FR3151068A1

FR3151068A1 - adjustable automatic valve

Info

Publication number: FR3151068A1
Application number: FR2307530A
Authority: FR
Inventors: Philippe Nomerange; Olivier Faye
Original assignee: ArianeGroup SAS
Current assignee: ArianeGroup SAS
Priority date: 2023-07-13
Filing date: 2023-07-13
Publication date: 2025-01-17
Also published as: WO2025012570A1

Abstract

Vanne automatique ajustable ainsi qu’un circuit d’alimentation, la vanne comprenant une première chambre de circulation (12), une deuxième chambre de circulation (13), communiquant avec la première chambre de circulation (12) par l’intermédiaire d’un orifice de circulation (15), formant un siège de vanne, un actionneur à course linéaire (20), une tige de commande (24) s’étendant axialement dans la première chambre de circulation (12), un obturateur (25), mobile entre une position de fermeture et un position d’ouverture, et un ressort (50), monté en série avec l’actionneur (20) pour contrôler la position de la tige de commande (24). Fig. 2. Adjustable automatic valve and a supply circuit, the valve comprising a first circulation chamber (12), a second circulation chamber (13), communicating with the first circulation chamber (12) via a circulation orifice (15), forming a valve seat, a linear stroke actuator (20), a control rod (24) extending axially in the first circulation chamber (12), a shutter (25), movable between a closed position and an open position, and a spring (50), mounted in series with the actuator (20) to control the position of the control rod (24). Fig. 2.

Description

adjustable automatic valve

Le présent exposé concerne une vanne automatique ajustable ainsi qu’un circuit de circulation. Une telle vanne peut notamment être utilisée dans un circuit de circulation pour ergol liquide d’un moteur, par exemple d’un moteur d’aviation à hydrogène.This disclosure relates to an adjustable automatic valve and a circulation circuit. Such a valve may in particular be used in a circulation circuit for liquid propellant of an engine, for example a hydrogen aircraft engine.

Afin de réduire drastiquement l’empreinte carbone des avions commerciaux, des projets de moteurs d’aviation à hydrogène liquide sont en cours de développement. Toutefois, l’utilisation d’hydrogène, dans un tel moteur d’aviation soulève de nombreuses difficultés techniques de mise en œuvre. En particulier, cet hydrogène est généralement stocké et distribué à l’état liquide, et donc à des températures cryotechniques, avant d’être éventuellement réchauffé avant son admission dans la chambre de combustion du moteur. Or, bien que la technologie des ergols cryotechnique soit désormais bien maîtrisée dans le domaine spatial, elle ne peut être transposée directement au domaine de l’aéronautique en raison des spécificités propres à ce domaine.In order to drastically reduce the carbon footprint of commercial aircraft, liquid hydrogen aircraft engine projects are currently being developed. However, the use of hydrogen in such an aircraft engine raises many technical implementation difficulties. In particular, this hydrogen is generally stored and distributed in the liquid state, and therefore at cryogenic temperatures, before being possibly reheated before being admitted into the engine combustion chamber. However, although cryogenic propellant technology is now well mastered in the space sector, it cannot be directly transposed to the aeronautics sector due to the specificities of this sector.

L’une des difficultés rencontrées concerne le circuit d’alimentation en carburant et, tout particulièrement, la pompe de ce circuit d’alimentation. En effet, les pompes existantes à ce jour dans le domaine spatial sont conçues pour fournir des débits d’alimentation relativement constants : ainsi, ces pompes possèdent un nombre de points de fonctionnement réduit, ce qui simplifie leur conception et permet une optimisation très poussée de la pompe aux conditions de fonctionnement. A l’inverse, un moteur d’aviation doit être capable de fonctionner dans des situations très différentes, avec des régimes de poussée très différents selon la phase de vol : taxi, décollage, croisière, atterrissage etc.One of the difficulties encountered concerns the fuel supply circuit and, in particular, the pump of this supply circuit. Indeed, the pumps currently existing in the space sector are designed to provide relatively constant supply flow rates: thus, these pumps have a reduced number of operating points, which simplifies their design and allows very advanced optimization of the pump to the operating conditions. Conversely, an aircraft engine must be able to operate in very different situations, with very different thrust regimes depending on the flight phase: taxi, takeoff, cruise, landing, etc.

En raison des températures très basses, de l’ordre de 20 K, et des pressions très élevées, de l’ordre de 10 bars et pouvant même aller jusqu’à 70 bar, de l’hydrogène liquide fourni par le circuit d’alimentation du moteur, la pompe peut être amenée à fonctionner dans des plages de fonctionnement instables lorsque le débit traversant le pompe est trop faible.Due to the very low temperatures, of the order of 20 K, and the very high pressures, of the order of 10 bars and even up to 70 bars, of the liquid hydrogen supplied by the engine supply circuit, the pump may be required to operate in unstable operating ranges when the flow rate through the pump is too low.

Une autre difficulté concerne la conception de vannes capable de contrôler de faibles débits de manière automatique mais dont le comportement peut néanmoins être ajusté par une commande extérieure. En effet, les vannes automatiques connues à ce jour ne permettent pas un tel ajustement pour contrôler aussi précisément que possible de faibles débits.Another difficulty concerns the design of valves capable of controlling low flow rates automatically but whose behavior can nevertheless be adjusted by an external control. Indeed, the automatic valves known to date do not allow such an adjustment to control low flow rates as precisely as possible.

Enfin, pour une application aéronautique, la vanne doit être capable d’assurer un très grand nombre de missions sans se dégrader. La plupart des vannes du domaine spatial sont pour leur part conçues pour n’assurer qu’une seule mission, et ne pourraient donc assurer un temps de fonctionnement satisfaisant pour le domaine aéronautique.Finally, for an aeronautical application, the valve must be able to ensure a very large number of missions without deteriorating. Most valves in the space sector are designed to ensure only one mission, and therefore could not ensure a satisfactory operating time for the aeronautical sector.

Il existe donc un réel besoin pour une vanne automatique ajustable et un circuit de circulation qui soient dépourvus, au moins en partie, des inconvénients inhérents aux configurations connues.There is therefore a real need for an adjustable automatic valve and a circulation circuit which are free, at least in part, of the drawbacks inherent in known configurations.

Le présent exposé concerne une vanne automatique ajustable, comprenant
une première chambre de circulation, configurée pour être connectée à une première ligne de fluide,
une deuxième chambre de circulation, communiquant avec la première chambre de circulation par l’intermédiaire d’un orifice de circulation, formant un siège de vanne, et configurée pour être connectée à une deuxième ligne de fluide,
un actionneur à course linéaire,
une tige de commande s’étendant axialement dans la première chambre de circulation,
un obturateur, mobile entre une position de fermeture, dans laquelle il est plaqué contre le siège de la vanne, et une position d’ouverture, dans laquelle il est au moins partiellement à distance du siège de vanne, la vanne étant configurée de sorte que la position de l’obturateur soit au moins en partie contrôlée par la position de la tige de contrôle, et
un ressort, monté en série avec l’actionneur pour contrôler la position de la tige de commande.This disclosure relates to an adjustable automatic valve, comprising
a first circulation chamber, configured to be connected to a first fluid line,
a second circulation chamber, communicating with the first circulation chamber via a circulation orifice, forming a valve seat, and configured to be connected to a second fluid line,
a linear stroke actuator,
a control rod extending axially into the first circulation chamber,
a shutter, movable between a closed position, in which it is pressed against the valve seat, and an open position, in which it is at least partially at a distance from the valve seat, the valve being configured so that the position of the shutter is at least partly controlled by the position of the control rod, and
a spring, mounted in series with the actuator to control the position of the control rod.

