partielle, d’un premier exemple de réalisation d’une vanne selon l’invention,
- la figure 2 représente une vue en coupe, schématique et partielle, d’un deuxième exemple de réalisation d’une vanne selon l’invention,
- la figure 3 représente une vue en coupe, schématique et partielle, d’un troisième exemple de réalisation d’une vanne selon l’invention,
- la figure 4 représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple d’utilisation d’une telle vanne dans un dispositif de propulsion.
La vanne 1 de régulation de débit de fluide illustrée à la figure 1 comprend un corps 2 tubulaire (par exemple métallique) définissant une entrée de fluide et une sortie de fluide situées respectivement au niveau des deux extrémités du corps 2.
Classiquement les entrée et sortie peuvent être reliées à des conduites capillaires respectives (non représentées) de transport du fluide.
La vanne 1 comprend une unique buse 3 et un piston 5 reliés au corps 2.
Le piston 5 est logé dans le corps 2, par exemple emmanché et soudé de façon étanche dans le corps 2 (soudure 8).
La buse 3 est constituée par exemple d’une pièce tubulaire munie d’un passage 4 de fluide de dimension calibrée (orifice calibré déterminé) débouchant à une extrémité de la buse 3 et formant un siège de clapet.
Ce siège de clapet est situé contre une extrémité du piston 5 qui forme un obturateur étanche de clapet empêchant l’écoulement de fluide entre les entrée et sortie.
Classiquement, le corps 2 est constitué d’un matériau ayant un coefficient de dilatation différent de celui du piston 5 et/ou de la buse 3.
La vanne 1 comprend en outre un organe 7 de chauffage qui, selon la puissance de chauffage délivrée, permet d’écarter l’extrémité de la buse 3 et le piston 5 par dilatations différentielles, pour autoriser l’écoulement de fluide entre l’entrée et la sortie.
L’organe 7 de chauffage est par exemple un fil chauffant enroulé autour du corps 2.
Le piston 5 délimite un passage 6 pour le fluide dans le corps 2 entre l’entrée et la sortie pour l’écoulement du fluide entre l’entrée et la sortie.
Comme illustré, le passage 6 pour le fluide délimité par le piston 5 (lorsque la vanne est en position ouverte) peut comprendre un interstice entre le piston 5 et le cops 2 et un passage au travers du corps du piston 5.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le piston 5 est soudé 8 sur le corps 2. La buse 3 peut être également soudée au corps 2. (soudures 8).
Dans la variante de la figure 2 la buse 3 peut être emmanchée dans le corps 2. Un écrou 9 est monté sur la buse 3 et sur le corps 2 et assure le maintien de la buse 3 dans le corps 2. Ainsi, l’assemblage soudé peut être remplacé par un assemblage fileté.
Il est important de bien maîtriser la température (chauffage 7) à laquelle la vanne 1 de régulation doit commencer à s’ouvrir. Avec un assemblage par soudage, la température de début d’ouverture est constatée à postériori et ne peut plus être modifiée. Le remplacement de la soudure par un assemblage fileté permet de maîtriser cette température lors de la fabrication.
Ainsi, l’assemblage entre le corps 2 et la partie interne de la vanne (clapet/piston ou siège 3) peut être réalisé via un écrou 9 de fermeture qui pourrait venir se visser sur une portion filetée du corps 2. L’écrou 9 peut comporter un épaulement venant en appui (butée) sur un épaulement de la buse 3, de façon à assurer un blocage axial dans le corps 2. Un brasage 8 en final sera de préférence tout de même réalisé pour figer le réglage de la vanne et assurer son étanchéité externe.
Le réglage de la vanne lors du montage peut être réalisé de deux façons différentes.
Dans un premier cas on applique le couple de serrage avec l’écrou 9 qui correspond à la précontrainte de la vanne fermée à la température ambiante.
Dans une deuxième possibilité, on chauffe la vanne à la température souhaitée de début d’ouverture de la vanne et on vient visser l’écrou 9 jusqu’à la mise au contact du clapet contre le siège, sans appliquer de couple supplémentaire.
Dans les deux cas le clapet et le siège ont eu au préalable une précontrainte de mise en forme qui doit être supérieure à tous les efforts que pourra subir la vanne au cours de sa vie, ceci dans le but d’assurer une reproductibilité de réglage au cours de la vie de la vanne.
Après réglage, l’écrou 9 peut être brasé dans le but de garantir l’étanchéité de l’assemblage vis-à-vis des fuites externes.
Dans la variante de la figure 3, le corps 2 de la vanne 1 et la buse 3 d’admission du gaz sont monobloc. Le piston 5 qui vient obstruer la buse 3 pour fermer la vanne 1 est une pièce rapportée qui, comme précédemment, peut être ajustée à l’aide de l’écrou 9 de réglage.
