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Compteur de débit à pistons.
La présente invention a pour objet un compteur à pistons actionnant, par un mécanisme à manivelle, une minuterie.
On connait de tels compteurs de débit; on s'en sert p.ex. pour distribuer et mesurer des carburants liquides.
Ils sont tous affectés d'une faute systématique provenant du fait que l'angle décrit par la manivelle du mécanisme à manivelle, et donc aussi l'angle décrit par l'aiguille de la minuterie, ne sont pas directement proportionnels au déplacement du piston. On s'efforce de réduire autant que
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possible cette faute systématique à un minimum en utilisant une pluralité de pistons décalés l'un par rapport à l'autre.
On sait que le choix d'un nombre impair de pistonna l'avan- tage de n'avoir une faute systématique pas plus grande qu'un nombre double de pistons. Aux fautes susmentionnées viennent s'ajouter, dans la plupart des constructions, celles provenant de ce que la longueur de la bielle n'est pas infinie. En outre, il faut tenir compte des pertes de pression dans le compteur, pertes qui sont dues surtout aux organes supplémentaires régissant l'entrée et la sortie des compartiments de mesure.
Le but de la présente invention est d'arriver à un compteur de débit dans lequel les fautes de mesure citées sont réduites à un strict minimum, but qu'on atteint par le fait que le compteur présente seulement deux pistons, mais trois compartiments de mesure. Les deux pistons pourront servir eux-mêmes d'organes de commande de l'entrée et de la sortie des compartiments de mesure. A cette fin on leur impose un mouvement supplémentaire de rotation oscilla- toire. Il n'y a donc que daux cylindres à aléser et il ne faut de la place que pour deux pistons. Les fautes de mesure, du faitdu nombre pair des cylindres, neseront pas plus grandes que s'il y en avait trois.
Le dessin représente, à titre d'exemples, deux formes de réalisation de l'objet de 1 r invention.
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Les fig. 1 à 8 se rapportent à la première forme de réalisation, les fig. 9 et 10 à la première et à la seconde, et les fig. 11 à 18 à la seconde forme de réalisation.
La fig. 1 est une coupe suivant un plan perpendicu- laire aux axes des pistons et suivant la ligne 1-1 de la fig. 2, qui montre une vue de dessus du compteur de débit sans son couvercle, laissant voir le mécanisme à manivelle et les roues dentées actionnant l'arbre de la minuterie.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. l, la fig. 4 montre une coupe longitudinale d'un piston suivant la ligne IV-IV de la fig. 2, la fig. 5 est une coupe suivant un plan contenant les deux axes de cylindre, les pistons étant écartés, la fig. 6 montre un piston vu de côté et partielle- ment en coupe, les fig. 7 et 8 sont des coupes suivant les lignes VII-VII, resp. VIII-VIII, qui montrent comment sont disposés les passages de distribution du piston, et la fig. 9 montre un diagramme de distribution de débit du compteur, la fig. 10 montre les positions réciproques des pistons, qui correspondent à six positions de la manivelle décalées angulairement l'une de l'autre de 60 .
Des fig. 11 à 18, qui se rapportent à la seconde forme d'exécution,
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la fig. 11 est une coupe suivant un plan perpen- diculaire aux axes des deux cylindres, la fig. 12 est une coupe suivant la ligne III-Il'I de la fig. 11, la fige 13 une coupe suivant la ligne XIII-XIII de la fige 11, la fige 14 une coupe suivant la ligne XIV-XIV de la fige 11, la fige 15 estune vue de dessus du compteur de débit sans son couvercle, la fig. 16 est une coupe longitudinale d'un piston, et les fig. 17 et 18 sont des coupes transversales de
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ce piston suivant les lignes ±YII-iiYII, resp..;:VlII-1C'lIII de la fige 16.
L'espace parcouru par course par une section droite de l'un des pistons est nommé, dans les compteurs de débit, compartiment de mesure. Pour mesurer la quantité de liquide s'écoulant, pendant un certain intervalle de temps, d'un récipient (p.ex. d'un réservoir à benzine) on additionne les volumes de ces compartiments, et on obtient un nombre entier avec ou sans fraction décimale selon le chemin parcouru par le dernier facteur. L'addition pourra être réalisée avec une minuterie si l'on parvient à rendre la vitesse d'addition proportionnelle à la vitesse d'écoulement dans le compteur de débit. Comme il a été relevé plus haut, cela n'est qu'approximativement
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faisable. Le résultat est amélioré en utilisant une plura- lité de pistons travaillant sur une seule minuterie.