Le ressort permet à la vanne d’ajuster automatiquement sa section de passage en fonction de la pression amont. En effet, le ressort est prévu pour solliciter, directement ou indirectement, l’obturateur dans un sens de repos, qui peut être une direction d’ouverture ou de fermeture selon la configuration souhaitée ; à l’inverse, la vanne est configurée de sorte que la résultante des forces de pression dans la chambre de circulation amont sollicite, directement ou indirectement, l’obturateur dans le sens opposé au sens de repos. Ainsi, la position de l’obturateur, et donc la section de passage de la vanne, est fonction du point d’équilibre entre ces deux forces et donc de la pression du fluide en amont de la vanne.The spring allows the valve to automatically adjust its passage section according to the upstream pressure. In fact, the spring is designed to directly or indirectly urge the shutter in a rest direction, which can be an opening or closing direction depending on the desired configuration; conversely, the valve is configured so that the resultant of the pressure forces in the upstream circulation chamber urges, directly or indirectly, the shutter in the direction opposite to the rest direction. Thus, the position of the shutter, and therefore the passage section of the valve, is a function of the balance point between these two forces and therefore of the pressure of the fluid upstream of the valve.

L’actionneur permet pour sa part, en comprimant plus ou moins le ressort pour une position donnée de l’obturateur, d’ajuster la force de résistance élastique exercée par le ressort à laquelle s’opposent les forces de pression du fluide. Ainsi, en augmentant la précharge du ressort, on augmente la force de résistance du ressort et on augmente donc le seuil de pression à partir duquel le fluide parvient à entraîner l’obturateur dans le sens opposé au sens de repos. Un tel actionneur permet ainsi d’ajuster le comportement de la vanne automatique en fonction de la pression du fluide amont, ce qui permet de piloter beaucoup plus finement le débit traversant la vanne.The actuator, for its part, allows, by compressing the spring more or less for a given position of the shutter, to adjust the elastic resistance force exerted by the spring to which the pressure forces of the fluid oppose. Thus, by increasing the preload of the spring, the resistance force of the spring is increased and therefore the pressure threshold from which the fluid manages to drive the shutter in the direction opposite to the rest direction is increased. Such an actuator thus makes it possible to adjust the behavior of the automatic valve according to the pressure of the upstream fluid, which makes it possible to control the flow rate passing through the valve much more precisely.

Dans certains modes de réalisation, la première ligne de fluide et la deuxième ligne de fluide sont des lignes de fluide cryotechnique.In some embodiments, the first fluid line and the second fluid line are cryogenic fluid lines.

Dans le présent exposé, on entend par fluide cryotechnique un fluide, de préférence un liquide, dont la température est inférieure à 120 K, de préférence inférieure à 80 K, de préférence inférieure à 30K. La pression du fluide cryotechnique peut dépasser 2 bars, de préférence 10 bars ou même encore 50 bars.In this disclosure, cryogenic fluid is understood to mean a fluid, preferably a liquid, whose temperature is less than 120 K, preferably less than 80 K, preferably less than 30 K. The pressure of the cryogenic fluid may exceed 2 bars, preferably 10 bars or even 50 bars.

Dans certains modes de réalisation, le fluide cryotechnique est un ergol liquide, par exemple du dihydrogène liquide H₂, du dioxygène liquide O₂, du diazote liquide N₂, de l’hélium liquide He ou du méthane liquide CH₄.In some embodiments, the cryogenic fluid is a liquid propellant, for example liquid dihydrogen H ₂ , liquid dioxygen O ₂ , liquid dinitrogen N ₂ , liquid helium He or liquid methane CH ₄ .

Dans d’autres modes de réalisation, la première ligne de fluide et la deuxième ligne de fluide comprennent un fluide dont la température est comprise entre -40°C et 120°C. Dans de tels modes, la pression du fluide est de préférence inférieure à 15 bar, de préférence encore inférieure à 10 bar. Ce fluide est de préférence liquide.In other embodiments, the first fluid line and the second fluid line comprise a fluid having a temperature between -40°C and 120°C. In such embodiments, the pressure of the fluid is preferably less than 15 bar, more preferably less than 10 bar. This fluid is preferably liquid.

Dans certains modes de réalisation, le débit maximal de passage de la vanne est inférieur à 100 g/s, de préférence inférieur à 50 g/s, de préférence encore inférieur à 10 g/s.In some embodiments, the maximum flow rate of the valve is less than 100 g/s, preferably less than 50 g/s, more preferably less than 10 g/s.

Dans certains modes de réalisation, la section de passage hydraulique maximale de la vanne est inférieure à 25 mm², de préférence inférieure à 10 mm², de préférence encore inférieure à 5 mm².In some embodiments, the maximum hydraulic passage section of the valve is less than 25 mm², preferably less than 10 mm², more preferably less than 5 mm².

Dans certains modes de réalisation, la vanne comprend une chambre de commande dans laquelle est logé l’actionneur. Une telle chambre de commande permet d’isoler l’actionneur de la circulation du fluide.In some embodiments, the valve includes a control chamber in which the actuator is housed. Such a control chamber allows the actuator to be isolated from the flow of fluid.

Dans certains modes de réalisation, le ressort est également logé dans la chambre de commande.In some embodiments, the spring is also housed in the control chamber.

Dans certains modes de réalisation, la première chambre de circulation communique avec la chambre de commande par l’intermédiaire d’un orifice de commande. En particulier, la tige de commande peut s’étendre à travers l’orifice de commande.In some embodiments, the first circulation chamber communicates with the control chamber via a control port. In particular, the control rod may extend through the control port.

Dans certains modes de réalisation, la chambre de commande est maintenue sous vide ou sous atmosphère neutre. Ceci permet de maintenir l’actionneur dans une atmosphère contrôlée, propice au bon fonctionnement de l’actionneur. En particulier, ceci peut contribuer à isoler thermiquement l’actionneur par rapport aux chambres de circulation. Lorsque la chambre est maintenue sous vide, on comprend que la pression résiduelle dans la chambre peut être inférieure à 30mbar. Lorsque la chambre est maintenue sous atmosphère neutre, elle peut être remplie à l’aide d’un ou plusieurs gaz parmi les suivants : hélium He, azote N₂ou hydrogène H₂.In some embodiments, the control chamber is maintained under vacuum or in a neutral atmosphere. This makes it possible to maintain the actuator in a controlled atmosphere, conducive to the proper operation of the actuator. In particular, this can contribute to thermally isolating the actuator from the circulation chambers. When the chamber is maintained under vacuum, it is understood that the residual pressure in the chamber can be less than 30 mbar. When the chamber is maintained under a neutral atmosphere, it can be filled using one or more of the following gases: helium He, nitrogen N ₂ or hydrogen H ₂ .

Dans certains modes de réalisation, la température dans la chambre de commande est supérieure à 50 K, de préférence supérieure à 150 K.In some embodiments, the temperature in the control chamber is greater than 50 K, preferably greater than 150 K.

Dans certains modes de réalisation, l’actionneur comprend un actionneur piézo-électrique. Un tel actionneur, dont la course est très réduite, permet d’assurer un réglage particulièrement fin de la précharge du ressort d’équilibrage et donc des seuils de manœuvre de la vanne Un tel actionneur est ainsi particulièrement adapté pour former une vanne offrant un réglage fin du débit de passage. Suivant les cas, cette capacité de réglage peut prendre la main sur le fonctionnement automatique de la vanne ou simplement permettre un décalage de des plages d’automaticité. De plus, un tel actionneur bénéficie d’une raideur importante, le réglage du seuil de déclenchement de la vanne dépend ainsi pratiquement exclusivement de la tension de commande de l’actionneur. Un contrôle en boucle ouverte de l’actionneur peut alors être envisagé sans risque important de dérive.In some embodiments, the actuator comprises a piezoelectric actuator. Such an actuator, the stroke of which is very short, makes it possible to ensure particularly fine adjustment of the preload of the balancing spring and therefore of the operating thresholds of the valve. Such an actuator is thus particularly suitable for forming a valve offering fine adjustment of the flow rate. Depending on the case, this adjustment capacity can take control of the automatic operation of the valve or simply allow an offset of the automaticity ranges. In addition, such an actuator benefits from significant stiffness, the adjustment of the triggering threshold of the valve thus depends almost exclusively on the actuator control voltage. Open-loop control of the actuator can then be envisaged without significant risk of drift.

