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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2514459A1
Family ID 2072479
Probable Assignee United Technologies A Corp Of De Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title SOUPAPE DE RETENUE
Abstract
_________________________________________________________________
LA SOUPAPE DE RETENUE COMPORTE UN CORPS DE GUIDAGE PERFORE
AERODYNAMIQUE 45 MONTE SUR DES ENTRETOISES 40 QUI PERMETTENT UNE
ADAPTATION AUX CONTRAINTES THERMIQUES ET CHARGES DE FLUIDE ET COMPREND
EGALEMENT UN ELEMENT DE SOUPAPE OU UN CORPS DE SOUPAPE AERODYNAMIQUE
35 SITUE DANS UNE CAGE 15. DANS SA POSITION OUVERTE LE CORPS DE
SOUPAPE 35 RECOIT A SON INTERIEUR UNE FACE 50 DU CORPS DE GUIDAGE 45
PERMETTANT AU FLUIDE DE S'ECOULER AUTOUR DE L'ELEMENT DE SOUPAPE ET DU
CORPS DE GUIDAGE. UNE ADAPTATION AU COURANT INVERSE EST POSSIBLE AU
MOYEN DES OUVERTURES 60 ET 65 DANS LE CORPS DE GUIDAGE 45. LA SOUPAPE
DE RETENUE COMPREND EGALEMENT DES ELEMENTS 70 ET 85 POUR REDUIRE AU
MINIMUM LES OSCILLATIONS DE L'ELEMENT DE SOUPAPE. ON FAVORISE AINSI LE
MAINTIEN A L'ETAT OUVERT DE LA SOUPAPE EN CREANT UNE ZONE DE BASSE
PRESSION EN AVAL DU CONE 35.
L'INVENTION EST UTILISABLE, PAR EXEMPLE, DANS LE SYSTEME DE PURGE
D'AIR DU COMPRESSEUR D'UNE TURBO-MACHINE.
Description
_________________________________________________________________
L'invention se rapporte generalement aux soupapes de retenue de fluide
et elle concerne plus particulierement les soupapes de retenue qui
sont utilisees dans le systeme de purge d'air du compresseur d'une
turbomachine.
Il est parfaitement connu dans l'etat de la techni- que de purger de
l'air de decharge du compresseur de la section de compression d'une
turbo-machine utilisee comme moyen de propulsion pour un avion a
reaction De l'air est purge du compresseur pour empecher le pompage du
moteur lors du demarrage et l'acceleration, pour chauffer le com-
partiment de l'avion et pour chauffer les ailes ou d'autres surfaces
de l'avion afin d'empecher leur givrage Les systemes pour purger l'air
de decharge du compresseur emploient normalement des soupapes de
retenue qui em- pechent l'inversion du courant dans les systemes ce
qui peut se produire, par exemple, lorsque les systemes de purge d'air
de plusieurs moteurs communiquent entr'eux et si l'un de ces moteurs
est mis hors service Sans la soupape de retenue empechant l'inversion
du courant, une telle condition pourrait causer l'ecoulement de l'air
purge des moteurs qui sont en fonctionnement vers le moteur mis hors
service, ce qui peut interferer avec la performanc de l'equipement de
chauffage auxiliaire mentionne ci-avant.
Les soupapes de retenue employees dans ces systemes de purge d'air
doivent etre capables de laisser passer de l'air sous des pressions de
l'ordre d'environ 20 bar et ayant des temperatures d'approximativement
4300 C Les soupapes de retenue doivent aussi etre capables de fermer
rapidement sous les conditions de l'inversion du courant.
Les soupapes de retenue connues utilisees nor- malement dans les
systemes de purge d'air d'un compresseur ont ete normalement du type a
clapet Cependant, ce type a clapet a la caracteristique d'avoir une
surface d'appuis minimale pour l'element de soupape en comparaison
lela surface d'ecoulement de la soupape Ce manque de surface d'appui
milite contre la durabilite de la soupape, causant l'usage premature
des sieges de soupape a cause du battement entre lasoupape et les
sieges Des exemples pour une soupape de retenue a clapet connue
utilisee dans -2- un systeme de purge d'air d'un compresseur peuvent
etre trouves dans le brevet des Etats-Unis d'Amerique 2 925 825 Bien
que beaucoup d'autre soupapes de retenue ou a voie unique soient
connues dans l'etat de la techni- que, ces soupapes comportent souvent
des trajets d'ecoulement retrecis, tortueux ou contribuent d'une autre
facon a une diminution indesirable de la pression du fluide s'ecoulant
par la soupape Les brevets des Etats-
Unis d'Amerique 2 927 604 et 2 928 217 representent d'autres exemples
de construction de soupapes de retenue connues Le brevet des
Etats-Unis d'Amerique 3 134 394 represente une soupape de retenue se
caracterisant par une plus faible chute de pression que d'autres
soupapes de retenue mentionnees ci-avant, mais la soupape de retenue
de la presente invention constitue une ameliora- tion significative
par rapport a la soupape du brevet des Etats-Unis d'Amerique 3 134 394
en ce qui concerne les caracteristiques de la chute de pression et de
la rapidite de fermeture dans le cas d'une inversion du courant.
