[go: up one dir, main page]

FR2678751A1 - ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES. - Google Patents

ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES. Download PDF

Info

Publication number
FR2678751A1
FR2678751A1 FR9108295A FR9108295A FR2678751A1 FR 2678751 A1 FR2678751 A1 FR 2678751A1 FR 9108295 A FR9108295 A FR 9108295A FR 9108295 A FR9108295 A FR 9108295A FR 2678751 A1 FR2678751 A1 FR 2678751A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
valve
passage
controlled
pressure
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
FR9108295A
Other languages
French (fr)
Inventor
Lang Martin Hermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agence Spatiale Europeenne
Original Assignee
Agence Spatiale Europeenne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agence Spatiale Europeenne filed Critical Agence Spatiale Europeenne
Priority to FR9108295A priority Critical patent/FR2678751A1/en
Publication of FR2678751A1 publication Critical patent/FR2678751A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/025Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic actuated by thermo-electric means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems
    • B64G1/402Propellant tanks; Feeding propellants
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00Control of fluid pressure
    • G05D16/20Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Le régulateur comporte, pour réduire la pression d'un fluide: - une vanne à commande thermique (12) comprenant: un obturateur formé d'un clapet (17) et d'un siège (19) mobiles de manière à définir entre eux un passage (24) de section variable; un élément dilatable (16), coopérant avec obturateur de manière que sa dilatation ou sa rétraction modifie la position relative du clapet et du siège et, corrélativement, la section du passage; et des moyens (20) de chauffage contrôlé de l'élément dilatable, - des moyens de mesure de la pression aval, et - des moyens de commande, recevant un signal de pression délivrant un signal d'asservissement commandant les moyens de chauffage. Très avantageusement, l'organe obturateur est dépourvu de moyens de rappel élastiques et les moyens de chauffage sont dédoublés (20, 20') et commandés distinctement.The regulator comprises, to reduce the pressure of a fluid: - a thermally controlled valve (12) comprising: a shutter formed by a valve (17) and a seat (19) movable so as to define between them a passage (24) of variable section; an expandable element (16), cooperating with the shutter so that its expansion or retraction modifies the relative position of the valve and the seat and, correspondingly, the section of the passage; and means (20) for controlled heating of the expandable element, - means for measuring the downstream pressure, and - control means, receiving a pressure signal delivering a control signal controlling the heating means. Very advantageously, the shutter member is devoid of elastic return means and the heating means are split (20, 20 ') and controlled separately.

Description

Régulateur de pression de fluide à commande électronique,
et vanne à commande thermique, notamment pour des
fluides d'alimentation de moteurs spatiaux
L'invention concerne un régulateur de pression de fluide à commande électronique, ainsi qu'une vanne à commande thermique utilisable notamment pour un tel régulateur.
Fluid pressure regulator with electronic control,
and thermally controlled valve, especially for
space engine supply fluids
The invention relates to an electronically controlled fluid pressure regulator, as well as a thermally controlled valve usable in particular for such a regulator.

Elle est en particulier destinée aux circuits d'alimentation en fluide des moteurs spatiaux, compte tenu des contraintes très sévères d'environnement et de fiabilité d'une telle application, pour laquelle l'invention se révèle parfaitement adaptée. It is in particular intended for the fluid supply circuits of space engines, taking into account the very severe environmental and reliability constraints of such an application, for which the invention proves to be perfectly suitable.

L'objet d'un régulateur de pression est de réduire la haute pression d'un fluide, par exemple celle régnant dans un réservoir, en une basse pression - constante ou variable, selon les cas - compatible avec l'organe d'utilisation. Un exemple, bien entendu aucunement limitatif, en est l'alimentation des moteurs à propulsion ionique de véhicules spatiaux notamment les moteurs de commande orbitale, moteurs qui doivent être alimentés en une pression de l'ordre de 2 bars par un gaz stocké sous une pression de l'ordre de 100 bars dans un réservoir. The object of a pressure regulator is to reduce the high pressure of a fluid, for example that prevailing in a tank, to a low pressure - constant or variable, as the case may be - compatible with the member of use. An example, of course in no way limiting, is the supply thereof to ion-propelled engines of space vehicles, in particular orbital control motors, motors which must be supplied with a pressure of the order of 2 bars by a gas stored under pressure. of the order of 100 bars in a tank.

Les régulateurs de pression proposés jusqu'à présent pour ce type d'application spatiale reposaient sur deux concepts distincts, à savoir les régulateurs électroniques numériques, et les régulateurs mécaniques. The pressure regulators proposed until now for this type of spatial application were based on two distinct concepts, namely digital electronic regulators, and mechanical regulators.

Un régulateur électronique numérique, dont le principe est illustré schématiquement figure 1, comporte essentiellement, en aval d'une entrée de fluide haute pression 1, un filtre 2 suivi d'un étranglement ou orifice calibré 3 introduisant dans le circuit de fluide une perte de charge induisant un abaissement de la pression du fluide. A digital electronic regulator, the principle of which is illustrated diagrammatically in FIG. 1, essentially comprises, downstream of a high pressure fluid inlet 1, a filter 2 followed by a choke or calibrated orifice 3 introducing into the fluid circuit a loss of charge inducing a lowering of the fluid pressure.