Dans certains modes de réalisation, l’actionneur piézo-électrique est équipé d’un amplificateur de course, de préférence du type à pantographe. La course native d’un actionneur piézo-électrique étant très réduite, un tel amplificateur permet d’amplifier le mouvement de l’actionneur et donc d’augmenter le domaine de réglage.In some embodiments, the piezoelectric actuator is equipped with a stroke amplifier, preferably of the pantograph type. Since the native stroke of a piezoelectric actuator is very small, such an amplifier makes it possible to amplify the movement of the actuator and therefore to increase the adjustment range.

Dans certains modes de réalisation, la course maximale de l’actionneur est inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 1 mm, de préférence encore inférieure à 0,5 mm. Cette course maximale est de préférence mesurée après amplification lorsqu’un amplificateur est prévu. L’actionneur est ainsi très précis et particulièrement adapté pour une vanne commandant de faibles débits.In some embodiments, the maximum stroke of the actuator is less than 5 mm, preferably less than 1 mm, more preferably less than 0.5 mm. This maximum stroke is preferably measured after amplification when an amplifier is provided. The actuator is thus very precise and particularly suitable for a valve controlling low flow rates.

Dans certains modes de réalisation, la hauteur de la chambre de commande, dans la direction axiale, est inférieure à 15 cm, de préférence inférieure à 10 cm. La vanne est ainsi particulièrement compacte.In some embodiments, the height of the control chamber, in the axial direction, is less than 15 cm, preferably less than 10 cm. The valve is thus particularly compact.

Dans certains modes de réalisation, la première chambre de circulation est configurée pour constituer la chambre amont de la vanne tandis que la deuxième chambre de circulation est configurée pour constituer la chambre aval de la vanne. Dans un tel cas, on comprend que la pression est plus élevée dans la première chambre de circulation que dans la deuxième chambre de circulation. Toutefois, la configuration inverse est possible.In some embodiments, the first circulation chamber is configured to constitute the upstream chamber of the valve while the second circulation chamber is configured to constitute the downstream chamber of the valve. In such a case, it is understood that the pressure is higher in the first circulation chamber than in the second circulation chamber. However, the reverse configuration is possible.

Dans certains modes de réalisation, l’orifice de circulation est circulaire, de préférence sensiblement centré sur l’axe de la tige de commande. Ceci facilite le centrage de l’obturateur sur son siège et favorise une bonne étanchéité de l’obturateur dans la position de fermeture. Le diamètre de cet orifice peut notamment être de l’ordre de 6 mm.In some embodiments, the circulation orifice is circular, preferably substantially centered on the axis of the control rod. This facilitates the centering of the shutter on its seat and promotes good sealing of the shutter in the closed position. The diameter of this orifice may in particular be of the order of 6 mm.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est installé dans la première chambre de circulation ou dans la deuxième chambre de circulation. Lorsque l’obturateur est installé dans la chambre de circulation amont, la pression du fluide exerce une force sur l’obturateur tendant à refermer la vanne. Ceci favorise le centrage de l’obturateur, lorsque ce dernier est libre, et favorise une bonne étanchéité de l’obturateur dans la position de fermeture.In some embodiments, the shutter is installed in the first circulation chamber or in the second circulation chamber. When the shutter is installed in the upstream circulation chamber, the pressure of the fluid exerts a force on the shutter tending to close the valve. This promotes the centering of the shutter, when the latter is free, and promotes good sealing of the shutter in the closed position.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est fixé à l’extrémité distale de la tige de commande. La position de l’obturateur, et donc la section de passage, est ainsi directement déterminée par l’extension de la tige de commande et donc par l’actionneur.In some embodiments, the shutter is attached to the distal end of the control rod. The position of the shutter, and therefore the passage section, is thus directly determined by the extension of the control rod and therefore by the actuator.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est disjoint de la tige de commande. Dans une telle configuration, l’obturateur est prévu dans la chambre de circulation amont de sorte que la pression du fluide tende à plaquer l’obturateur contre la tige de commande : de cette manière, la position de l’obturateur, et donc la section de passage, reste déterminée par l’extension de la tige de commande. Toutefois, l’obturateur reste libre de se repositionner et, en particulier, de se recentrer sur son siège dans la position de fermeture, même si la tige de commande est légèrement décentrée : on favorise ainsi une bonne étanchéité de l’obturateur dans sa position de fermeture.In some embodiments, the shutter is separate from the control rod. In such a configuration, the shutter is provided in the upstream circulation chamber so that the pressure of the fluid tends to press the shutter against the control rod: in this way, the position of the shutter, and therefore the passage section, remains determined by the extension of the control rod. However, the shutter remains free to reposition itself and, in particular, to recenter itself on its seat in the closed position, even if the control rod is slightly off-center: this promotes good sealing of the shutter in its closed position.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est retenu dans une cage prévue dans la première chambre de circulation ou la deuxième chambre de circulation. Une telle cage, ajourée pour laisser passer le fluide, permet d’éviter que l’obturateur ne réalise des excursions trop importantes, même en cas d’instabilité de la circulation de fluide.In some embodiments, the shutter is retained in a cage provided in the first circulation chamber or the second circulation chamber. Such a cage, perforated to allow the fluid to pass, makes it possible to prevent the shutter from making excessively large excursions, even in the event of instability of the fluid circulation.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est axisymétrique. Ceci favorise le centrage et la bonne étanchéité de l’obturateur.In some embodiments, the shutter is axisymmetric. This promotes centering and good sealing of the shutter.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur possède une portion dont la section diminue dans la direction axiale, cette portion étant de préférence un tronc de cône ou un tronc de sphère.In some embodiments, the shutter has a portion whose section decreases in the axial direction, this portion preferably being a truncated cone or a truncated sphere.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est une bille, de préférence sphérique. Le diamètre de la bille peut notamment être de l’ordre de 8 mm.In some embodiments, the shutter is a ball, preferably spherical. The diameter of the ball may in particular be of the order of 8 mm.

Dans certains modes de réalisation, l’obturateur est une douille cylindrique, fermée au moins à l’une de ses extrémités axiales et dont la surface périphérique comprend au moins une lumière. Une telle douille cylindrique permet un meilleur contrôle de la section de passage de la vanne en fonction de la position de la tige de commande. En particulier, il est possible de configurer la géométrie de ladite une lumière pour ajuster la relation déterminant la section de passage en fonction de la position de la douille cylindrique liée à la tige de commande.In some embodiments, the shutter is a cylindrical sleeve, closed at least at one of its axial ends and whose peripheral surface comprises at least one light. Such a cylindrical sleeve allows better control of the passage section of the valve as a function of the position of the control rod. In particular, it is possible to configure the geometry of said one light to adjust the relationship determining the passage section as a function of the position of the cylindrical sleeve linked to the control rod.

Dans certains modes de réalisation, au moins une lumière de la douille cylindrique est rectangulaire ou triangulaire. Une lumière rectangulaire aboutit à une loi de commande linéaire de la section de passage en fonction de la position de la tige de commande tandis qu’une lumière triangulaire aboutit à une loi de commande non-linéaire.In some embodiments, at least one lumen of the cylindrical socket is rectangular or triangular. A rectangular lumen results in a linear control law of the passage section as a function of the position of the control rod while a triangular lumen results in a non-linear control law.

Dans certains modes de réalisation, l’actionneur est configuré pour régler de manière continue son extension dans la direction axiale. La précharge du ressort peut ainsi être ajustée de manière continue et précise.In some embodiments, the actuator is configured to continuously adjust its extension in the axial direction. The spring preload can thus be continuously and precisely adjusted.

Dans certains modes de réalisation, la vanne comprend un capteur configuré pour mesurer la position de la tige de commande. Il peut notamment s’agir d’un capteur de position prenant par exemple la forme d’une sonde à effet Hall utilisée en proximètre.In some embodiments, the valve includes a sensor configured to measure the position of the control rod. This may include a position sensor such as a Hall effect probe used in a proximity sensor.

Dans certains modes de réalisation, le ressort est intercalé axialement entre l’actionneur et la tige de commande. Dans un tel cas, l’actionneur est de préférence en butée axialement contre un élément fixe de la vanne.In some embodiments, the spring is axially interposed between the actuator and the control rod. In such a case, the actuator is preferably axially abutted against a fixed element of the valve.