Comme illustré à la figure 4, la vanne 1 peut être utilisée dans un dispositif de propulsion d’un engin spatial comprenant, un moteur 11 plasmique, un réservoir 10 de gaz sous pression, notamment du xénon ou du Krypton.
La vanne 1 est située dans un circuit 12 fluidique relié au réservoir 10 et au moteur 11 plasmique.
Le dispositif peut comprendre un capteur 13 de mesure d’un paramètre P de fonctionnement du moteur (par exemple notamment la pression du fluide dans le moteur 11 ou en amont du moteur ou la poussée du moteur) et un organe 14 électronique de régulation et de contrôle de pilotage de la vanne 1 de régulation en fonction de ce paramètre de fonctionnement. L’organe 14 électronique de régulation et de contrôle de pilotage de la vanne 1 peut en particulier être configuré pour réguler la puissance de chauffage de l’organe 7 de chauffage (ouverture/fermeture de la vanne 1) en fonction du paramètre P de fonctionnement.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Vanne de régulation de débit de fluide comprenant un corps (2) tubulaire avec une entrée de fluide et une sortie de fluide situées respectivement au niveau des deux extrémités du corps (2), la vanne (1) comprenant une buse (3) et un piston (5) reliés au corps (2), le piston (5) étant logé dans le corps (2), la buse (3) étant constituée d’une pièce munie d’un passage (4) de fluide de dimension calibrée débouchant à une extrémité de la buse (3) et formant un siège de clapet, ledit siège de clapet étant situé contre une extrémité du piston (5) formant un obturateur de clapet empêchant l’écoulement de fluide, le corps (2) étant constitué d’un matériau ayant un coefficient de dilatation différent de celui du piston (5) ou de la buse (3), la vanne (1) comprenant un organe (7) de chauffage qui selon la puissance de chauffage délivrée permet d’écarter l’extrémité de la buse (3) et le piston (5) par dilatations différentielles, pour autoriser l’écoulement de fluide entre l’entrée et la sortie, caractérisée en ce qu’elle comprend une unique buse (3) et en ce que le piston (5) délimite un passage (6) pour le fluide dans le corps (2) pour l’écoulement du fluide entre l’entrée et la sortie.
  2. 2. Vanne selon la revendication 1, caractérisée en ce que le passage (6) pour le fluide délimité par le piston (5) comprend un interstice entre le piston (5) et le corps (2) et/ou un passage au travers du corps du piston (5).
  3. 3. Vanne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le piston (5) est soudé (8) sur le corps (2).
  4. 4. Vanne selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le piston (5) et le corps (2) sont monoblocs.
  5. 5. Vanne selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’elle comporte un écrou (9) fixé sur le corps (2) et assurant le maintient de la buse (3) ou du piston (5) avec dans le corps (2).
  6. 6. Vanne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la buse (3) est emmanchée dans le corps (2) et en ce que la vanne comprend un écrou (9) monté sur la buse (3) et sur le corps (2) et assurant le maintien de la buse (3) dans le corps (2).
  7. 7. Vanne selon la revendication 6, caractérisée en ce que l’écrou (9) est vissé sur une portion filetée du corps (2).
  8. 8. Vanne selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que l’écrou (9) est soudé ou brasé sur le corps (2) et/ou sur la buse (3).
  9. 9. Vanne selon l’une quelconque de revendication 6 à 8, caractérisée en ce que, en position fermée de la vanne, l’effort de contact du piston (5) sur le siège de clapet est défini par la position de serrage de l’écrou (9) sur le corps (2).
  10. 10. Dispositif de propulsion d’un engin spatial comprenant, un moteur (11) plasmique, un réservoir (10) de gaz sous pression, notamment du xénon ou du Krypton, un circuit (12) fluidique reliant le réservoir (10) au moteur (11), le circuit (12) comprenant une vanne (1) de régulation conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. 11 .Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu’il comprend un capteur (13) de mesure d’un paramètre (P) de fonctionnement du moteur et un organe (14) électronique de régulation et de contrôle de pilotage de la vanne (1) de régulation en fonction du paramètre de fonctionnement.
  12. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le paramètre (P) de fonctionnement du moteur est l’un au moins parmi : la pression du fluide dans le moteur (11 ) ou en amont du moteur, la poussée du moteur.
  13. 13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l’organe (14) électronique de régulation et de contrôle de pilotage de la vanne (1) de régulation est configuré pour réguler la puissance de chauffage de l’organe (7) de chauffage en fonction du paramètre (P) de fonctionnement.
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