En aval de cet étranglement 3 est disposée une vanne primaire de contrôle de débit 4 assurant, par une commande tout ou rien séquencée de façon appropriée, une modulation du débit de fluide.Downstream of this throttle 3 is disposed a primary flow control valve 4 ensuring, by an all or nothing control appropriately sequenced, a modulation of the fluid flow.

L'étranglement 3 est conçu de manière à réduire suffisamment le débit pour que le temps d'ouverture de la vanne soit élevé par rapport au temps de réponse de la vanne, condition nécessaire pour un asservissement convenable du régulateur.The throttle valve 3 is designed so as to reduce the flow rate sufficiently so that the valve opening time is long compared to the valve response time, a condition necessary for proper servo-control of the regulator.

Cette vanne primaire 4 est rendue redondante par ajout d'une seconde vanne 5, ouverte en fonctionnement normal, assurant une sécurité à l'encontre d'un refus de fermeture de la vanne 4. This primary valve 4 is made redundant by adding a second valve 5, open during normal operation, ensuring safety against a refusal to close valve 4.

La sécurité à l'encontre d'un refus d'ouverture de la vanne pnmaire 4, est obtenue par un dédoublement des éléments 2 à 5 en des éléments identiques 2' à 5', disposés entre eux en série, l'ensemble étant disposé en parallèle sur la série d'éléments 2 à 5. Security against a refusal to open the primary valve 4 is obtained by splitting elements 2 to 5 into identical elements 2 'to 5', arranged between them in series, the assembly being arranged in parallel on the series of elements 2 to 5.

Les sorties des deux vannes 5 et 5' sont reliées ensemble et aboutissent à un ballon accumulateur 6 permettant d'absorber les àcoups de débit et délivrant par une sortie 7 le fluide sous basse pression régulée. La commande de la vanne primaire 4 (ou des vannes secondaires 5, 4' et 5') est asservie à la mesure de la basse pression, effectuée par un capteur 8 de basse pression, de préférence doublement redondant (capteurs 8' et 8") agissant sur une électronique de commande 9 pilotant les différentes vannes 4, 5, 4' et 5'. The outputs of the two valves 5 and 5 'are connected together and lead to an accumulator balloon 6 making it possible to absorb the flow spurts and delivering by an output 7 the fluid under controlled low pressure. The control of the primary valve 4 (or of the secondary valves 5, 4 'and 5') is controlled by the measurement of the low pressure, carried out by a low pressure sensor 8, preferably doubly redundant (sensors 8 'and 8 " ) acting on a control electronics 9 controlling the different valves 4, 5, 4 'and 5'.

L'électronique de commande 9 assure la commutation tout ou rien de la vanne 4 en fonction d'un niveau de consigne de basse pression prédéterminé, et actionne les vannes secondaires 5, 4' et 5' au cas où la pression en sortie dépasse un niveau d'alerte révélateur d'un refus de fermeture de la vanne primaire 4, ou tombe au-dessous d'un niveau minimal révélateur d'un refus d'ouverture de la vanne primaire 4. The control electronics 9 ensures the on-off switching of the valve 4 as a function of a predetermined low pressure setpoint level, and actuates the secondary valves 5, 4 ′ and 5 ′ in the event that the output pressure exceeds a alert level indicative of a refusal to close the primary valve 4, or falls below a minimum level indicative of a refusal to open the primary valve 4.

Ce premier concept de régulateur, bien qu'il soit suffisamment précis et fiable et qu'il assure une bonne protection à l'encontre des défauts de fonctionnement de la vanne primaire, est néanmoins de structure relativement complexe compte tenu de la multiplicité des composants, ce qui limite considérablement ses possibilités d'utilisation dans des applications spatiales, où il est essentiel de disposer de structures simples, pour être fiables et légères. This first concept of regulator, although it is sufficiently precise and reliable and that it provides good protection against malfunctions of the primary valve, is nevertheless of relatively complex structure taking into account the multiplicity of components, which considerably limits its possibilities of use in space applications, where it is essential to have simple structures, to be reliable and light.

Le second concept est celui du régulateur mécanique, illustré schématiquement figure 2, qui comporte essentiellement, en aval de l'entrée 1 et du filtre 2 et en amont du ballon accumulateur 6 et de la sortie basse pression 7, un organe régulateur 10 à fonctionnement purement mécanique, généralement un régulateur à deux étages compte tenu de la précision de régulation requise et du rapport élevé entre pression d'entrée et pression de sortie. On prévoit une vanne de coupure 11 en amont du régulateur 10, rendue redondante par ajout en parallèle d'une seconde vanne identique 11' qui assure une sécurité à l'encontre des refus d'ouverture de la vanne 11. The second concept is that of the mechanical regulator, illustrated diagrammatically in FIG. 2, which essentially comprises, downstream of the inlet 1 and of the filter 2 and upstream of the storage tank 6 and of the low pressure outlet 7, a regulating member 10 operating purely mechanical, generally a two-stage regulator taking into account the required regulation precision and the high ratio between inlet pressure and outlet pressure. A cut-off valve 11 is provided upstream of the regulator 10, made redundant by adding in parallel a second identical valve 11 ′ which provides security against refusals to open the valve 11.

Ce second concept de vanne, du fait du caractère essentiellement mécanique de la commande de régulation, présente une moins bonne précision et une moins bonne fidélité de la régulation. Toutefois, compte tenu de son caractère robuste et compact, il est utilisé dans la majeure partie des applications spatiales nécessitant une telle régulation. This second valve concept, due to the essentially mechanical nature of the regulation control, has poorer precision and poorer regulation fidelity. However, given its robust and compact nature, it is used in most of the space applications requiring such regulation.