Dans certains modes de réalisation, le ressort est intercalé entre un élément fixe de la vanne et l’actionneur. Dans un tel cas, l’actionneur est en contact avec la tige de commande.In some embodiments, the spring is interposed between a fixed element of the valve and the actuator. In such a case, the actuator is in contact with the control rod.

Dans certains modes de réalisation, le ressort comprend au moins une rondelle ressort, et de préférence plusieurs rondelles ressorts empilées. De telles rondelles ressort sont particulièrement compactes et présentent une raideur élevée, ce qui est particulièrement adapté lorsque la course de l’obturateur est réduite.In some embodiments, the spring comprises at least one spring washer, and preferably several stacked spring washers. Such spring washers are particularly compact and have a high stiffness, which is particularly suitable when the travel of the shutter is reduced.

Dans certains modes de réalisation, le ressort est logé dans une cassette. Une telle cassette peut servir à bloquer radialement le ressort afin d’éviter qu’il ne puisse se déplacer ou se déformer radialement lorsqu’il est comprimé.In some embodiments, the spring is housed in a cassette. Such a cassette may serve to radially lock the spring to prevent it from moving or deforming radially when compressed.

Dans certains modes de réalisation, le ressort possède une raideur comprise entre 10 et 100 N/mm, de préférence comprise entre 20 et 30 N/mm.In some embodiments, the spring has a stiffness of between 10 and 100 N/mm, preferably between 20 and 30 N/mm.

Dans certains modes de réalisation, la tige de commande comprend une plaque d’appui à son extrémité proximale. Cette plaque d’appui est de préférence directement en contact avec l’actionneur ou le ressort. Cette plaque d’appui peut être fixée, ou non, sur l’actionneur ou le ressort.In some embodiments, the control rod includes a bearing plate at its proximal end. This bearing plate is preferably in direct contact with the actuator or spring. This bearing plate may or may not be fixed to the actuator or spring.

Dans certains modes de réalisation, la plaque d’appui forme une butée configurée pour limiter le déplacement de la tige de commande vers l’avant. La plaque d’appui peut notamment venir en butée contre le bord de l’orifice de commande. En particulier, une telle butée peut définir une position d’ouverture maximale pour l’obturateur et donc une section de passage maximale pour la vanne.In some embodiments, the support plate forms a stop configured to limit the forward movement of the control rod. The support plate may in particular abut against the edge of the control orifice. In particular, such a stop may define a maximum opening position for the shutter and therefore a maximum passage section for the valve.

Dans certains modes de réalisation, la vanne comprend un soufflet, étanche tout en étant étirable axialement, entourant la tige de commande, une première extrémité du soufflet étant solidaire d’une paroi de la première chambre de circulation, et une deuxième extrémité du soufflet étant solidaire de la tige de commande. L’utilisation d’un soufflet étanche permet d’isoler complètement l’actionneur de la circulation de fluide et d’assurer une meilleure maitrise des équilibres de pression dans la vanne gage de son automaticité. De plus, ceci permet de protéger l’actionneur du contact direct de fluide qui pourrait l’endommager. De plus, ce soufflet permet de décorréler thermiquement, au moins en partie, l’actionneur et les chambres de circulation, tout en autorisant le déplacement de la tige de commande de manière solidaire avec l’obturateur. En effet, le soufflet peut s’étirer axialement pour suivre le mouvement de la tige de commande sans se rompre et sans rompre l’étanchéité. Il est alors possible de préserver un environnement plus chaud au niveau de l’actionneur par rapport aux chambres de circulation afin d’utiliser un actionneur qui ne pourrait fonctionner autrement à la température du fluide, notamment lorsque le fluide est cryotechniqueIn some embodiments, the valve comprises a bellows, sealed while being axially stretchable, surrounding the control rod, a first end of the bellows being integral with a wall of the first circulation chamber, and a second end of the bellows being integral with the control rod. The use of a sealed bellows makes it possible to completely isolate the actuator from the circulation of fluid and to ensure better control of the pressure balances in the valve, guaranteeing its automaticity. In addition, this makes it possible to protect the actuator from direct contact with fluid which could damage it. In addition, this bellows makes it possible to thermally decorrelate, at least in part, the actuator and the circulation chambers, while allowing the movement of the control rod in a manner integral with the shutter. Indeed, the bellows can stretch axially to follow the movement of the control rod without breaking and without breaking the seal. It is then possible to maintain a warmer environment at the actuator level compared to the circulation chambers in order to use an actuator that could not otherwise operate at the temperature of the fluid, particularly when the fluid is cryogenic.

Dans certains modes de réalisation, la paroi du soufflet est ondulée, les ondulations se succédant dans la direction axiale. Ces ondulations offrent au soufflet une certaine élasticité dans la direction axiale. De préférence, ces ondulations sont axisymétriques.In some embodiments, the bellows wall is corrugated, the corrugations occurring one after the other in the axial direction. These corrugations provide the bellows with some elasticity in the axial direction. Preferably, these corrugations are axisymmetric.

Dans certains modes de réalisation, le soufflet possède, au repos, une longueur supérieure à 15 mm, de préférence supérieure à 20 mm. De préférence cette longueur au repos n’excède pas 50 mm.In some embodiments, the bellows has, at rest, a length greater than 15 mm, preferably greater than 20 mm. Preferably this length at rest does not exceed 50 mm.

Dans certains modes de réalisation, le soufflet possède, au repos, un diamètre extérieur maximum compris entre 6 et 10mm.In some embodiments, the bellows has, at rest, a maximum outside diameter of between 6 and 10 mm.

Dans certains modes de réalisation, la profondeur des ondulations du soufflet est comprise entre 1 et 2 mm. Par « profondeur des ondulations », on entend ici la différence entre le diamètre mesuré au niveau des crêtes et le diamètre mesuré au niveau des creux. De préférence, toutes les ondulations sont identiques.In some embodiments, the depth of the bellows corrugations is between 1 and 2 mm. By "depth of the corrugations" is meant herein the difference between the diameter measured at the crests and the diameter measured at the valleys. Preferably, all the corrugations are identical.

Dans certains modes de réalisation, le soufflet est hydroformé.In some embodiments, the bellows is hydroformed.

Dans certains modes de réalisation, le soufflet est métallique, de préférence en acier. Un tel matériau métallique est notamment capable de résister aux températures cryotechniques lorsque le fluide est cryotechnique.In some embodiments, the bellows is metallic, preferably steel. Such a metallic material is particularly capable of withstanding cryogenic temperatures when the fluid is cryogenic.

Dans certains modes de réalisation, la raideur du soufflet, face à un effort d’extension axiale, est inférieure à 30 N/mm.In some embodiments, the stiffness of the bellows, when faced with an axial extension force, is less than 30 N/mm.

Dans certains modes de réalisation, la première extrémité du soufflet est fixée, de préférence soudée, sur la paroi de la première chambre de circulation entourant l’orifice de commande.In some embodiments, the first end of the bellows is secured, preferably welded, to the wall of the first circulation chamber surrounding the control port.

Dans certains modes de réalisation, la deuxième extrémité du soufflet est fixée, de préférence soudée, sur une bride s’étendant radialement depuis la tige de commande.In some embodiments, the second end of the bellows is secured, preferably welded, to a flange extending radially from the control rod.

Dans certains modes de réalisation, le diamètre maximum du soufflet est supérieur au diamètre de l’orifice de circulation. De cette manière, lorsque la première chambre de circulation est la chambre de circulation amont, la pression du fluide exerce une force plus importante sur le soufflet que sur l’obturateur, ce qui tend à refermer la vanne lorsque la pression amont augmente. Toutefois, dans d’autres situations demandant un comportement différent, la configuration inverse serait possible.In some embodiments, the maximum diameter of the bellows is greater than the diameter of the flow orifice. In this way, when the first flow chamber is the upstream flow chamber, the fluid pressure exerts a greater force on the bellows than on the shutter, which tends to close the valve as the upstream pressure increases. However, in other situations requiring a different behavior, the reverse configuration would be possible.