Il sera maintenant décrit, en se référant à la forme de réalisation représentée, comment, selon l'invention, on pourra obtenir une mesure d'exactitude maximum.
Supposons d'abord que dansée cercle de manivelle 1 de la fig. 9, on ait trois bras de manivelle a, b et c décalés l'un de l'autre de 120 et correspondant à autant de pistons. Si l'on reporte les' différents volumes déplacés par les trois pistons dans un diagramme d'écoulement (fig.9 , à droite) en fonction de l'angle de rotation pour une révo- lution complète de la manivelle, l'ordonnée y des diffé- rentes positions momentanées de la manivelle dans le cercle est une expression pour la grandeur de ces volumes. Lorsque le bras a se déplace de 360 sur le cercle de la manivelle dans le sens des aiguilles d'une montre, la courbe du diagramme d'écoulement A devient sinusoidale; pour un déplacement analogue des bras b et c on aura les courbes B et C.
En faisant la somme algébrique des ordonnées de deux points se trouvant sur la même abscisse, l'un sur la courbe A, l'autre sur la courbe B, on aura la valeur, avec signe renversé, de l'ordonnée du point se trouvant, toujours sur la même abscisse, de la courbe C. La somme algébrique des volumes déplacés par les deux premiers pistons, donc ceux correspondant aux bras a et B, non dans leur compartiment,de mesure, mais sur le côte*opposé, est donc égale au volume déplacé par le troisième piston,
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dans son compartiment de mesure.
Il s'en suit que l'on peut se passer du troisième piston, auquel appartient le bras de manivelle c, à condition de faire communiquer les espaces des cylindres qui se trouvent sur ledit côté opposé des deux premiers pistons que l'on nommera dans ce qui suit Ka et Kb; ces espaces communicants formeront un troisième compartiment de mesure de volume égal à l'un des deux autres.
L'écoulement résultantdu compteur en l'onction de l'angle de rotation de la manivelle est représenté par la courbe R, que l'on obtient en additionnant les ordonnées y positives. Ainsi que le fait voir la figure 9, cette courbe R est très près de la ligne droite horizontale : les fautes systématiques sont donc petites. Des essais ont démontré qu'elles sont plus petites que pour n'importe quel autre compteur de débit connu.
La réalisation constructive du compteur de débit ressort des fig. 1 à 8.
Le bloc 2 (fig. 1) possède deux alésages 3 et 4, dans lesquels peuvent glisser les pistons ka et kb. Dans la fige 5, qui est une coupe suivant un plan contenant les axes des deux alésages 3 et 4, les espaces de cylindre qui se trouvent à gauche des pistons communiquent pour former un troisième compartiment de mesure III, tandis que les espaces de cylindre qui se trouvent sur l'autre côté des pistons sont séparés l'un de l'autre par une cloison 5
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pour former, chacun pour lui, un compartiment de mesure I, resp. II.
Les deux pistons ka et kb sont agencés pour servir d'organes de distribution pour les ouvertures d'entrée et de sortie des trois compartiments de mesure I, II et III: on leur impose non seulement un déplacement translatoire de va-et-vient, qui leur est communiqué par le liquide s'écoulant à travers le compteur, mais en outre un mouve- ment rotatif oscillatoire. A cette fin, le mécanisme à manivelle, par lequel les pistons doivent agir sur une minuterie non représentée, est conçu comme suit : une rotule 6 est logée dans une garniture 7 serrée au moyen d'un boulon avec écrou 10 entre les deux moitiés 8 et 9 de chaque piston (fig. 6). La rotule 6 porte le bouton de manivelle 11 solidaire d'une roue dentée 12 servant de disque-manivelle. Cette roue tourne dans des roulements à billes 13 logés dans le couvercle 14 du bloc 2.
Lors du va-et-vient des pistons ka et kb, les roues dentées 12 - -de sont amenées à faire un mouvement/rotation qui à son tour impose aux pistons un mouvement rotatif oscillatoire. Les mécanismes à manivelle de cette conception travaillent comme s'ils avaient un mécanisme à manivelle et une bielle de longueur infinie.