Un des buts de l'invention est de proposer un nouveau type de régulateur, de type électronique et donc dérivé du premier concept précité, mais qui soit de conception beaucoup plus simple, tout en présentant des performances au moins égales et un même degré de sécurité à l'encontre des refus d'ouverture ou de fermeture de la vanne primaire. One of the aims of the invention is to propose a new type of regulator, of electronic type and therefore derived from the first concept mentioned above, but which is of much simpler design, while presenting at least equal performance and the same degree of safety. against refusals to open or close the primary valve.

On verra également que le régulateur de l'invention ne fonctionne pas en mode numérique tout ou rien comme les régulateurs antérieurs, mais en mode analogique, ce qui procure une modulation beaucoup plus fine de la pression à réguler. It will also be seen that the regulator of the invention does not operate in digital all-or-nothing mode like the prior regulators, but in analog mode, which provides a much finer modulation of the pressure to be regulated.

L'invention porte également, en tant que produit industriel nouveau, sur la vanne de type particulier équipant le régulateur, considérée indépendamment de ce régulateur. The invention also relates, as a new industrial product, to the valve of the particular type fitted to the regulator, considered independently of this regulator.

Essentiellement, l'invention utilise les avantages d'un type de vanne en lui-même connu, mais modifié en fonction des buts recherchés, la vanne à commande thermique ou ETV (Electro-Thermally operated Valve), qui est une vanne, comportant très peu de pièces mobiles, où l'ouverture et la fermeture du clapet de la vanne sont commandées par la dilatation ou la rétraction thermique d'un élément dilatable.Une telle vanne ETV connue est par exemple décrite dans le US-A-3 211 414 ; dans la vanne décrite par ce brevet, le clapet est sollicité contre son siège par un ressort appliquant de façon positive une pression permettant une obturation étanche ; un système de butée permet de surmonter avec une relativement faible force de dilatation la pression de fermeture du clapet afin de provoquer l'ouverture de la vanne. À la fermeture, la présence du ressort garantit un temps de fermeture acceptable pour ce type de valve. Essentially, the invention uses the advantages of a type of valve in itself known, but modified according to the aims sought, the thermally controlled valve or ETV (Electro-Thermally operated Valve), which is a valve, comprising very few moving parts, where the opening and closing of the valve flap are controlled by thermal expansion or retraction of an expandable element. Such a known ETV valve is for example described in US-A-3,211,414 ; in the valve described by this patent, the valve is biased against its seat by a spring positively applying pressure allowing a sealed closure; a stop system makes it possible to overcome the closing pressure of the valve with a relatively low expansion force in order to cause the opening of the valve. When closing, the presence of the spring guarantees an acceptable closing time for this type of valve.

On verra en particulier que l'invention procure les avantages suivants:
très grande fiabilité, en dépit d'une durée de vie importante,
simplicité de structure,
faible coût (aussi bien direct qu'indirect),
faible masse,
faible besoin en énergie électrique d'alimentation,
- durée de vie importante, en nombre de cycles,
faible sensibilité à la contamination particulaire, donc faible
risque de blocage de ce fait,
- excellente caractéristique de régulation (faible dépassement
de part et d'autre du niveau de consigne, très grande stabilité
de boucle), et
- facilité de test.
It will be seen in particular that the invention provides the following advantages:
very high reliability, despite a long service life,
simplicity of structure,
low cost (both direct and indirect),
low mass,
low need for electrical power supply,
- long service life, in number of cycles,
low sensitivity to particulate contamination, therefore low
risk of blocking as a result,
- excellent regulation characteristic (low overshoot
on both sides of the setpoint level, very high stability
loop), and
- ease of testing.

Plus précisément, l'invention concerne un régulateur de pression de fluide à commande électronique, comportant une entrée de fluide, une sortie de fluide et des moyens pour réduire de façon contrôlée la pression de ce fluide entre l'entrée et la sortie, notamment pour des fluides d'alimentation de moteurs spatiaux. More specifically, the invention relates to an electronically controlled fluid pressure regulator, comprising a fluid inlet, a fluid outlet and means for controlled reduction of the pressure of this fluid between the inlet and the outlet, in particular for fluids for space engines.

De façon caractéristique de l'invention, les moyens pour réduire de façon contrôlée la pression du fluide comprennent : une vanne à commande thermique comprenant, logés dans un corps de vanne un organe obturateur formé d'un clapet et d'un siège de clapet mobiles l'un par rapport à l'autre de manière à définir entre eux un passage de section variable entre une position d'ouverture, correspondant à une section maximale du passage, et une position de fermeture, correspondant à une section minimale du passage, un élément dilatable, coopérant avec l'organe obturateur de manière que la dilatation ou la rétraction de cet élément sous l'effet de la température modifie la position relative du clapet et du siège et, corrélativement, la section du passage, et des moyens de chauffage contrôlé de l'élément dilatable ; des moyens de mesure de la pression en aval de la vanne, et des moyens de commande, recevant en entrée un signal de pression délivré par les moyens de mesure et délivrant en sortie, en fonction de ce signal d'entrée, un signal d'asservissement commandant les moyens de chauffage. Characteristically of the invention, the means for controlling the pressure of the fluid in a controlled manner comprise: a thermally controlled valve comprising, housed in a valve body a shutter member formed by a movable valve and valve seat one with respect to the other so as to define between them a passage of variable section between an open position, corresponding to a maximum section of the passage, and a closed position, corresponding to a minimum section of the passage, a expandable element, cooperating with the shutter member so that the expansion or retraction of this element under the effect of temperature modifies the relative position of the valve and of the seat and, correspondingly, the section of the passage, and of the heating means controlled of the expandable element; means for measuring the pressure downstream of the valve, and control means, receiving as input a pressure signal delivered by the measuring means and outputting, as a function of this input signal, a signal servo controlling the heating means.