Dans certains modes de réalisation, la première chambre de circulation et la deuxième chambre de circulation sont dépourvues de joints élastomère. Ceci est préférable lorsque le fluide est cryotechnique car un joint élastomère ne pourrait tenir à la température d’un fluide cryotechnique. En revanche, des joints polymère ou à contact métal/métal peuvent être utilisés.In some embodiments, the first circulation chamber and the second circulation chamber are devoid of elastomer seals. This is preferable when the fluid is cryogenic because an elastomer seal would not be able to withstand the temperature of a cryogenic fluid. However, polymer or metal-to-metal contact seals may be used.

Le présent exposé concerne également un circuit de circulation, comprenant
une pompe, comportant une entrée connectée à une ligne amont et une sortie connectée à une ligne aval,
une ligne de recirculation, s’étendant depuis la ligne aval jusqu’à la ligne amont, et
une vanne selon l’un quelconque des modes de réalisation précédents, installée sur la ligne de recirculation de manière à contrôler le débit de la ligne de recirculation.This presentation also concerns a traffic circuit, comprising
a pump, comprising an inlet connected to an upstream line and an outlet connected to a downstream line,
a recirculation line, extending from the downstream line to the upstream line, and
a valve according to any of the preceding embodiments, installed on the recirculation line so as to control the flow rate of the recirculation line.

Grâce à une telle ligne de recirculation, il est possible de commander la pompe avec un débit minimal suffisamment élevé pour assurer un fonctionnement stable de la pompe et de rediriger, lorsque ce débit minimal est supérieur au débit de circulation souhaité, une partie de ce débit vers l’amont de la pompe afin d’obtenir le débit de circulation effectivement souhaité en aval du circuit de circulation. Ainsi, si le débit souhaité est inférieur au débit minimal de stabilité, la pompe est entraînée au débit minimal de stabilité et la vanne de la ligne de recirculation est pilotée, en ajustant la compression initiale et donc la résistance du ressort, pour renvoyer vers la ligne amont la différence de débit entre le débit minimal de stabilité et le débit de circulation souhaité ; si le débit souhaité est supérieur au débit minimal de stabilité, la pompe est entrainée pour assurer ledit débit de circulation souhaité et la vanne est automatiquement refermée sous l’effet de la pression augmentant en amont de la vanne et dépassant la force de résistance du ressort.By means of such a recirculation line, it is possible to control the pump with a minimum flow rate high enough to ensure stable operation of the pump and to redirect, when this minimum flow rate is higher than the desired circulation flow rate, part of this flow rate upstream of the pump in order to obtain the circulation flow rate actually desired downstream of the circulation circuit. Thus, if the desired flow rate is lower than the minimum stability flow rate, the pump is driven at the minimum stability flow rate and the valve of the recirculation line is controlled, by adjusting the initial compression and therefore the resistance of the spring, to return to the upstream line the difference in flow rate between the minimum stability flow rate and the desired circulation flow rate; if the desired flow rate is higher than the minimum stability flow rate, the pump is driven to ensure said desired circulation flow rate and the valve is automatically closed under the effect of the pressure increasing upstream of the valve and exceeding the resistance force of the spring.

Une vanne selon le présent exposé permet alors d’accomplir cette fonction de régulation fine de la ligne de recirculation.A valve according to this presentation then makes it possible to accomplish this function of fine regulation of the recirculation line.

Dans certains modes de réalisation, la ligne amont et la ligne aval sont des lignes de fluide cryotechnique.In some embodiments, the upstream line and the downstream line are cryogenic fluid lines.

Dans d’autres modes de réalisation, la ligne amont et la ligne aval comprennent un fluide dont la température est comprise entre -40°C et 120°C. Dans de tels modes, la pression du fluide est de préférence inférieure à 15 bar, de préférence encore inférieure à 10 bar. Ce fluide est de préférence liquide.In other embodiments, the upstream line and the downstream line comprise a fluid whose temperature is between -40°C and 120°C. In such embodiments, the pressure of the fluid is preferably less than 15 bar, more preferably less than 10 bar. This fluid is preferably liquid.

Dans certains modes de réalisation, la pompe est une pompe centrifuge, de préférence une turbopompe ou une pompe actionnée par un moteur électrique.In some embodiments, the pump is a centrifugal pump, preferably a turbopump or a pump driven by an electric motor.

Dans le présent exposé, les termes « avant » et « distal » s’entendent, le long de la direction de la tige de commande, du côté de l’obturateur ; les termes « arrière » et « proximal » s’entendent alors du côté opposé à l’obturateur.In this disclosure, the terms "front" and "distal" are understood to mean, along the direction of the control rod, the side of the obturator; the terms "rear" and "proximal" are understood to mean the side opposite the obturator.

Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, d'exemples de réalisation de la vanne et du circuit de circulation proposés. Cette description détaillée fait référence aux dessins annexés.The above-mentioned features and advantages, as well as others, will become apparent from the following detailed description of examples of embodiments of the proposed valve and circulation circuit. This detailed description refers to the attached drawings.

Les dessins annexés sont schématiques et visent avant tout à illustrer les principes de l’exposé.The attached drawings are schematic and are intended primarily to illustrate the principles of the presentation.

Sur ces dessins, d’une figure à l’autre, des éléments (ou parties d’élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. En outre, des éléments (ou parties d'élément) appartenant à des exemples de réalisation différents mais ayant une fonction analogue sont repérés sur les figures par des références numériques incrémentées de 100, 200, etc.In these drawings, from one figure to another, identical elements (or parts of elements) are identified by the same reference signs. In addition, elements (or parts of elements) belonging to different embodiments but having a similar function are identified in the figures by numerical references incremented by 100, 200, etc.

La représente un exemple de circuit de circulation. There represents an example of a traffic circuit.

La représente un premier exemple de vanne, dans un état ouvert. There represents a first example of a valve, in an open state.

La représente la vanne de la , dans un état fermé. There represents the valve of the , in a closed state.

La représente la vanne de la , dans un autre état ouvert. There represents the valve of the , in another open state.

La représente un deuxième exemple de vanne, dans un état ouvert. There represents a second example of a valve, in an open state.

La représente un troisième exemple de vanne, dans un état ouvert. There represents a third example of a valve, in an open state.

Afin de rendre plus concret l’exposé, des exemples de circuit de circulation et de vannes sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Il est rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.In order to make the disclosure more concrete, examples of circulation circuits and valves are described in detail below, with reference to the attached drawings. It is recalled that the invention is not limited to these examples.

La représente un exemple de circuit de circulation 1 pour fluide cryotechnique ; plus précisément, il s’agit ici d’un circuit d’alimentation en ergol liquide pour un moteur d’aviation. Le circuit d’alimentation 1 comprend alors un réservoir d’ergol 2, une pompe d’alimentation 3, du type centrifuge, et une sortie d’alimentation 4, connectée au moteur. Une ligne amont 3m connecte le réservoir d’ergol 2 à l’entrée de la pompe d’alimentation 3 ; une ligne aval 3v connecte la sortie de la pompe 3 à la sortie d’alimentation 4. Dans le présent exemple, le réservoir 2 est un réservoir de dihydrogène liquide H₂, stocké à environ 20 K ; la pression en aval de la pompe 3 est de l’ordre de 10 bar.There represents an example of a circulation circuit 1 for cryogenic fluid; more precisely, it is here a liquid propellant supply circuit for an aircraft engine. The supply circuit 1 then comprises a propellant tank 2, a supply pump 3, of the centrifugal type, and a supply outlet 4, connected to the engine. An upstream line 3m connects the propellant tank 2 to the inlet of the supply pump 3; a downstream line 3v connects the outlet of the pump 3 to the supply outlet 4. In the present example, the tank 2 is a tank of liquid dihydrogen H ₂ , stored at approximately 20 K; the pressure downstream of the pump 3 is of the order of 10 bar.

Le circuit d’alimentation 1 comprend en outre une ligne de recirculation 5 connectant la ligne aval 3v à la ligne amont 3m en contournant la pompe d’alimentation 3. Une vanne pilotable 10 est positionnée sur cette ligne de recirculation 5.The supply circuit 1 further comprises a recirculation line 5 connecting the downstream line 3v to the upstream line 3m, bypassing the supply pump 3. A controllable valve 10 is positioned on this recirculation line 5.