Les brevets US 1 802 720, 3 993 093, 3 586 033 et 3 194 255 ainsi que
le brevet DE 1 817 272 decrivent egalement diverses soupapes de
retenue (a une voie).
Cependant il a ete determine que ces soupapes ne presente ni une
compacite suffisante ni une aptitude convenable pour s'adapter aux
distorsions dues a la pression du fluide et aux contraintes thermiques
confor- mes aux proprietes requises pour les soupapes de retenue pour
purger l'air employees dans les avions propulses par moteur a turbine
a gaz.
La presente invention fournit une soupape de rete nue perfectionnee
ayant un trajet d'ecoulement non-tor- tueux et opposant une resistance
minimale au courant traversant la soupape La chute de pression du
courant traversant la soupape est minimisee et la soupape ferme
rapidement mais de facon controlee sous les condi- tions de
l'inversion du courant L'element de soupape est supporte par un palier
a grande surface et le batte- ment de l'element de soupape ainsi que
l'usure a cause -3- de l'impact de battement sont minimises.
Un autre avantage de la soupape de retenue selon l'invention est
qu'elle s'adapte aux distorsions dues a la pression du fluide et aux
contraintes thermiques etren outre elle se caracterise par une
compacite accrue La soupape de retenue de la presente invention est
munie d'un corps de guidage perfore de forme aero- dynamique et d'un
element de soupape ou cone de soupape de forme aerodynamique dispose a
l'interieur d'une cage de sorte que sous des conditions de courant
vers l'avant l'element de soupape et le corps de guidage forment un
corps central monte sur des entretoises qui s'adapte facilement a la
contrainte thermique et la pression du fluide de la soupape.
Sous des conditions normales (vers l'avant) de courant, l'element de
soupape est ecarte axialement legerement du corps central pour creer
une zone de basse pression a l'interieur de l'element de soupape Cette
j zone de basse pression favorise le maintien de la soupapes a l'etat
ouvert Sous de telles conditions d'ecoulement, une partie du corps
central est recue a l'interieur du cone pour augmenter la compacite Le
corps central et la cage de la soupape definissent un passage
d'ecoulement a section transversale generalement constante le long de
la soupape Une adaptation a une inversion de courant au travers de la
soupape est aisement concue au moyen d'ouvertures dans le corps de
guidage, une telle inver- sion de courant etant appliquee contre une
surface con- cave du cone qui se ferme rapidement sous l'influence du
courant inverse interrompant ainsi un passage du courant inverse au
travers de la soupape Un assemblage d'attenuation a cylindre et
manchon est situe a l'in- terieur du corps de guidage, le corps de
soupape etant fixe au cylindre ou au manchon de sorte qu'un mouvement
relatif entre ces elements amortit le mouvement du corps de soupape,
afin de minimiser ainsi l'oscillation et le battement non-desire du
corps de soupape Le cylindre est purge pour reduire la constante de
rappel de -4- l'assemblage a cylindre et manchon afin d'empecher le
rebondissement du piston lorsque la soupape s'ouvre.
L'ouverture de purge reduit aussi l'amplitude du vide formee dans le
cylindre qui pourrait s'opposer a la fermeture de la soupape Selon le
mode de realisation prefere le manchon est recu en contiguite dans le
cylin- dre, le cylindre et le manchon formant une grande surface
d'appui adaptee au mouvement de l'element de soupape de la soupape de
retenue afin d'empecher un battement ou d'autres vibrations
non-desirees.
Un mode de realisation de l'invention sera maintenant decrit en
reference aux dessins annexes, sur lesquels: La figure 1 est une vue
en coupe de la soupape de retenue de la presente invention.
La figure 2 est une vue de cote de la soupape.
La figure 3 est une vue de l'autre cote de la soupape de retenue.
La soupape de retenue de la presente invention est designee-en
sonensemble par 10 et comporte une cage 15 ayant des rebords de
montage 20 et 25 a ses extre mites opposees pour pouvoir fixer la
soupape a une paire de tuyaux opposes A l'interieur de la cage on a
prevu un siege annulaire 30 avec lequel le corps de soupape ou
l'element de soupape 35 vient en engagement lorsque la soupape se
ferme sous les conditions de l'inversion du courant (courant
s'ecoulant vers le cote droit sur la figure 1).