Très avantageusement, l'organe obturateur est essentiellement dépourvu de moyens de rappel élastiques, la section maximale du passage est choisie de manière à assurer ladite réduction contrôlée de la pression du fluide, celle-ci étant alors opérée directement par l'organe obturateur, et les moyens de chauffage contrôlé de l'élément dilatable sont dédoublés et commandés distinctement. Very advantageously, the shutter member is essentially devoid of elastic return means, the maximum section of the passage is chosen so as to ensure said controlled reduction of the pressure of the fluid, the latter then being operated directly by the shutter member, and the controlled heating means of the expandable element are split and controlled separately.

L'invention couvre aussi, en tant que produit industriel nouveau, une vanne à commande thermique, notamment pour des fluides d'alimentation de moteurs spatiaux, qui comprend, logés dans un corps de vanne : un organe obturateur formé d'un clapet et d'un siège de clapet mobiles l'un par rapport à l'autre de manière à définir entre eux un passage de section variable entre une position d'ouverture, correspondant à une section maximale du passage, et une position de fermeture, correspondant à une section minimale du passage, cet organe obturateur étant essentiellement dépourvu de moyens de rappel élastiques ; un élément dilatable, coopérant avec l'organe obturateur de manière que la dilatation ou la rétraction de cet élément sous l'effet de la température modifie la position relative du clapet et du siège et, corrélativement, la section du passage ; et des moyens de chauffage contrôlé de l'élément dilatable. The invention also covers, as a new industrial product, a thermally controlled valve, in particular for fluids supplying space engines, which comprises, housed in a valve body: a shutter member formed by a valve and '' a valve seat movable with respect to each other so as to define between them a passage of variable cross section between an open position, corresponding to a maximum cross section of the passage, and a closed position, corresponding to a minimum section of the passage, this shutter member being essentially devoid of elastic return means; an expandable element, cooperating with the shutter member so that the expansion or retraction of this element under the effect of temperature modifies the relative position of the valve and of the seat and, correspondingly, the section of the passage; and means for controlled heating of the expandable element.

0
On va maintenant déclire un exemple de réalisation de l'invention, en référence aux dessins annexés.
0
We will now describe an embodiment of the invention, with reference to the accompanying drawings.

La figure 1, précitée, montre le schéma d'un régulateur électronique de type classique. Figure 1, above, shows the diagram of an electronic regulator of the conventional type.

La figure 2, précitée, montre le schéma de principe d'un régulateur mécanique de type classique. Figure 2, above, shows the block diagram of a mechanical regulator of the conventional type.

La figure 3 illustre une vanne selon l'invention, de type normalement fermé , en position de repos.  FIG. 3 illustrates a valve according to the invention, of the normally closed type, in the rest position.

La figure 4 illustre la vanne de la figure 3 en position active. Figure 4 illustrates the valve of Figure 3 in the active position.

Les figures 5 et 6 sont homologues des figures 3 et 4, pour une vanne de type normalement ouverte . Figures 5 and 6 are equivalent to Figures 3 and 4, for a normally open type valve.

La figure 7 montre le schéma de principe d'un régulateur selon l'invention, réalisé autour des vannes des figures 3 et 5. FIG. 7 shows the block diagram of a regulator according to the invention, produced around the valves of FIGS. 3 and 5.

0
La figure 3 montre le schéma général d'une vanne selon l'invention, du type normalement fermée (on entendra par normalement fermée une vanne fermée lorsqu'aucune énergie ne lui est appliquée de l'extérieur, cette vanne s'ouvrant sous l'effet d'une application d'énergie - et inversement, pour une vanne de type normalement ouverte ).
0
Figure 3 shows the general diagram of a valve according to the invention, of the normally closed type (normally closed means a closed valve when no energy is applied to it from the outside, this valve opening under the effect of an energy application - and vice versa, for a normally open type valve).

La vanne 12 comprend essentiellement, à l'intérieur d'un logement cylindrique 13 parcouru par le fluide dont on veut réguler la pression, un disque transversal 14 muni de larges perforations 15 et supportant l'extrémité d'une tige axiale 16 portant, à son autre extrémité (extrémité libre) un clapet 17 de fermeture de la vanne. The valve 12 essentially comprises, inside a cylindrical housing 13 traversed by the fluid whose pressure is to be regulated, a transverse disc 14 provided with wide perforations 15 and supporting the end of an axial rod 16 carrying, its other end (free end) a valve 17 for closing the valve.