La illustre un exemple d’une telle vanne pilotable 10. Cette vanne 10 comprend une chambre de commande 11, une première chambre de circulation 12 et une deuxième chambre de circulation 13.There illustrates an example of such a controllable valve 10. This valve 10 comprises a control chamber 11, a first circulation chamber 12 and a second circulation chamber 13.

La première chambre de circulation 12 s’étend depuis la chambre de commande 11, axialement suivant un axe principal A de la vanne 10 ; un orifice de commande 14 est pratiqué, au niveau de l’axe principal A, dans la paroi séparant la première chambre de circulation 12 de la chambre de commande 11.The first circulation chamber 12 extends from the control chamber 11, axially along a main axis A of the valve 10; a control orifice 14 is made, at the level of the main axis A, in the wall separating the first circulation chamber 12 from the control chamber 11.

La deuxième chambre de circulation 13 est prévue dans le prolongement de la première chambre de circulation 12, dans la direction axiale ; un orifice de circulation 15 est pratiqué, au niveau de l’axe principal A, dans la paroi séparant la deuxième chambre de circulation 13 de la première chambre de circulation 12. Dans le présent exemple, la première chambre de circulation 12 est la chambre amont, connectée ainsi à la ligne aval 3v de la pompe 3, et la deuxième chambre de circulation 13 est la chambre aval, connectée ainsi à la ligne amont 3m de la pompe 3.The second circulation chamber 13 is provided in the extension of the first circulation chamber 12, in the axial direction; a circulation orifice 15 is made, at the level of the main axis A, in the wall separating the second circulation chamber 13 from the first circulation chamber 12. In the present example, the first circulation chamber 12 is the upstream chamber, thus connected to the downstream line 3v of the pump 3, and the second circulation chamber 13 is the downstream chamber, thus connected to the upstream line 3m of the pump 3.

Un actionneur 20, comprenant un composant piézo-électrique 21 et un amplificateur 22, est monté dans la chambre de commande 11. Le composant piézo-électrique 21 s’étend dans une direction orthogonale à l’axe principal A. L’amplificateur 22 prend la forme de deux pantographes 23, montés chacun sur une face opposée du composant piézo-électrique 21. Chaque pantographe 23 comprend ainsi deux branches élastiques 23a, fixées chacune à une extrémité opposée du composant piézo-électrique 21 et se rejoignant au niveau d’une base centrale 23b s’étendant axialement.An actuator 20, comprising a piezoelectric component 21 and an amplifier 22, is mounted in the control chamber 11. The piezoelectric component 21 extends in a direction orthogonal to the main axis A. The amplifier 22 takes the form of two pantographs 23, each mounted on an opposite face of the piezoelectric component 21. Each pantograph 23 thus comprises two elastic branches 23a, each fixed to an opposite end of the piezoelectric component 21 and meeting at a central base 23b extending axially.

Le composant piézo-électrique 21 possède, au repos, une longueur de repos prédéterminée ; en conséquence, l’actionneur 20 possède dans son ensemble, au repos, une hauteur de repos prédéterminée, mesurée entre les extrémités des bases 23b des deux pantographes 23 de l’amplificateur 22. Toutefois, lorsqu’une tension électrique est appliquée au composant piézo-électrique 21, le composant piézo-électrique 21 se déforme de sorte que sa longueur augmente ou diminue selon le signe de la tension électrique appliquée. Lorsque la longueur du composant piézo-électrique 21 augmente, les branches 23a des pantographes sont écartées, ce qui rapproche les bases 23b l’une de l’autre et diminue donc la hauteur de l’actionneur 20. A l’inverse, lorsque la longueur du composant piézo-électrique 21 diminue, les branches 23a des pantographes sont rapprochées, ce qui écarte les bases 23b l’une de l’autre et augmente donc la hauteur de l’actionneur 20.The piezoelectric component 21 has, at rest, a predetermined rest length; consequently, the actuator 20 has as a whole, at rest, a predetermined rest height, measured between the ends of the bases 23b of the two pantographs 23 of the amplifier 22. However, when an electric voltage is applied to the piezoelectric component 21, the piezoelectric component 21 deforms so that its length increases or decreases according to the sign of the applied electric voltage. When the length of the piezoelectric component 21 increases, the branches 23a of the pantographs are spaced apart, which brings the bases 23b closer to each other and therefore reduces the height of the actuator 20. Conversely, when the length of the piezoelectric component 21 decreases, the branches 23a of the pantographs are brought closer together, which moves the bases 23b closer to each other and therefore increases the height of the actuator 20.

La base arrière 23b de l’amplificateur 22 est en appui, et éventuellement fixée, contre la paroi arrière de la chambre de commande 11.The rear base 23b of the amplifier 22 rests, and possibly is fixed, against the rear wall of the control chamber 11.

Une tige de commande 24 s’étend axialement le long de l’axe principal A. La tige de commande 24 comprend à son extrémité proximale une plaque d’appui 27 retenue à l’intérieur de la chambre de commande 11, le diamètre de la plaque d’appui 27 étant supérieur au diamètre de l’orifice de commande 14. Depuis la plaque d’appui 27, la tige de commande 24 s’étend axialement à travers l’orifice de commande 14 et le long de la première chambre de circulation 12, sensiblement jusqu’à l’orifice de circulation 15.A control rod 24 extends axially along the main axis A. The control rod 24 comprises at its proximal end a support plate 27 retained inside the control chamber 11, the diameter of the support plate 27 being greater than the diameter of the control orifice 14. From the support plate 27, the control rod 24 extends axially through the control orifice 14 and along the first circulation chamber 12, substantially up to the circulation orifice 15.

Un obturateur 25, prenant ici la forme d’une bille sphérique, est disposé dans la deuxième chambre de circulation 13 et fixé à l’extrémité distale de la tige de commande 24. L’obturateur se positionne ainsi juste en face de l’orifice de circulation 15 qui forme un siège pour ledit obturateur 25.A shutter 25, here taking the form of a spherical ball, is arranged in the second circulation chamber 13 and fixed to the distal end of the control rod 24. The shutter is thus positioned just opposite the circulation orifice 15 which forms a seat for said shutter 25.

Un ensemble à ressort 50, également logé dans la chambre de commande 11, est intercalé entre l’actionneur 20 et la tige de commande 24. Il comprend une cassette 51, comportant une paroi périphérique cylindrique 52 et une paroi de fond 53, et une pluralité de rondelles ressort 54 empilées axialement à l’intérieur de la cassette 51. La base avant 23b de l’actionneur 20 est en appui contre la paroi de fond 53 de la cassette 51 tandis que la rondelle avant 54 est en appui contre la plaque d’appui 27 de la tige de commande 24. L’actionneur 20 étant réputé incompressible lorsqu’une tension électrique lui est appliquée, l’ensemble à ressort 50 a donc tendance à repousser la tige de commande 24 vers l’avant et donc à pousser l’obturateur 25 à distance de son siège 15, c’est-à-dire à ouvrir la vanne 10.A spring assembly 50, also housed in the control chamber 11, is interposed between the actuator 20 and the control rod 24. It comprises a cassette 51, comprising a cylindrical peripheral wall 52 and a bottom wall 53, and a plurality of spring washers 54 stacked axially inside the cassette 51. The front base 23b of the actuator 20 bears against the bottom wall 53 of the cassette 51 while the front washer 54 bears against the support plate 27 of the control rod 24. The actuator 20 being deemed incompressible when an electrical voltage is applied to it, the spring assembly 50 therefore tends to push the control rod 24 forward and therefore to push the shutter 25 away from its seat 15, that is to say to open the valve 10.