La roue dentée 12 du piston ka est en prise directe avec la roue dentée 16 de l'arbre de la minuterie; la roue dentée 12 du piston kb transmet son mouvement à la même roue dentée 16, mais par unn renvoi 15. Les deux roues 12
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tournent donc en sens contraire. Ce fait permet de ne pas croiser les canaux d'entrée et de sortie des pistons.
Chacun des pistons ka etKb possède trois passages de distribution. Deux d'entre eux sont de même grandeur et situés entre les cercles parallèles. L'un d'eux 2K1, resp. 2K2 laisse passer le liquide à mesurer dans le com- partiment de mesure I, resp. II, l'autre AK1, resp. AK2 l'en laisse sortir. Le troisième de ces passages, K3 du piston ka et L3 du piston kb, est décalé relativement aux passages EK1 etAKL, resp. EK2 et AK2 et commande l'entrée et la sortie du liquide dans le, et du compartiment de mesure III.
Chacun des alésages de cylindre possède quatre ouvertures latérales, notamment l'alésage 3 pour le piston ka, une entrée EZ1 et d'une sortie AZ1, toutes deux pour le compartiment de mesure I, de même grandeur et situées entre les mêmes cercles parallèles, et d'une entrée EZ3 et d'une sortie AZ3 pour le compartiment de mesure III, ces dernières étant décalées axialement l'une par rapport à l'autre.
D'une façon analogue, l'alésage 4 est pourvu d'une ouverture d'entrée 2U2 et d'une ouverture de sortie AU2 pour le compartiment de mesure II ; elles sont de même grandeur, situées entre les mêmes cercles parallèles. Il est en outre prévu une entrée EU3 et une sortie AU3 pour le compartiment de mesure III, ces ouvertures étant aussi décalées axialement l'une par rapport à l'autre. Tous les passages et ouvertures cités, ceux des pistons comme ceux des alésages, ont une disposition réciproque telle que le mouvement rotatif
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oscillatoire et le mouvement de va-et-vient des pistons assure le rythme distributeur voulu, qui est exposé en se référant aux fig. 9 et 10.
La fig. 10 montre, pour six positions de la manivelle différant de l'une à l'autre de 60 , les positions réciproques des passages et ouvertures dans les pistons et les alésages de cylindre. Les six points sont désignés sur le cercle de la manivelle de la fig. 9 par les chiffres 0,60,120, 180,240 et 300. A ces six divisions du cercle de la fig. 9 correspondent six rectangles de la fig. 10 portant les mêmes chiffres. Chacun de ces rectangles est divisé en deux moitiés par un trait horizontal; dans les moitiés supérieures sont représentées les positions des passages du piston ka par rapport aux ouvertures de l'alésage de cylindre 3, dans les moitiés inférieures les positions des passages du piston kb par rapport aux ouvertures de l'alésage 4.
Dans la position 0 toutes les entrées et sorties du compartiment III sont fermées. Les bras de manivelle a et b sont dans une position symétrique par rapport à une ligne horizontale, c'est-à-dire que les deux pistons se trouvent à la même hauteur. La sortie AKl du comparti- ment I est ouverte sur l'ouverture AZ1, c'est-à-dire dans cette position 0 le piston ka refoule le liquide hors du compartiment de mesure I. L'entrée EKâ/EU2 du compartiment de mesure II est ouverte ; cedernier se remplit. Dès que la manivelle quitte la position 0, le compartiment de mesure III
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commence à se remplir à travers les passages K3 du piston ka et l'ouverture EZ3 de l'alésage correspondant.
Dans la position 60, ces passages X3 et EZ3 sont complètement ouverts, tandis que les entrées L3 et EU3 du même compartiment III sont formées par le piston kb. Le compartiment I se vide toujours par AZl et AK1, pendant que les entrées et sorties du compartiment II sont fermées.
Le piston kb a atteint son point mort, à gauche. Aussitôt que la manivelle quitte cette position 60, le compartiment III commence à se remplir par le piston kb; en même temps l'entrée du liquide dans ce même compartiment III, par le piston ka, commence à-se refermer.
Dans la position 120, l'entrée dans le compartiment III par EZ3/K3 du piston ka est complètement fermée; l'entrée par L3/EU3 du piston kb complètement ouverte. Les entrées et sorties EK1/EZ1, resp. AK1/AZ1 du compartiment I sont fermées, c'est-à-dire le piston ka a atteint son point mort à droite. Le compartiment de mesure II est en train de se vider, sa sortie par AK2/AU2 étant ouverte. A partir de cette position 120 l'entrée L3/EU3 du compartiment de mesure III se ferme, et dans la position 180 elle l'est entièrement; l'entrée par EZ3/K3 du piston ka est encore fermée.