Ce clapet 17 est par exemple pourvu de reliefs circulaires concentriques 18 dont les sommets viennent porter, en position fermée, sur un siège de clapet 19. Le matériau de la tige 16 est un matériau dilatable afin que, par chauffage, l'élévation de température du matériau vienne dilater la tige 16 et dégager le clapet 17 du siège 19, permettant ainsi une ouverture graduelle de la vanne.This valve 17 is for example provided with concentric circular reliefs 18 whose summits come to bear, in the closed position, on a valve seat 19. The material of the rod 16 is an expandable material so that, by heating, the rise in temperature material comes to expand the rod 16 and release the valve 17 from the seat 19, thus allowing a gradual opening of the valve.

Ce chauffage de la tige 16 est réalisé par une résistance électrique 20 bobinée régulièrement autour de la tige sur la majeure partie de la longueur de celle-ci. Par sécurité, ce bobinage est rendu redondant, le basculement de l'un à l'autre bobinage 20 ou 20' étant effectué par un commutateur 21 sur détection d'un mauvais fonctionnement. Le bobinage sélectionné 20 ou 20' est relié à une source de courant électrique 22 par fermeture d'un interrupteur 23, commandé sélectivement lorsque l'on souhaite obtenir l'ouverture de la vanne. This heating of the rod 16 is carried out by an electrical resistance 20 regularly wound around the rod over the major part of the length of the latter. For safety, this winding is made redundant, the switching from one to the other winding 20 or 20 'being effected by a switch 21 upon detection of a malfunction. The selected winding 20 or 20 ′ is connected to an electric current source 22 by closing a switch 23, selectively controlled when it is desired to open the valve.

Plus précisément, la vanne est activée lorsque on ferme l'inter rupteur 23, ce qui alimente le bobinage 20 ou 20' et établit le niveau de température voulu au sein de la tige dilatable 16. L'accroissement de température de celle-ci dégage le clapet 17 du siège 19, laissant apparaître un intervalle annulaire 24 par lequel le fluide va pouvoir passer (figure 4). More precisely, the valve is activated when the interrupter 23 is closed, which supplies the winding 20 or 20 ′ and establishes the desired temperature level within the expandable rod 16. The increase in temperature of the latter releases the valve 17 of the seat 19, revealing an annular gap 24 through which the fluid will be able to pass (Figure 4).

Très avantageusement, on dimensionne l'intervalle 24 de manière à introduire dans le circuit de fluide une perte de charge suffisante pour réaliser directement l'abaissement de pression recherché, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un étranglement spécifique pour réaliser cette fonction, comme dans la technique antérieure. La section du passage de fluide en position ouverte dépend à la fois de la dilatation de la tige 16 (paramètre qui peut éventuellement être modulé en faisant varier l'apport d'énergie électrique de chauffage) et du diamètre du clapet 17, paramètre dont dépend la surface de clapet en regard du siège 19. Very advantageously, the gap 24 is dimensioned so as to introduce into the fluid circuit a pressure drop sufficient to directly achieve the desired pressure reduction, without it being necessary to provide a specific throttling to perform this function, as in the prior art. The cross section of the fluid passage in the open position depends both on the expansion of the rod 16 (parameter which can possibly be modulated by varying the supply of electrical heating energy) and on the diameter of the valve 17, parameter on which depends the valve surface facing the seat 19.

Dans le cas de l'invention, si l'on prévoit par exemple une tige en aluminium de 50 mm de long et de 3 mm de diamètre, une augmentation de température de 40"C permet d'aboutir, avec un diamètre de clapet de 10 mm, à une fente annulaire d'environ 1 mm2 (la valeur exacte étant fonction des propriétés du matériau d'étanchéité utilisé et de la pression de fermeture requise), valeur tout à fait suffisante pour les applications envisagées. In the case of the invention, if, for example, an aluminum rod 50 mm long and 3 mm in diameter is provided, an increase in temperature of 40 "C. makes it possible to achieve, with a valve diameter of 10 mm, at an annular gap of approximately 1 mm2 (the exact value being a function of the properties of the sealing material used and the closing pressure required), a value which is quite sufficient for the applications envisaged.

À la fermeture, l'ouverture de l'interrupteur 23 isole le bobinage et la tige 16 se refroidit rapidement - et ce, d'autant plus rapide ment que, d'une part, la tige se trouve, du fait de sa position axiale, entourée par le fluide en mouvement et que, d'autre part, elle est en contact thermique avec le disque 14 et le clapet 17, ces éléments participant donc au refroidissement de la tige -, ce qui provoque la fermeture progressive du clapet. On closing, the opening of the switch 23 isolates the winding and the rod 16 cools quickly - and this is all the more rapid since, on the one hand, the rod is located, due to its axial position. , surrounded by the moving fluid and that, on the other hand, it is in thermal contact with the disc 14 and the valve 17, these elements therefore participating in the cooling of the rod -, which causes the valve to gradually close.

On notera, et ceci est un aspect important de l'invention, que cette vanne est dépourvue de tout ressort de rappel, à la différence des vannes à commande thermique connues de l'art antérieur, qui prévoyaient toujours un tel ressort de rappel pour garantir un temps de fermeture acceptable. It will be noted, and this is an important aspect of the invention, that this valve is devoid of any return spring, unlike the thermally controlled valves known from the prior art, which always provided for such a return spring to guarantee an acceptable closing time.