La vanne 10 comprend en outre un soufflet métallique 30, réalisé ici en acier inoxydable. Le soufflet 30, généralement axisymétrique, comprend des ondulations se succédant dans la direction axiale. L’extrémité arrière 31 du soufflet 30 est fixée sur la paroi de la première chambre de circulation 12 de manière à entourer l’orifice de commande 14. L’extrémité avant 32 du soufflet est fixée sur une bride radiale 33 solidaire de la tige de commande 24. Le diamètre maximal du soufflet 30 est supérieur au diamètre de l’orifice de circulation 15.The valve 10 further comprises a metal bellows 30, made here of stainless steel. The bellows 30, generally axisymmetric, comprises undulations succeeding one another in the axial direction. The rear end 31 of the bellows 30 is fixed to the wall of the first circulation chamber 12 so as to surround the control orifice 14. The front end 32 of the bellows is fixed to a radial flange 33 secured to the control rod 24. The maximum diameter of the bellows 30 is greater than the diameter of the circulation orifice 15.

Le soufflet 30 isole ainsi de manière étanche la chambre de commande 11, et donc l’actionneur 20, de la circulation d’ergol présente dans la première chambre de circulation 21. Néanmoins, grâce à ses ondulations, le soufflet présente une élasticité qui lui permet de suivre le mouvement de la tige de commande 24 sans se rompre.The bellows 30 thus seals the control chamber 11, and therefore the actuator 20, from the circulation of propellant present in the first circulation chamber 21. Nevertheless, thanks to its undulations, the bellows has an elasticity which allows it to follow the movement of the control rod 24 without breaking.

Dans le présent exemple, le soufflet 30 possède une raideur égale à 27 N/mm et une longueur au repos égale à 20 mm ; son diamètre maximal, mesuré au niveau des crêtes des ondulations, est égal à 8,5 mm.In the present example, the bellows 30 has a stiffness equal to 27 N/mm and a length at rest equal to 20 mm; its maximum diameter, measured at the crests of the corrugations, is equal to 8.5 mm.

Dans la , l’actionneur se situe dans son état de moindre extension, présentant ainsi une hauteur minimale H_min. De plus, la plaque d’appui 27 de la tige de commande 24 est en butée contre l’orifice de commande 14, ce qui implique que la tige de commande 24 et donc l’obturateur 25 sont dans leurs positions les plus avancées : la vanne 10 est donc ouverte et présente sa section de passage maximale. Dans cet état, l’ensemble à ressort 50 dispose d’un espace axial maximal E_maxentre l’actionneur 20 et la tige de commande 24 et se trouve donc dans son état de compression minimal : il exerce donc une force de résistance élastique minimale, voire nulle si l’espace axial maximal E_maxcorrespond à la longueur de repos de l’ensemble à ressort 50.In the , the actuator is in its least extended state, thus having a minimum height H _min . In addition, the support plate 27 of the control rod 24 is in abutment against the control orifice 14, which implies that the control rod 24 and therefore the shutter 25 are in their most advanced positions: the valve 10 is therefore open and has its maximum passage section. In this state, the spring assembly 50 has a maximum axial space E _max between the actuator 20 and the control rod 24 and is therefore in its minimum compression state: it therefore exerts a minimum elastic resistance force, or even zero if the maximum axial space E _max corresponds to the rest length of the spring assembly 50.

Lorsque la pression dans la première chambre 12 augmente, sans que la commande de l’actionneur 20 ne soit modifiée, la résultante des forces de pression tend à repousser la tige de commande 24 vers l’arrière. En effet, la surface équivalente du soufflet 30 est plus importante que la surface équivalente de l’obturateur 25 vue à travers l’orifice de circulation 15 : ainsi, la pression du fluide exerce une force plus importante sur le soufflet 30, tendant à reculer la tige de commande 24, que sur l’obturateur 25, tendant à avancer la tige de commande 24.When the pressure in the first chamber 12 increases, without the control of the actuator 20 being modified, the resultant of the pressure forces tends to push the control rod 24 backwards. Indeed, the equivalent surface area of the bellows 30 is greater than the equivalent surface area of the shutter 25 seen through the circulation orifice 15: thus, the pressure of the fluid exerts a greater force on the bellows 30, tending to move the control rod 24 backwards, than on the shutter 25, tending to move the control rod 24 forwards.

Cette résultante des forces de pression s’oppose donc à la force de résistance élastique de l’ensemble à ressort 50. A partir d’un premier seuil de pression, la résultante des forces de pression atteint la force de résistance élastique minimale de l’ensemble à ressort 50 et commence donc à comprimer ce dernier, ce qui entraîne la tige de commande 24 vers l’arrière et ferme donc progressivement la vanne 10.This resultant of the pressure forces therefore opposes the elastic resistance force of the spring assembly 50. From a first pressure threshold, the resultant of the pressure forces reaches the minimum elastic resistance force of the spring assembly 50 and therefore begins to compress the latter, which drives the control rod 24 backwards and therefore gradually closes the valve 10.

A partir d’un deuxième seuil de pression, la résultante des forces de pression est suffisamment importante pour parvenir à plaquer l’obturateur 25 contre son siège 15 malgré la force de résistance élastique de l’ensemble à ressort 50. Cet état fermé est alors représenté sur la . Dans cet état, l’espace axial dont dispose l’ensemble à ressort 50 entre l’actionneur 20 et la tige de commande 24 est égal à une première valeur prédéterminée E₁.From a second pressure threshold, the resultant of the pressure forces is sufficiently significant to succeed in pressing the shutter 25 against its seat 15 despite the elastic resistance force of the spring assembly 50. This closed state is then represented on the . In this state, the axial space available to the spring assembly 50 between the actuator 20 and the control rod 24 is equal to a first predetermined value E ₁ .

Toutefois, comme cela est représenté sur la , il est possible de commander l’actionneur 20 afin d’augmenter son extension, c’est-à-dire d’augmenter sa hauteur. Ainsi, sur la , l’actionneur 20 présente une hauteur maximale H_max. Dans un tel cas, l’actionneur 20 réduit l’espace axial disponible pour l’ensemble à ressort 50 et augmente donc la précharge exercée sur ce dernier, autrement dit sa compression initiale avant l’application des forces de pression sur la tige de commande 24. Ainsi, sur la , lorsque la vanne 10 est complètement ouverte, c’est-à-dire lorsque la tige de commande 24 est dans sa position la plus avancée, l’espace axial disponible pour l’ensemble à ressort 50 entre l’actionneur 20 et la tige de commande 24 est égal à une deuxième valeur prédéterminée E₂. Dès lors, en augmentant l’extension de l’actionneur 20, on augmente la force élastique de l’ensemble à ressort 50, ce qui réhausse le premier seuil de pression à partir duquel l’obturateur 25 commence à reculer pour réduire la section de passage de la vanne 10 et le deuxième seuil de pression à partir duquel l’obturateur 25 est plaqué contre son siège 15 pour fermer complètement la vanne 10.However, as depicted in the , it is possible to control the actuator 20 in order to increase its extension, that is to say to increase its height. Thus, on the , the actuator 20 has a maximum height H _max . In such a case, the actuator 20 reduces the axial space available for the spring assembly 50 and therefore increases the preload exerted on the latter, in other words its initial compression before the application of the pressure forces on the control rod 24. Thus, on the , when the valve 10 is fully open, i.e. when the control rod 24 is in its most advanced position, the axial space available for the spring assembly 50 between the actuator 20 and the control rod 24 is equal to a second predetermined value E ₂ . Therefore, by increasing the extension of the actuator 20, the elastic force of the spring assembly 50 is increased, which raises the first pressure threshold from which the shutter 25 begins to move back to reduce the passage section of the valve 10 and the second pressure threshold from which the shutter 25 is pressed against its seat 15 to completely close the valve 10.

Ainsi, en pilotant l’actionneur 20, il est possible d’ajuster le comportement de la vanne 10, c’est-à-dire de modifier sa loi d’ouverture en fonction de la pression du fluide amont.Thus, by controlling the actuator 20, it is possible to adjust the behavior of the valve 10, that is to say to modify its opening law according to the pressure of the upstream fluid.

Dans le présent exemple, la raideur de l’ensemble à ressort 50, dans son ensemble, est égale à 37 N/mm et sa longueur au repos est égale à 2 cm.In the present example, the stiffness of the spring assembly 50, as a whole, is equal to 37 N/mm and its length at rest is equal to 2 cm.

La illustre un deuxième exemple de vanne 110 tout à fait analogue au premier exemple si ce n’est que l’obturateur 160 présente une configuration différente.There illustrates a second example of valve 110 which is completely similar to the first example except that the shutter 160 has a different configuration.