Le compartiment de mesure III s'est donc rempli pendant la demi-révolution de la. manivelle, pendantlaquelle le remplissage du compartiment de mesure II ne s'est effectué que de 0 à 60 et celui du compartiment I, de 120 à 180.
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Cela ressort aussi des courbes A, B et C de la fig. 9. A partir de la position 180, le compartiment de mesure III se vide, mais d'abord uniquement par les sorties K3/AZ3 du piston ka.
Dans la position 240 ces sorties K3/AZ3 sont entièrement ouvertes et les sorties L3/AK3 du même compar- timent III vont être ouvertes par le piston kb. Le compar- timent I se remplit toujours par les entrées EK1/EZ1, le compartiment II est fermé et le piston kb se trouve à son point mort de droite. A partir de cette position 240, la sortie K3/AZ3 du compartiment de mesure III, commandée par le piston ka, commence à se refermer et la sortie L3/AU3, commandée par le piston kb, commence à s'ouvrir.
Dans la position 300, la sortie K3/AZ3 du compar- timent de mesure III, par le piston ka, est complètement fermée; l'autre, L3/AU3, par le piston kb par contre, est complètement ouverte. Le compartiment I est fermé, le piston ka est à son point mort de gauche. Le compartiment II est en train de se remplir par EK2/EU2. A partir de cette position JOO la sortie L3/AK3 du compartiment de mesure III, commandée par le piston kb, commence de nouveau à se fermer, jusqu'à ce que la manivelle ait atteint la position de départ 0. Le cycle de la distribution se poursuit à nouveau de la manière décrite. Les courbes A, B et C de la fig. 9 montrent aussi que, pendant le vidage du compartiment de mesure III (courbe C) de 180 à 0, le compartiment I (courbe A) se remplit de 180 à 300 et le compartiment II (courbe B) de 240 à 0.
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La seconde forme de réalisation est décrite en regard des fig. Il à 18.
Le bloc 2 possède ici aussi deux alésages parallèles 3 et 4 dans lesquels se meuvent les pistons ka et kb. La fig. 14 montre comment les deux cylindres communiquent, à droite des pistons, pour former le compartiment de mesure III, tandis que les compartiments de mesure I et II, situés de l'autre côté des pistons, sont séparés l'un de l'autre par des cloisons 5.
Dans ce second exemple comme dans le premier, les pistons ka et kb sont agencés pour servir d'organes de distribution pour les ouvertures d'entrée et de sortie des trois compartiments de mesure. Les pistons sont encore animés d'un mouvement translatoire de va-et-vient et d'un mouvement rotatif oscillatoire. Par contre, les ouvertures dans les parois des cylindres, qui dans le premier exemple étaient toutes disposées au bas de ces derniers, leur faisant ainsi subir une poussée unilatérale, sont disposées de telle façon que durant les périodes d'entrée etde sortie, les poussées latérales sur le piston s'équilibrent. A cette fin, on prévoit les ouvertures de distribution au haut et au bas des alésages, et de préférence au moins approxima- tivement diamétralement les unes aux autres.
Afin de permettre cette disposition et, notamment, d'aménager; des ouvertures de distribution au haut des alésages, il faut remplacer le mécanisme à manivelle du premier exemple par un autre, semblable, pour transmettre les mouvements des
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pistons à la minuterie et, en même temps, imposer à ceux-ci un mouvement rotatif oscillatoire. Cet autre mécanisme est conçu comme suit : le bouton de manivelle]1, tournant dans la rotule 6 logée dans une garniture 7 que présentent les pistons, fait partie d'un disque-manivelle 12 qui n'est plus une roue dentée, mais qui est calé sur un arbre 20 portant un pignon conique 21 et tournant sur des roulements d'un support en V 22. Les pignons 21 des deux pistons ka et kb sont en prise.
Un prolongement de l'arbre 20 du pignon 21, appartenant au piston kb, porte une roue à denture hélicoïdale 23 qui engrène avec une roue semblable 24 calée sur l'arbre 25 de la'minuterie (non représentée). Ce mécanisme à manivelle travaille donc aussi comme s'il avait une bielle de longueur infinie.
Les pistons ka et kb possèdent chacun six passages et non seulement trois comme ceux du premier exemple.