Pour une puissance d'alimentation électrique de 2 W, on obtient avec la vanne de l'invention un temps d'ouverture de l'ordre de 1 s et un temps de fermeture de l'ordre de 5 s, valeurs tout à fait compatibles avec les applications spatiales envisagées plus haut, avec une conductibilité thermique du disque porte-tige 14 optimisée à une valeur d'environ 50 mW/K.  For an electrical power supply of 2 W, the opening valve of the order of 1 s and a closing time of the order of 5 s are obtained with the valve of the invention, values which are entirely compatible. with the space applications envisaged above, with a thermal conductivity of the rod-carrying disc 14 optimized to a value of approximately 50 mW / K.

il est éventuellement possible, toujours sans prévoir aucun ressort de rappel, d'obtenir des temps de réponse plus courts en modifiant les valeurs des divers paramètres ; on notera cependant qu'il devient alors nécessaire de prévoir une alimentation électrique de puissance notablement plus élevée, imposant un contrôle thermique plus strict du comportement d'ensemble. it is possibly possible, always without providing any return spring, to obtain shorter response times by modifying the values of the various parameters; it will be noted however that it then becomes necessary to provide a power supply of significantly higher power, imposing a stricter thermal control of the overall behavior.

Les figures 5 et 6 sont homologues des figures 3 et 4, pour une vanne du type normalement ouverte . Sur ces figures, les mêmes références numériques désignent des éléments homologues, et l'on peut voir que la seule différence essentielle est que, dans le cas des figures 5 et 6, le clapet 17 est situé en amont du siège 19, de manière que la dilatation de la tige 16, au lieu de venir écarter le clapet 17 du siège 19 vienne au contraire le rapprocher de ce dernier. Figures 5 and 6 are homologous to Figures 3 and 4, for a valve of the normally open type. In these figures, the same reference numerals designate homologous elements, and it can be seen that the only essential difference is that, in the case of FIGS. 5 and 6, the valve 17 is located upstream of the seat 19, so that the expansion of the rod 16, instead of moving the valve 17 away from the seat 19, on the contrary, brings it closer to the latter.

La figure 7 est un schéma d'un régulateur selon l'invention, utilisant une vanne de commande primaire 12 du même type que celle illustrée figure 3, c'est-à-dire une vanne à commande thermique sans ressort de rappel. On retrouve sur la figure 7 les mêmes éléments 1 (entrée haute pression), 2 (filtre), 6 (ballon accumulateur), 7 (sortie basse pression), 8, 8', 8" (capteurs basse pression) et 9 (électronique de commande) que dans le dispositif de la figure 1, avec des fonctions comparables. FIG. 7 is a diagram of a regulator according to the invention, using a primary control valve 12 of the same type as that illustrated in FIG. 3, that is to say a thermal control valve without return spring. We find in Figure 7 the same elements 1 (high pressure inlet), 2 (filter), 6 (storage tank), 7 (low pressure outlet), 8, 8 ', 8 "(low pressure sensors) and 9 (electronics control) than in the device of Figure 1, with comparable functions.

On notera, en premier lieu, que l'absence de ressort mécanique de rappel supprime le risque de refus d'ouverture pour cause mécanique, risque qui, dans les régulateurs classiques tels que ceux illustrés figure 1, doit être couvert par un doublement complet de la chaîne de régulation (éléments redondants 2', 3', 4' et 5' de la figurel). It will be noted, first of all, that the absence of a mechanical return spring eliminates the risk of refusal to open for mechanical reasons, a risk which, in conventional regulators such as those illustrated in FIG. 1, must be covered by a complete doubling of the regulation chain (redundant elements 2 ', 3', 4 'and 5' of the figurel).

Le seul risque de refus d'ouverture résulterait, dans le régulateur de l'invention, d'un défaut de fonctionnement du bobinage chauffant 20. Cependant, la présence d'un double bobinage 20, 20' assure très simplement et très efficacement une sécurité à l'encontre d'un tel refus d'ouverture. The only risk of refusal to open would result, in the regulator of the invention, from a malfunction of the heating coil 20. However, the presence of a double coil 20, 20 'very simply and very effectively provides security. against such refusal to open.

La seule redondance qui soit nécessaire est une redondance de protection à l'encontre d'un refus de fermeture de la vanne primaire 12, protection qui peut être assurée en prévoyant en aval de celle-ci une vanne secondaire 25, similaire mais du type normalement ouvert . The only redundancy which is necessary is a redundancy of protection against a refusal to close the primary valve 12, protection which can be ensured by providing downstream of this a secondary valve 25, similar but of the type normally open.

Enfin, du fait que l'orifice entre siège et clapet peut être contrôlé avec précision, il n'est plus nécessaire de prévoir un étranglement ou orifice calibré distinct (composant 3 de la figure 1), ce qui simplifie encore le montage. Finally, since the orifice between seat and valve can be controlled with precision, it is no longer necessary to provide a separate calibrated throttle or orifice (component 3 of FIG. 1), which further simplifies assembly.

Un autre avantage de la nouvelle configuration selon l'invention est que, en cas de panne d'alimentation électrique, la vanne primaire 12 retourne d'elle-même en position fermée, introduisant ainsi une sécurité intrinsèque à l'encontre de ce risque sans recours à aucun élément supplémentaire. Another advantage of the new configuration according to the invention is that, in the event of a power supply failure, the primary valve 12 returns by itself to the closed position, thus introducing intrinsic safety against this risk without use of no additional elements.

