TITRE : VALVE DE PRESSION MUNIE D'UN SOUPAPE

TOURNANTE

La présente invention porte sur une valve de pression munie d'une soupape tournante. L'invention pourra être mise en œuvre avec des canalisations dans lesquelles circule tout type de fluide, tel que notamment un gaz et/ou un liquide. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les canalisations aéronautiques dans lesquelles circulent de l'air et/ou du carburant.

De façon connue en soi, une valve de pression à ressort comporte un corps ayant une ouverture d'admission de fluide et une ouverture de refoulement de fluide. La valve de pression comporte également un guide et une soupape munie d'une tige montée mobile en translation par rapport au guide entre une position fermée dans laquelle la soupape est en appui contre un siège de soupape et une position ouverte dans laquelle la soupape est écartée par rapport au siège de soupape. Un ressort de rappel disposé entre le guide et la soupape sollicite la soupape contre le siège de soupape en position fermée. Un tarage du ressort de rappel permet de définir un seuil de pression au-delà duquel la valve de pression passe en position ouverte.

Toutefois, à bas débit de fluide, l'ouverture partielle de la soupape génère des pertes de charge importantes.

En outre, pour certains points fonctionnement, il est observé une instabilité de la soupape entrant alors dans un régime oscillant à des fréquences pouvant atteindre 60Hz. De telles oscillations sont susceptibles d'entraîner une usure prématurée, voire engendrer une casse des composants internes de la valve de pression.

L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant une valve de pression comportant:

- un corps ayant une ouverture d'admission de fluide et une ouverture de refoulement de fluide, et

- une soupape munie d'une tige montée mobile suivant une direction axiale par rapport au corps entre une position fermée dans laquelle la soupape est en appui contre un siège de soupape et une position ouverte dans laquelle la soupape est écartée par rapport au siège de soupape.

Par ailleurs, la valve de pression comporte en outre au moins une ailette disposée en amont de la soupape destinée à générer une mise en rotation de la soupape lorsqu'un fluide traverse d'amont en aval le corps depuis l'ouverture d'admission de fluide vers l'ouverture de refoulement de fluide.

L'invention permet ainsi, grâce à l'intégration d'une ou plusieurs ailettes, de générer un couple au niveau de la tige de la soupape pour forcer la pleine ouverture de la soupape et un maintien en position pleine ouverte. La pleine ouverture de la valve de pression est atteinte dès les plus bas débits, ce qui réduit les pertes de charge dans une telle zone de fonctionnement. En outre, les ailettes, ne perturbant pas le flux de fluide, permettent d'éviter tout régime instable de fonctionnement de la soupape.

Selon diverses réalisations de l'invention, la valve de pression peut comporter

- une pluralité d'ailettes espacées angulairement entre elles de façon régulière, et/ou

- un guide fixe en translation par rapport au corps comprenant un dispositif de guidage destiné à assurer un guidage de la soupape par rapport au guide suivant une trajectoire spécifique, en particulier une trajectoire hélicoïdale, de façon à transformer le mouvement de rotation de la soupape en un déplacement axial.

Par ailleurs, le dispositif de guidage peut comporter au moins un doigt lié mécaniquement à l'un des éléments sélectionné parmi la tige de la soupape et le guide, le doigt coopérant avec une rainure de guidage, en particulier de forme hélicoïdale, réalisée dans l'autre des éléments sélectionné parmi la tige de la soupape et le guide.

De plus, selon l'invention, la valve de pression peut être telle que :

- l'ailette est portée par une broche agencée ou fixée sur une face de la soupape tournée du côté de l'ouverture d'admission du fluide ;

- la valve de pression comporte une pluralité d’aubes disposées sur une périphérie externe du guide ;

- les aubes comportent chacune une entaille autorisant un passage d'un jonc destiné à coopérer avec une gorge circonférentielle de forme correspondante réalisée dans une face interne du corps pour maintenir fixe en translation le guide par rapport au corps ;

- le guide porte un support contre lequel vient en appui une extrémité du ressort de rappel, notamment disposé axialement entre le guide et la soupape ;

- le corps comporte des interfaces de fixation avec un élément structurel ; et/ou

- la valve de pression est réalisée dans un matériau métallique, notamment en aluminium.

Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

La présente invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentées à titre d’exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de la présente invention et l’exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles:

[Fig. 1 a] [Fig. 1 b] Les figures 1 a et 1 b sont des vues en perspective suivant deux angles différents de la valve de pression selon la présente l'invention;

[Fig. 2a] [Fig. 2b] Les figures 2a et 2b sont des vues en coupe longitudinale d'une valve de pression selon l'invention respectivement dans une position fermée et dans une position ouverte;

[Fig. 3] La figure 3 est une vue en perspective des composants internes de la valve de pression selon la présente invention;

[Fig. 4] La figure 4 est une vue en perspective de la soupape de la valve de pression selon la présente invention;

[Fig. 5] La figure 5 est une vue en perspective d’un guide de la valve de pression selon la présente invention.

Il est à noter que, sur les figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et/ou matérielles identiques.

Les figures 1 a, 1 b, 2a et 2b représentent respectivement des vues en perspective suivant deux angles différents et en coupe longitudinale dans une position fermée et dans une position ouverte d'une valve de pression 10 selon la présente l'invention;

Les figures 1 a, 1 b, 2a et 2b montrent la valve de pression 10 comportant un corps

11 ayant une ouverture d'admission de fluide 12 et une ouverture de refoulement de fluide 13.

Une première extrémité du corps 11 est située du côté de l'ouverture d'admission

12 et peut être reliée notamment à une entrée de fluide non représentée, notamment une canalisation, en particulier une canalisation dans laquelle circule de l'air et/ou du carburant. A cet effet, la première extrémité du corps 11 peut comporter une gorge 16 apte à recevoir un joint autour duquel vient se positionner l’entrée de fluide, en particulier la canalisation dans laquelle circule de l'air et/ou du carburant. Le maintien de l’entrée de fluide pourra être effectué au moyen d'une bride, d'un collier de serrage ou tout autre dispositif de maintien adapté à l'application.

Une deuxième extrémité du corps 1 1 est située du côté de l'ouverture de refoulement 13 et peut être reliée à notamment une sortie de fluide non représentée, notamment une canalisation, en particulier une canalisation dans laquelle circule de l'air et/ou du carburant.

Selon une alternative non représentée, la deuxième extrémité du corps 11 peut comporter une gorge apte à recevoir un joint autour duquel vient se positionner la sortie de fluide, en particulier la canalisation laquelle circule de l'air et/ou du carburant. Le maintien de la sortie de fluide pourra être effectué au moyen d'une bride, d'un collier de serrage ou tout autre dispositif de maintien adapté à l'application.

Alternativement, la deuxième extrémité du corps 11 peut être débouchante dans un volume de récupération du fluide, tel qu'un réservoir. Un tel agencement est avantageusement celui représenté dans lequel aucune gorge de réception de joint n'est prévue du côté de l'ouverture de refoulement de fluide 13.

Un sens de circulation du fluide à l'intérieur de la valve de pression 10 est indiqué par la flèche F. Tel qu’illustré sur les figures 2a et 2b, la valve de pression 10 comprend une soupape 18 s’étendant selon un axe XX’ définissant une direction axiale. Plus spécifiquement, la soupape 18 est munie d'une tige 19.

Par ailleurs, la valve de pression 10 comprend un guide 23 destinée à permettre un guidage de la soupape 18 et un siège de soupape 15 destinée à recevoir la soupape 18 en appui.

Ainsi agencé, la soupape 18 est montée mobile suivant la direction axiale d’axe XX’ par rapport au corps 11 , notamment par rapport au guide 23, entre une position fermée dans laquelle la soupape 18 est en appui contre le siège de soupape 15 et une position ouverte dans laquelle la soupape 18 est écartée par rapport au siège de soupape 15. La soupape 18 est ainsi mobile axialement suivant l'axe XX’.