Un corps de guidage 45 de forme aerodynamique qui oppose une
resistance minimum au courant d'ecoulement dans la direction normale
est situe dans la cage 15 et supporte par des entretoises 40 Tel que
represente le mieux sur la figure 2, les entretoises sont prevues
entre la cage et le corps de guidage et s'etendent du corps de guidage
radialement vers l'exterieur et tangentiellement par rapport a
celui-ci Une telle orien- tation des entretoises permet d'accommoder
la contrainte thermique ainsi que la charge resultant de la pression
du fluide par une flexion des entretoises sans surcharger
225 14459 les points de fixation des entretoises a la cage et au corps
de guidage.
Le corps de guidage 45 a (par rapport a la direc- tion normale du
courant) des faces avant et arriere 50 et reliees en 58 de facon
appropriee, par exemple par soudage, brasage ou collage, ou par des
moyens de fixa- tion mecaniques, tels que des rivets ou des elements
semblables La face avant 50 est perforee en 60 tandis que la face
arriere 55 est perforee en 65, les perfora- tions peuvent facilement
accommoder du fluide s'ecoulant en direction inverse a travers la
soupape pour agir sur l'element de soupape 35 afin de la mouvoir vers
le siege de soupape (voir les traits mixtes sur la figure 1) Tel que
represente, les perforations 65 sont beaucoup plus petites que les
perforations 60, les perforations 60 et etant disposees
essentiellement au centre des faces avant et arriere Ces dimensions et
cette disposition des perforations sont appropriees pour une soupape
de retenue a utiliser dans un systeme de purge d'air d'un compresseur
d'une turbo-machine, mais il est evident, que la soupape de retenue de
la presente invention n'est pas limitee a ces dimensions et a cette
disposition des per- forations qui dependent du type du fluide
s'ecoulant par la soupape ainsi que des temperatures et de la pression
de ce fluide.
Les faces avant et arriere du corps de guidage sont coniques ou de
forme convergente et servent comme moyen de fixation pour le cylindre
d'attenuation 70 dis- pose a l'interieur du corps de guidage
essentiellement au centre de celuici Le cylindre est muni d'une
ouverture de purge 75 a son extremite arriere et recoit un manchon,
qui est essentiellement contigu a l'interieur du cylindre Le cylindre
et le manchon forment un moyen d'attenuation ou un amortisseur pour
limiter la force d'impact ou l'oscillation de l'element de soupape
L'ouver- ture de purge mollit ou reduit la constante de rappel de
l'assemblage a manchon et cylindre afin d'empecher le rebondissement
de l'element de soupape lorsque la soupape ouvre L'ouverture de purge
sert aussi a l'aspira-
-6- tion de fluide dans l'interieur du cylindre lorsque l'ele- ment de
soupape est deplace vers sa posittn fermee pour militer ainsi contre
la formation d'un vide a l'interieur du cylindre qui pourrait
s'opposer a la fermeture de la soupape. L'element de soupape 35 est de
forme conique ou convergente et il est fixe a l'extremite du manchon
85 par un moyen approprie, tel que, par exemple, un boulon 901 avec
ecrou 95 Selon le mode de realEation prefere, le cylindre et le
manchon s'etendent pratiquement le long de la longueur complete de la
soupape de retenue A cause de cette caracteristique ces deux elements
prevoient des surfaces d'appui etendues pour supporter l'element de 1
S soupape mobile de telle facon qu'il puisse glisser tout en reduisant
au minimum le battement ou d'autres vibra- tions non-desirees de
l'element de soupape.
La partie la plus exterieure en direction radiale de l'element de
soupape 35 vient se poser de facon etanche contre le siege 30 lorsque
la soupape est fermee (repre- sentee en traits mixtes) Tel que
represente sur la figure 1, l'element de soupape 35 comporte un disque
conique Le fluide s'ecoulant dans la direction normale a travers la
soupape agit directement contre la surface externe ou convexe de
l'element de soupape pour ainsi ouvrir la sou- pape en forcant
l'element de soupape vers l'arriere de sorte que la face avant du
corps de guidage soit recue en partie a l'interieur de l'element de
soupape Lorsque la soupape est ouverte un rebord ou detente 97 fixe au
cone 35 au moyend'unboulon et d'un ecrou vientcontre une butee 98
fixee au cylindre 70 ecartant ainsi la partie externe du cone de la
surface avant 50 du corps central, un tel ecartement etant montre sous
la forme d'un vide 99 Celui-ci cree une communication entre
l'ecoulement de fluide autour du cone et le corps central et les
interieurs de ces elements en creant ainsi une zone de basse pression
a la surface en aval du cone pour favoriser le maintien de la soupape
a l'etat ouvert Le courant s'ecoulant en direction inverse est
applique par les perforations 65 et 60 du corps de guidage contre la
face -7- interne (concave) de l'element de soupape pour le depla- cer
contre le siege 30 afin de fermer la soupape Tel que represente le
mieux dans la figure 1, la face arriere 55 du corps de guidage et
l'element de soupape 35 essentiellement coniques, forment un corps
central aero- dynamique situe a l'interieur de la soupape Ce corps
central et l'interieur de la cage 15 delimitent un passage dont la
section d'ecoulement en coupe transversale est essentiellement
uniforme entre ses extremites Il est entendu que cette section
d'ecoulement uniforme avec la forme aerodynamique du corps central
forme par le corps de guidage et l'element de soupape resultent en une
chute de pression minimale a travers la soupape de retenue de la
presente invention.