En ce qui concerne la commande des vannes 12 et 25 par l'électronique de commande 9, cette commande peut être assurée par des étages de pilotage commandés en mode soit numérique ( tout ou rien ) soit analogique, avec dans ce cas une variation continue, graduelle de la section du passage entre clapet et siège qui, par la perte de charge introduite, commande l'abaissement de la pression.  With regard to the control of the valves 12 and 25 by the control electronics 9, this control can be ensured by control stages controlled in either digital (all or nothing) or analog mode, with in this case a continuous variation, gradual cross-section of the passage between valve and seat which, through the pressure drop introduced, controls the reduction in pressure.

Claims (1)

REVENDICATIONS I. Un régulateur de pression de fluide à commande électronique, comportant une entrée de fluide (1), une sortie de fluide (7) et des moyens pour réduire de façon contrôlée la pression de ce fluide entre l'entrée et la sortie, notamment pour des fluides d'alimentation de moteurs spatiaux, caractérisé en ce que les moyens pour réduire de façon contrôlée la pression du fluide comprennent: - une vanne à commande thermique (12 ;CLAIMS I. An electronically controlled fluid pressure regulator comprising a fluid inlet (1), a fluid outlet (7) and means for controlled reduction of the pressure of this fluid between the inlet and the outlet, in particular for fluids supplying space engines, characterized in that the means for reducing the fluid pressure in a controlled manner comprise: - a thermally controlled valve (12; 25) comprenant, logés 25) including, accommodated dans un corps de vanne (13): in a valve body (13): un organe obturateur formé d'un clapet (17) et d'un siège de a shutter member formed by a valve (17) and a seat clapet (19) mobiles l'un par rapport à l'autre de manière à valve (19) movable relative to each other so as to définir entre eux un passage (24) de section variable entre define between them a passage (24) of variable section between une position d'ouverture, correspondant à une section maxi an open position, corresponding to a maximum section male du passage, et une position de fermeture, correspon male passage, and a closed position, corresponding dant à une section minimale du passage, at a minimum section of the passage, un élément dilatable (16), coopérant avec l'organe obtura an expandable element (16), cooperating with the obturating member teur de manière que la dilatation ou la rétraction de cet élé so that the expansion or retraction of this element ment sous l'effet de la température modifie la position rela under the effect of temperature changes the relative position tive du clapet et du siège et, corrélativement, la section du tive of the valve and seat and, correspondingly, the section of the passage, et passage, and des moyens (20) de chauffage contrôlé de l'élément dilata means (20) for controlled heating of the dilata element ble, corn, - des moyens (8, 8', 8") de mesure de la pression en aval de la vanne, et - means (8, 8 ', 8 ") for measuring the pressure downstream of the valve, and - des moyens (9) de commande, recevant en entrée un signal de pression délivré par les moyens de mesure et délivrant en sortie, en fonction de ce signal d'entrée, un signal d'asservissement commandant les moyens de chauffage. - Control means (9), receiving as input a pressure signal delivered by the measuring means and outputting, as a function of this input signal, a control signal controlling the heating means. 2. Le régulateur de pression de la revendication I, dans lequel l'organe obturateur est essentiellement dépourvu de moyens de rappel élastiques.  2. The pressure regulator of claim I, wherein the shutter member is essentially devoid of elastic return means. 3. Le régulateur de pression de la revendication 1, dans lequel la section maximale du passage est choisie de manière à assurer ladite réduction contrôlée de la pression du fluide, celle-ci étant alors opérée directement par l'organe obturateur. 3. The pressure regulator of claim 1, wherein the maximum section of the passage is chosen so as to ensure said controlled reduction of the pressure of the fluid, the latter then being operated directly by the shutter member. 4. Le régulateur de pression de la revendication 1, dans lequel les moyens de chauffage contrôlé de l'élément dilatable sont dédoublés (20, 20') et commandés distinctement. 4. The pressure regulator of claim 1, wherein the controlled heating means of the expandable element are split (20, 20 ') and controlled separately. 5. Une vanne à commande thermique (12; 25), notamment pour des fluides d'alimentation de moteurs spatiaux, 5. A thermally controlled valve (12; 25), in particular for fluids supplying space engines, caractérisée en ce qu'elle comprend, logés dans un corps de vanne (13) : characterized in that it comprises, housed in a valve body (13): - un organe obturateur formé d'un clapet (17) et d'un siège de - a shutter member formed by a valve (17) and a seat clapet (19) mobiles l'un par rapport à l'autre de manière à valve (19) movable relative to each other so as to définir entre eux un passage (24) de section variable entre une define between them a passage (24) of variable section between a position d'ouverture, correspondant à une section maximale open position, corresponding to a maximum section du passage, et une position de fermeture, correspondant à une passage, and a closed position, corresponding to a section minimale du passage, minimum passage section, cet organe obturateur étant essentiellement dépourvu de mo this shutter member being essentially devoid of mo yens de rappel élastiques, elastic booster yen, - un élément dilatable (16), coopérant avec l'organe obturateur - an expandable element (16), cooperating with the shutter member de manière que la dilatation ou la rétraction de cet élément so that the expansion or retraction of this element sous l'effet de la température modifie la position relative du under the effect of temperature changes the relative position of the clapet et du siège et, corrélativement, la section du passage, et valve and seat and, correspondingly, the section of the passage, and - des moyens (20) de chauffage contrôlé de l'élément dilatable. - Means (20) for controlled heating of the expandable element. 6. La vanne de la revendication 5, dans laquelle la section maximale du passage est choisie de manière à assurer une réduction contrôlée de la pression du fluide. 6. The valve of claim 5, in which the maximum section of the passage is chosen so as to ensure a controlled reduction of the pressure of the fluid. 7. La vanne de la revendication 5, dans laquelle les moyens de chauffage contrôlé de l'élément dilatable sont dédoublés et commandables distinctement.  7. The valve of claim 5, wherein the controlled heating means of the expandable element are split and controllable separately.
FR9108295A 1991-07-03 1991-07-03 ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES. Pending FR2678751A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9108295A FR2678751A1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9108295A FR2678751A1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2678751A1 true FR2678751A1 (en) 1993-01-08