Trois de ces passages coopèrent avec les ouvertures situées dans les parties supérieures des alésages, et les trois autres coopèrent avec les ouvertures situées dans les parties inférieures. Les passages EK10 et KE20 permettent les entrées du liquide dans les compartiments de mesure I et II, à travers les parties supérieures des cylindres, tandis que les passages EKlu et EK2u remplissent la même fonction en se déplaçant devant les ouvertures dans les parties inférieures des cylindres. Les passages AKlo et AK2o permettent les sorties du liquide des compartiments de mesure I et Il à travers-les parties supérieures des
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cylindres et les passages AKlu et AK2u, les sorties de ces mêmes compartiments par les parties inférieures des cylin- dres.
Le passage L30 dans les pistons autorise l'entrée et la sortie du compartiment III à travers la partie supé- rieure des cylindres et le passage L3u en fait autant pour la partie inférieure. L'alésage 5 dispose de huit ouver- tures qui sont les entrées EZ10,EZ10 et EZ30, EZ3u et les sorties AZlo, AZlu et AZ30, AZ3u; les deux premières entrées et sorties appartiennent au compartiment de mesure I, le;] deux suivantes au compartiment III.
L'entrée et de même la sortie du liquide s'effectue donc toujours, pour un même compartiment de mesure, en deux endroits diamétra- lement opposés, ce oui permet d'amener un équilibrage parfait des poussées latérales auxquelles est soumis le piston, en augmentant ainsi sa liberté. L'alésage 4 possède deux entrées analogues EU20, EU2u etdeux sorties AU2o, AU2u, toutes pour le compartiment de mesureIIet des entrées EU3o, EU3u et des sorties AU3o, AU3u, pour le com- partimentde mesure III, deux ouvertures de ces groupes étant également diamétralement opposées pour donner au piston kb davantage de liberté.
L'entrée du liquide dans le compteur de débit s'effectue par l'orifice 26 ; une partie s'écoule par le canal inférieur 27 et parvient, de là, travers lesouver- tures et passages inférieurs des cylindres, dans les compartiments de mesure. Une autre partie du liquide
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s'écoule à travers le canal ascendant 28 (fig. 12), le canal en U 29 (fig. 15) et les ouvertures et passages su- périeurs, pour arriver également aux compartiments de mesure.
Le liquide sort de ces derniers en partie par les passages et ouvertures supérieurs, pour quitter le compteur de débit par la chambre 50 (fig. 11 et 12) et l'orifice de sortie 51, et en partie par les ouvertures et passages inférieurs, un canal 32 en U, marqué en pointillé dans la fig. 14 et un canal ascendant 55 (fig. 12,15), pour aussi sortir du compteur par l'orifice 51. Il ressort du dessin et de la description ci-dessus que tout croisement de canaux est évité dans ce compteur de débit.
Grâce au fait que les compartiments de mesure se remplissent et se vident simultanément de deux côtés, il est possible de faire la somme des aires des entrées, resp. des sorties qui sont ouvertes en même temps, au moins aussi grande que l'aire de l'orifice d'entrée 26, resp. de la sortie, 51, et de réduire les pertes de pression dans le compteur à un minimum. La fig. 13 montre que les pistons possèdent une partie creuse 54. Ils sont donc relativement légers, de sorte que l'usure des parties inférieures des alésages, qui provient du poids des pistons, est pratiquement négligeable. Tous les passages et ouvertures susmentionnées sont disposés les uns par rapport aux autres de façon à assurer, par les différents mouvements du piston, le rythme exact de
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distribution.
Il est le même que celui exposé en regard de la première forme d'exécution en se référant aux fig.9 et 10, avec cette différence seulement, que dans la fige 10, il faut se représenter tous les passages et toutes les ouvertures comme existant en double, exactement superposés et appartenant, les uns aux parties situées au-dessus du plan contenant les axes des deux alésages, désigné par dans la fig. 11, etles autres aux parties situées en-dessous de ce plan. Ce dernier est aussi le lieu géométrique d'où un observateur verrait, en regar- dant vers le haut et vers le bas, les ouvertures comme elles sontreprésentées 8. la fige 10. Il est donc superflu de décrire une deuxième fois ce rythme de distribution.
On pourrait laisser de côté les parois des pistons situées entre les passages EKlo et AKlu, resp. AKLo et
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llllu, resp, 3K2u et Il'2o et enfin i!;K20 et àl12u.