En consequence, la soupape de retenue de la pre- sente invention se
caracterise par sa compacite et une chute de pression minimale a
travers la soupape et une 1 adaptation aisee aux distorsions dues aux
contraintes thermiques et a la charge du fluide Le mouvement en
directions opposees de l'element de soupape entre la position ouverte
et la position fermee est amorti par le mecanisme d'attenuation a
manchon et cylindre qui, a cause de sa disposition a l'interieur de la
soupape, fournit des surfaces d'appui etendues pour le mouvement du
corps de soupape L'ouverture de purge du cylindre milite contre le
rebondissement de l'element de soupape et l'empechement de fermeture
par creation d'un vide a l'interieur du cylindre Par leur disposition
a l'in- terieur du corps de guidage les surfaces d'appui du cylindre
et du manchon sont protegees contre la contamina- tion pratiquement le
long de leur longueur entiere.
Les perforations prevues dans les faces avant et arriere du corps de
guidage 45 permettent une fermeture rapide de la soupape dans le cas
d'une inversion du courant.
En outre, une telle fermeture rapide de la soupape est encore
amelioree par la construction concave du disque de l'element de
soupape, ce qui fournit une capture efficace du fluide s'ecoulant en
direction inverse.
La soupape de retenue de la presente invention a -8- ete representee
sans moyen de commande ou d'assistance de toute sorte, le
fonctionnement de la soupape etant con- trole seulement par la
direction d'ecoulement du courant passantpar la soupape, mais il est
evident que des ressorts, des moyens de commande ou d'autre moyens
d'assis- tance peuvent etre employes si necessaire.
L'invention vient d'etre decrit ci-avant en reference a un mode de
realisation prefere, mais il est evident aux specialistes que beaucoup
de modifications et de variations peuvent y etre apportees sans pour
cela sortir du cadre de l'invention.
-9 _
Claims
_________________________________________________________________
Revendications:
1 Soupape de retenue comportant une cage (15) delimitant une paroi
externe d'un passage d'ecoulement pour un fltide, un siege (30)
dispose a l'interieur de la cage, un element de soupape (35) situe a
l'interieur de cette cage et pouvant etre positionne par le courant du
fluide s'ecoulant a travers la soupape, cet element de soupape, par
l'application a celui-ci d'un courant de fluide inverse, etant
maintenu en contact avec le siege (30) pour fermer la soupape de
retenue et, par l'application du courant de fluide vers l'avant etant
degage du siege (30) pour ouvrir la soupape de retenue et un corps de
guidage perfore (45) comportant des faces avant et arriere (50,55)
perforees et aerodynamiques,, ce corps de guidage etant dispose a
l'interieur de la cage (15) et formant avec l'element de soupape (35)
sous les conditions normales d'ecoulement de fluide, une paroi interne
dudit passage d'ecoulement, les perforations (50,65) permettant une
adaptation au courant inverse pour appliquer celui contre l'element de
soupape (35) afin de mettre cet element de soupape (35) en contact
avec son siege pour fermer la soupape de retenue, caracterisee en ce
que cet element de soupape (35), losqu'il est a l'etat ouvert, est
ecarte-axialement de cette face avant (50) du corps de guidage (45)
pour creer une zone de basse pression adjacente a la face en aval de
cet element de soupape (35) pour favoriser le maintien de cet element
de soupape (35) a l'etat ouvert.
2 Soupape de retenue selon la revendication 1, caracterisee en ce
qu'elle comprend, en outre, une butee stationnaire (98) et cet element
de soupape (35) comprend un rebord (97) pouvant venir contre cette
butee I (98) pour ecarter cet element de soupape (35) de cette face
avant (50) de ce corps de guidage (45).
3 Soupape de retenue selon la revendication 2, caracterisee en ce que
cet element de soupape (35) est porte par des dispositifs de support
disposesau centre de cette soupape de retenue, cette butee (98) etant
fixee - a ce dispositif de support.
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