Plus particulièrement la soupape 18 présente une forme de disque s'étendant radialement par rapport à la tige 19. De plus, le siège de soupape 15 est réalisé dans le corps 11 .

Afin d'assurer l'étanchéité entre la soupape 18 et le siège de soupape 15, la soupape 18 peut comporter un joint 24, avantageusement surmoulé sur un épaulement, tel que montré sur la figure 2b. Le joint 24 peut être réalisé dans un matériau élastomère ou dans un autre matériau adapté à l'application. Le choix du matériau du joint 24 est effectué en fonction de sa compatibilité avec le fluide circulant à l'intérieur de la valve de pression 10. Alternativement, un tel joint 24 n'est toutefois pas indispensable, dans la mesure où l'étanchéité peut être assurée directement par un contact surfacique entre la soupape 18 et le siège de soupape 15, plus particulièrement entre une surface de contact de la soupape 18 venant en appui surfacique sur une surface constitutive du siège de soupape 15.

Le guide 23 est fixe en translation par rapport au corps 11 .

À cet effet, selon l’exemple de réalisation présenté sur les figures 2a et 2b et sur les figures 3 et 5 qui sont des vues en perspective des composants internes et plus spécifiquement du guide 23 de la valve de pression 10 selon la présente invention, le guide 23 comporte un manchon 25 muni d'un passage 27 à travers lequel passe la tige 19 de la soupape 18. Plus spécifiquement, le manchon 25, préférentiellement tubulaire, peut être constitué d’une portion cylindrique dans laquelle est insérée la tige 19 de la soupape 18. De façon complémentaire ou optionnelle, des paliers 26, tels que des coussinets en forme de bague annulaire, peuvent être disposés radialement entre une périphérie externe de la tige 19 et une périphérie interne du manchon 25.

A une de ses extrémités, notamment une extrémité aval disposée à proximité de l’ouverture de refoulement de fluide 13, le guide 23 peut comporter une pluralité d’aubes 30. La pluralité d’aubes 30 contribue au maintien du manchon 25, et par conséquence du guide 23, dans la valve de pression 10.

Idéalement la pluralité d’aubes 30 est disposée sur une périphérie externe du manchon 25, en particulier les aubes 30 sont portées par une périphérie externe de la portion cylindrique constituant le manchon 25.

Selon un exemple de réalisation, les aubes 30 s'étendent en saillie radiale dans au moins un plan contenant l'axe XX’ de la soupape 18. Les aubes 30 sont avantageusement de faible épaisseur, notamment de l'ordre du millimètre, afin de ne pas entraver la circulation du fluide à l'intérieur de la valve de pression 10.

Comme cela est visible sur les figures 1 a, 3, et 5, les aubes 30 comportent chacune une entaille 31 , préférentiellement peu profonde. L’entaille 31 peut être destinée à accueillir un jonc 33, notamment de forme torique et en particulier muni d'un rebord à ses extrémités pour permettre sa manipulation.

Le jonc 33 est destiné à coopérer avec une gorge circonférentielle 34 de forme correspondante réalisée dans une face interne du corps 11 , tel que montré sur les figures 2a et 2b. Une telle configuration permet de maintenir fixe en translation le guide 23 par rapport au corps 11 .

Dans l'exemple représenté, le guide 23 comporte quatre aubes 30, préférentiellement disposées avec un angle de 90 degrés entre elles. Bien entendu, le nombre aubes 30 peut être inférieur ou supérieur à 4. Cela dépend de l'application, en particulier des efforts à supporter par le guide 23 lorsque la valve de pression 10 est en fonctionnement. De préférence, les aubes 30 sont reparties angulairement de façon régulière suivant la périphérie externe du guide 23.