Family

ID=9414653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9108295A Pending FR2678751A1 (en) 1991-07-03 1991-07-03 ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2678751A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006056716A1 (en) * 2004-11-26 2006-06-01 Eads Space Transportation Gmbh Assembly for a spacecraft propulsion system and propulsion system comprising at least one such assembly
US12345245B2 (en) 2020-04-02 2025-07-01 Aurora Propulsion Technologies Oy Thruster assembly

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB858831A (en) * 1956-05-23 1961-01-18 Dunlop Rubber Co Pressure reducing valve mechanisms
GB867217A (en) * 1957-11-21 1961-05-03 Zd Y Rudych Letnic 1930 An automatic control system
FR2324963A1 (en) * 1975-09-17 1977-04-15 Onera (Off Nat Aerospatiale) Control valve for ion thruster - has electrical heating element in sealed chamber of volatile liq. adjacent diaphragm connected to operating stem
US4096993A (en) * 1977-01-21 1978-06-27 Emerson Electric Co. Compensated control valve

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB858831A (en) * 1956-05-23 1961-01-18 Dunlop Rubber Co Pressure reducing valve mechanisms
GB867217A (en) * 1957-11-21 1961-05-03 Zd Y Rudych Letnic 1930 An automatic control system
FR2324963A1 (en) * 1975-09-17 1977-04-15 Onera (Off Nat Aerospatiale) Control valve for ion thruster - has electrical heating element in sealed chamber of volatile liq. adjacent diaphragm connected to operating stem
US4096993A (en) * 1977-01-21 1978-06-27 Emerson Electric Co. Compensated control valve

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006056716A1 (en) * 2004-11-26 2006-06-01 Eads Space Transportation Gmbh Assembly for a spacecraft propulsion system and propulsion system comprising at least one such assembly
FR2878505A1 (en) * 2004-11-26 2006-06-02 Eads Space Transp Sa Sa ASSEMBLY FOR PROPULSION SYSTEM OF SPACE ENGINE AND PROPULSION SYSTEM COMPRISING AT LEAST ONE SUCH ASSEMBLY
US12345245B2 (en) 2020-04-02 2025-07-01 Aurora Propulsion Technologies Oy Thruster assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2002070936A1 (en) Control device
FR2884867A1 (en) DEVICE FOR REGULATING AIR FLOW CIRCULATING IN A ROTARY SHAFT OF A TURBOMACHINE
FR2721353A1 (en) Returnless fuel system for an internal combustion engine.
FR2715196A1 (en) Fuel pressure regulator.
WO2015185856A1 (en) System for supplying a turbine engine with fluid having a low-pressure pumping assembly including two pumps in parallel
CA2009771A1 (en) Device for the automatic resetting of circuit breackers and circuit breakers aquipped with such a device
EP1964740B1 (en) New functional architecture of an automobile vacuum circuit for preserving the integrity of the pneumatic actuators or receptors
FR2678751A1 (en) ELECTRONICALLY CONTROLLED FLUID PRESSURE REGULATOR AND THERMALLY CONTROLLED VALVE, PARTICULARLY FOR FLUIDS FOR SUPPLYING SPACE ENGINES.
EP0278814B1 (en) Fuel dose regulating device for turbo machines
EP2006585A1 (en) Control valve
EP3908775B1 (en) Fluid circulation valve and thermal treatment system for a vehicle comprising such a valve
EP0245164A1 (en) Joule-Thomson cooler
EP0100732B1 (en) Glas flow control device for a liquid gas lighter
WO2017129906A1 (en) Pressure control system, fuel cell assembly and use of said control system
BE1030919B1 (en) Solenoid valve and equipment with solenoid valve
FR2636117A1 (en) ELECTRICALLY ACTUATED VALVE
EP2831397B1 (en) Electrically controlled actuating device incorporating a thermostatic function and valve
FR3060697B1 (en) VALVE FOR CONTROLLING A FLOW OF COOLING FLUID OF MOTOR OF VEHICLE, AND VEHICLE COMPRISING SAID VALVE
EP0494811A1 (en) Remote opening and closing device for a pressurised container for long-term storage
BE510901A (en)
WO2016166458A1 (en) Nonreturn device for a pipe for carrying a fluid
EP3477415A1 (en) Thermostatic valve
EP0631079A1 (en) Bistable pilot valve and its usage for operation of a valve or a release valve
FR3019876A1 (en) THERMOSTATIC ASSEMBLY, IN PARTICULAR THERMOSTATIC ELECTRONIC CARTRIDGE, AND MIXER FAUCET EQUIPPED WITH SUCH AN ASSEMBLY
FR2618527A1 (en) Device for sequentially regulating the supply of gaseous fuel to a heat generator