Dans ce deuxième exemple, l’obturateur 160 n’est plus une bille mais une douille cylindrique engagée dans l’orifice de circulation 115 et dont le diamètre est ajusté à celui de l’orifice de circulation 115. Tout comme dans le premier exemple, cet obturateur 160 est fixé à l’extrémité distale de la tige de commande 124.In this second example, the shutter 160 is no longer a ball but a cylindrical sleeve engaged in the circulation orifice 115 and whose diameter is adjusted to that of the circulation orifice 115. Just as in the first example, this shutter 160 is fixed to the distal end of the control rod 124.

Les deux extrémités de la douille 160 sont fermées. Pour permettre la circulation du fluide de la première chambre de circulation 112 à la deuxième chambre de circulation 113, la douille 160 comprend au moins une première lumière 161, ici de forme rectangulaire, dans une zone située dans la première chambre de circulation 112, quelle que soit la position de la douille 160 ; la douille 160 comprend également au moins une deuxième lumière 162 positionnée pour communiquer avec la deuxième chambre de circulation 113 au moins dans certaines positions de la douille 160. Plus précisément, les deuxièmes lumières 162, ici triangulaires, sont positionnées de telle sorte que leur surface de communication avec la deuxième chambre de circulation 113 augmente progressivement à mesure que la douille 160 est avancée dans la deuxième chambre de circulation 113. La douille 160 comprend en outre un épaulement 163 à son extrémité distale prévu pour se plaquer en butée contre l’orifice de circulation 115 dans la position de fermeture de la vanne.The two ends of the sleeve 160 are closed. To allow the circulation of the fluid from the first circulation chamber 112 to the second circulation chamber 113, the sleeve 160 comprises at least a first lumen 161, here of rectangular shape, in an area located in the first circulation chamber 112, regardless of the position of the sleeve 160; the sleeve 160 also comprises at least one second lumen 162 positioned to communicate with the second circulation chamber 113 at least in certain positions of the sleeve 160. More precisely, the second lumens 162, here triangular, are positioned such that their communication surface with the second circulation chamber 113 increases progressively as the sleeve 160 is advanced into the second circulation chamber 113. The sleeve 160 further comprises a shoulder 163 at its distal end intended to press against the circulation orifice 115 in the closed position of the valve.

Par ailleurs, le fonctionnement de cette vanne 110 est tout à fait analogue à celui du premier exemple. En particulier, le diamètre de la douille 160 étant inférieur à celui du soufflet 130, la résultante des forces de pression tend à repousser la tige de commande 124 vers l’arrière à l’encontre de la force de résistance élastique de l’ensemble à ressort 150.Furthermore, the operation of this valve 110 is entirely similar to that of the first example. In particular, the diameter of the sleeve 160 being smaller than that of the bellows 130, the resultant of the pressure forces tends to push the control rod 124 backwards against the elastic resistance force of the spring assembly 150.

La illustre un troisième exemple de vanne 210 tout à fait analogue au premier exemple si ce n’est que la circulation dans la vanne 210 est inversée, la chambre amont étant la deuxième chambre de circulation 213 ; une autre différence concerne l’obturateur 225 qui n’est pas fixé à l’extrémité distale de la tige de commande 224.There illustrates a third example of valve 210 which is entirely similar to the first example except that the circulation in the valve 210 is reversed, the upstream chamber being the second circulation chamber 213; another difference concerns the shutter 225 which is not fixed to the distal end of the control rod 224.

Ainsi, dans cet exemple, l’obturateur 225 est libre, c’est-à-dire qu’il n’est pas fixé à l’extrémité de la tige de commande 224. La position de l’obturateur 225 est néanmoins contrainte par la position de la tige de commande 224, cette dernière pouvant, selon sa position, empêcher l’obturateur 225 de se plaquer contre l’orifice de circulation 215. Par ailleurs, une cage 226, installée dans la deuxième chambre de circulation 213 et dans laquelle est logé l’obturateur 225, permet de retenir radialement l’obturateur 225.Thus, in this example, the shutter 225 is free, that is to say that it is not fixed to the end of the control rod 224. The position of the shutter 225 is nevertheless constrained by the position of the control rod 224, the latter being able, depending on its position, to prevent the shutter 225 from being pressed against the circulation orifice 215. Furthermore, a cage 226, installed in the second circulation chamber 213 and in which the shutter 225 is housed, makes it possible to retain the shutter 225 radially.

Dans cet exemple, la résultante des forces de pression dans la chambre amont, c’est-à-dire la deuxième chambre de circulation 213, tend à repousser l’obturateur 225 contre son siège 215 et donc contre la tige de commande 224 : ainsi, la résultante des forces de pression tend à repousser la tige de commande 224 vers l’arrière à l’encontre de la force de résistance élastique de l’ensemble à ressort 250, de manière tout à fait analogue au premier exemple.In this example, the resultant of the pressure forces in the upstream chamber, i.e. the second circulation chamber 213, tends to push the shutter 225 against its seat 215 and therefore against the control rod 224: thus, the resultant of the pressure forces tends to push the control rod 224 rearward against the elastic resistance force of the spring assembly 250, in a manner entirely analogous to the first example.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it is obvious that modifications and changes may be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the various illustrated/mentioned embodiments may be combined in additional embodiments. Therefore, the description and drawings are to be considered in an illustrative rather than restrictive sense.

Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.It is also obvious that all the characteristics described with reference to a method are transposable, alone or in combination, to a device, and conversely, all the characteristics described with reference to a device are transposable, alone or in combination, to a method.

Claims

Adjustable automatic valve, including
a first circulation chamber (12), configured to be connected to a first fluid line (3v),
a second circulation chamber (13), communicating with the first circulation chamber (12) via a circulation orifice (15), forming a valve seat, and configured to be connected to a second fluid line (3m),
a linear stroke actuator (20),
a control rod (24) extending axially in the first circulation chamber (12),
a shutter (25), movable between a closed position, in which it is pressed against the valve seat (15), and an open position, in which it is at least partially at a distance from the valve seat (15), the valve (10) being configured so that the position of the shutter (25) is at least partly controlled by the position of the control rod (24), and
a spring (50), mounted in series with the actuator (20) to control the position of the control rod (24).

Valve according to claim 1, wherein the first fluid line (3v) and the second fluid line (3m) are cryogenic fluid lines.

A valve according to claim 1 or 2, wherein the actuator (20) comprises a piezoelectric actuator (21).

Valve according to claim 3, in which the piezoelectric actuator (21) is equipped with a stroke amplifier (22), preferably of the pantograph type.

Valve according to any one of claims 1 to 4, in which the first circulation chamber (12) is configured to constitute the upstream chamber of the valve (10) while the second circulation chamber (13) is configured to constitute the downstream chamber of the valve (10).

A valve according to any one of claims 1 to 5, wherein the spring (50) is interposed axially between the actuator (20) and the control rod (24), or
in which the spring (50) is interposed between a fixed element of the valve (10) and the actuator (20).

Valve according to any one of claims 1 to 6, in which the spring (50) comprises at least one spring washer (54), and preferably several stacked spring washers (54), and
in which the spring is housed in a cassette (51).

Valve according to any one of claims 1 to 7, in which the spring (50) has a stiffness of between 10 and 100N/mm, preferably of between 20 and 30N/mm.

Valve according to any one of claims 1 to 8, comprising a bellows (30), sealed while being axially stretchable, surrounding the control rod (24), a first end (31) of the bellows (30) being integral with a wall of the first circulation chamber (12), and a second end (32) of the bellows (30) being integral with the control rod (24).

Valve according to claim 9, in which the maximum diameter of the bellows (30) is greater than the diameter of the circulation orifice (15).

Traffic circuit, including
a pump (3), comprising an inlet connected to an upstream line (3m) and an outlet connected to a downstream line (3v),
a recirculation line (5), extending from the downstream line (3v) to the upstream line (3m), and
a valve (10) according to any one of the preceding claims, installed on the recirculation line (5) so as to control the flow rate of the recirculation line (5).