Comme cela est illustré par les figures 2a, 2b, et 3, un ressort de rappel 36 est disposé axialement entre le guide 23 et la soupape 18. Selon l’exemple présenté, le ressort de rappel 36 est disposé autour de la tige 19 et de la portion du manchon 25 s'étendant axialement au-delà des aubes 30. Le ressort de rappel 36 sollicite la soupape 18 contre le siège de soupape 15 en position fermée. Le tarage du ressort de rappel 36 permet de définir le seuil de pression au-delà duquel la valve de pression 10 passe de la positon fermée à la position ouverte.

Le guide 23 comprend un support 38 contre lequel vient en appui une extrémité aval du ressort de rappel 36. Le support 38 peut présenter une forme annulaire s'étendant radialement par rapport à l'axe XX’ formant une rondelle de support. Le support 38 peut être constitué par des bords amont des aubes 30 tournés vers la soupape 18. Alternativement, le support 38 peut être une pièce rapportée prenant appui ou plaquée sur les bords amont des aubes 30 tournés vers la soupape 18. Un tel agencement permet de garantir un appui plan du ressort de rappel 36 du côté du guide 23.

Une extrémité amont du ressort de rappel 36 vient en appui contre la soupape 18. Selon l’exemple particulier de réalisation présenté, la soupape 18 comprend un logement 39 apte à accueillir l’extrémité amont du ressort de rappel 36. Le logement 39 est d’un diamètre correspondant à un diamètre du ressort de rappel 36. Le logement 39 est réalisé dans une face d'extrémité de la soupape 18 tournée vers les aubes 30.

Comme on peut le voir sur les figures 1 b, 2a, 2b et 3 et sur la figure 4 qui est une vue en perspective de la soupape 16 de la valve de pression 10 selon la présente invention, la valve de pression 10 comporte en outre au moins une ailette 41 , en particulier disposée en amont de la soupape 18, destinée à générer une mise en rotation de la soupape 18 lorsqu'un fluide traverse d'amont en aval le corps 11 depuis l'ouverture d'admission de fluide 12 vers l'ouverture de refoulement de fluide 13.

En l'occurrence, la valve de pression 10 comporte une pluralité d’ailettes 41 , avantageusement espacées angulairement entre elles de façon régulière.

Les ailettes 41 sont portées par une broche 44, en particulier agencée sur une face amont de la soupape 18 tournée du côté de l'ouverture d'admission du fluide 12. La broche 44 s’étend selon l’axe XX’.

Selon une alternative de réalisation, la broche 44 peut être une pièce rapportée fixée la face amont de la soupape 18 tournée du côté de l'ouverture d'admission du fluide 12. Tel que présenté sur les figures, la tige 19, destinée à coopérer avec le guide 23, et la broche 44, portant les ailettes 41 , s'étendent de part et d'autre de la soupape 18, tel que cela est montré plus spécifiquement sur la figure 4.

La soupape 18, la tige 19 et la broche 44 peuvent constituer une pièce monobloc. Par ailleurs, La tige 19 et la broche 44 peuvent venir de matière avec la soupape 18 ou être rapportées et fixées chacune sur une face correspondante de la soupape 18, notamment par vissage, collage, soudage ou toute autre technique de fixation adaptée à l'application.

Les ailettes 41 peuvent former un angle d'incidence non nul. Ainsi, les ailettes 41 ne sont pas contenues dans un plan perpendiculaire à l'axe XX’ mais forment un angle avec celui-ci. L'angle d'incidence des ailettes 41 pourra être adapté en fonction de la vitesse de rotation souhaitée de la soupape 18 ainsi que du couple souhaité sur la broche 44.

Dans l'exemple représenté, la soupape 18 comporte quatre ailettes 41. Bien entendu, le nombre d'ailettes 41 pourra être inférieur ou supérieur à 4.

En variante, les ailettes 41 peuvent être directement agencées sur la face de la soupape 18 tournée du côté de l'ouverture d'admission de fluide 12. Dans un tel agencement, la valve de pression 10 ne comprend pas de broche 44.

De plus, la valve de pression 10 peut comprendre un dispositif de guidage 45, notamment visible sur les figures 2a, 3, 4 et 5, apte à assurer un guidage de la soupape 18 par rapport au guide 23. En particulier, le dispositif de guidage 45 permet un guidage de la soupape 18 par rapport au guide 23 suivant une trajectoire spécifique, notamment une trajectoire hélicoïdale. Selon cet agencement, il est ainsi possible de façon à transformer un mouvement de rotation de la soupape 18 en un déplacement axial.

A cet effet, le dispositif de guidage 45 comporte un doigt 46 lié mécaniquement à la tige 19 de la soupape 18 entrant en coopération avec une rainure de guidage 47, notamment de forme hélicoïdale, réalisée dans le guide 23. Le doigt 46 s'étend en saillie radiale par rapport à une périphérie externe de la tige 19. Le doigt 46 est inséré à l'intérieur de la rainure de guidage 47 réalisée dans le manchon 25 du guide 23. La rainure de guidage 47 pourra être réalisée traversante radialement dans la paroi du manchon 25 du guide 23. En variante, la structure pourra être inversée, c’est-à-dire que le doigt 46 pourra être lié mécaniquement au guide 23 tandis que la rainure de guidage 47 est réalisée dans la tige 19 de la soupape 18.

En autre variante, le dispositif de guidage 45 pourra être réalisé à partir d'une liaison vis-écrou suivant laquelle un filetage est prévu sur la tige 19 et un taraudage de forme correspondante est réalisé dans la face interne du manchon 25 du guide 23. Comme cela est visible sur les figures 1 a, 1 b, 2a, et 2b, le corps 1 1 peut comporter des interfaces de fixation 50 avec un élément structurel, tel qu'un réservoir ou une canalisation. En tant qu’exemple particulier, les interfaces de fixation 50 peuvent être constituées chacune par une oreille saillante munie d'une ouverture de passage d'un organe de fixation, tel qu'une vis ou un rivet ou tout autre organe de fixation adapté à l'application.

La valve de pression 10 est réalisée dans un matériau métallique, notamment en aluminium. Cela permet d'éviter les risques d'électricité statique dans un environnement explosif.

En variante, notamment pour une application ne présentant pas de danger particulier lié à la présence de fluide inflammable et/ou explosif, les différents composants de la valve de pression 10 pourront être réalisés dans un matériau plastique ou composite renforcé par des fibres de verre ou de carbone.

On décrit ci-après le fonctionnement de la valve de pression 10 selon la présente invention. Lorsqu'un fluide circule suivant le sens de circulation F à l'intérieur de la valve de pression 10 initialement en position fermée, tel que montré sur la figure 2a, l'énergie du fluide venant en contact avec les ailettes 41 engendre une force sur les ailettes 41 mettant en rotation de la soupape 18 de fait de l’angle d'incidence non nul des ailettes 41. Un couple est alors appliqué par le fluide sur la soupape 18, notamment sur la broche 44. Le dispositif de guidage 45 transforme le mouvement rotatif des ailettes 41 en un déplacement axial de la soupape 18. Par suite, le doigt 46 se déplace alors à l'intérieur de la rainure de guidage 47 dans une direction éloignée du siège de la soupape 18, tandis que le ressort de rappel 36 se comprime. Lorsque la soupape 18 est pleinement ouverte, comme cela est montré sur la figure 2b, le doigt 46 vient en butée sur un bord d'extrémité de la rainure de guidage 47. Une fois en butée, le couple généré sur la soupape 18, notamment sur la broche 44, par l'action du flux de fluide sur les ailettes 41 permet de maintenir la soupape 18 en position pleinement ouverte et empêche les phénomènes oscillatoires.

Lorsque la pression diminue du côté de l'ouverture d'admission de fluide 12, le ressort de rappel 36 se décomprime et repousse la soupape 18 vers le siège de soupape 15. Le doigt 46 de la tige 19 se déplace alors à l'intérieur de la rainure de guidage 47 de sorte que la soupape 18 repasse en position fermée, tel que montré sur la figure 2a. Le doigt 46 vient alors en butée sur un bord d'extrémité opposé de la rainure de guidage 47.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

En outre, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. Elle englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de la présente invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.