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La précision des indications fournies par les compteurs comportant une roue de mesure est d'autant plus grande que le facteur de l'énergie du courant de fluide, nécessaire pour entraîner la roue, est plus faible. De ce fait, une mesure satisfaisante du débit de fluides gazeux légers exige une vitesse d'écoulement aussi élevée que
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possible à proximité de la roue. Par ailleurs, étant donné que pour les.raisons ci-dessus ainsi qu'en raison des prescriptions d'homologation, la dépense de pression d'un compteur doit être faible, il importe que le fluide parcoure à l'intérieur du compteur une trajectoire qui, tout en déter- minant un potentiel maximum dans la région de la roue de mesure, assure en même temps un minimum de pertes de charge.
Il convient donc de rechercher d'abord une bonne récupération de pression, comme dans un tube de Venturi par exemple, et d'éviter toutes les causes éventuelles de résistance à l'écoulement telles que variations brusques de la section d'écoulement, et espaces morts dans lesquels se déplacent ¯les aubes de la roue de mesure où circule le fluide.
Si on a besoin, comme c'est le cas actuellement de plus en plus, vu l'effet d'accumulation des réseaux très complexes, de compteurs capables de mesurer avec la même précision des courants directs et inverses, les diffi- cultés et-les influences qu'il fallait déjà vaincre dans les compteurs unidirectionnels se multiplient considérablement et il. devient très difficile d'obtenir des courbes de réponse ayant la précision voulue pour satisfaire aux examens d'homologation. C'est la raison pour laquelle aucun.compteur à roue, destiné notamment à la mesure de fluides gazeux légers, n'a reçu d'homologation pour la mesure dans les deux sens d'écoulement (direct et inverse).
La présente invention permet de résoudre ces difficultés et de réaliser un compteur à roue adapté aussi bien à la mesure de débits directs qu'à celle de débits inverses. A partir d'un compteur à roue de construction connue dont l'organe de mesure reçoit une poussée tangentielle, selon l'invention on donne à la trajectoire d'écoulement du
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fluide tant en amoht qu'en aval de la roue de mesure, une forme :Il.spirale, les deux spirales, celle d'entrée et celle de sortie, se rejoignant sur la roue de mesure, leur sec- tion allant en décroissant vers l'amont de l'écoulement pour croître à nouveau vers l'aval.
L"expression"trajectoire en spirale" utilisée pour définir l'invention embrasse tous les éléments tels qu'enveloppe, raccords et, le cas échéant, éléments directeurs, qui amènent le fluide à la roue de mesure sous forme d'un courant accéléré en spirale et l'en éloignent sous forme d'un courant ralenti en spirale, de manière à assurer, de part et d'autre de la roue, une transformation, d'énergie suivant les mêmes lois.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les par- ticularités qui ressortent tant du texte que du dessin fai-' sant, bien entendu, partie de la dite invention.
Dans le mode de réalisation de l'invention représenté avec diverses coupes et sous divers angles sur les figures 1 et 3, on voit la roue de mesure 1 d'un comp- teur à courant tangentiel dont le boîtier se compose de deux parties en spirale 2 et 3, l'une en amont et l'autre en aval de la roue. La partie 2 est pourvue d'un raccord 4, la partie 3 d'un raccord 5. La face supérieure de la partie 2 du boit-ier est constituée par un collet 6 formant couvercle, la partie 3 du boîtier étant fermée par un collet cor- respondant 7. Le collet 6 comporte un prolongement cylin- drique 8 et le collet 7 un prolongement correspondant 9.
Ces prolongements sont formés par des fonds 10 et 11 sur lesquels sont montés les paliers 12 et 13 de 1'arbre fixe 14 de la roue ' de me sure . La roue 11 comporte un disque central 15 pourvu d'une couronne à profil concave
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16 dans laquelle les aubes 17 sont montées, de préférence radialement par rapport à l'arbre 14 de la roue de mesure (figure.3). Le mouvement de rotation de l'arbre 14 est transmis, comme dans les modes dé réalisation connus, au . moyen d'une vis sans fin 18 et d'engrenages de transmission habituels à un mécanisme indicateur 21 logé dans un capot 19.
La figure 2 représente, par sa partie gauche, une vue en plan comprenant le couvercle 6 et une coupe par le prolongement cylindrique 8, et du coté droit une coupe horizontale à travers la partie 2 du boîtier. On voit le tracé en spirale de la paroi extérieure 2' et de la paroi intérieure 2" dont la continuation du côté gauche de la fi- gure a été indiquée en traits mixtes. La figure 1 montre . ces deux parois en coupe verticale.
Le fluide s'engageant entre elles est, défléchi par les aubes directrices 22, 23, 24 qui, sur la partie gauche de la figure 2, ont également été indiquées en lignes discontinues, et par la paroi 2" du boîtier sous forme d'un courant accéléré se dirigeant vers la zone de mesure 1 à travers des canaux en spirale débouchant presque tangentiellement, c'est-à-dire perpen- diculairement aux surfaces des aubes 17. Ce courant, en conservant le même sens giratoire que la roue, s'écoule vers le raccord 5,'par la partie 3 du bottier, en ralentissant,
On voit sur la figure 2 le tracé de la paroi extérieure 3t et de la paroi intérieure 3" de la partie 3 du boitier.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1-3, l'accélération et le ralentissement du cou- rant résultent de la diminution de la section des canaux en spirale ménagés entre les parois intérieure et extérieure en se rapprochant de la roue. Les figures 4 et 5 repré- sentent un mode de réalisation qui est cinématiquement équi- valent à celui des figures l à 3. Toutefois, dans cette variante, les parois intérieure et extérieure délimitant
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les canaux en spirale sont concentriques,donc à espace- ment constant, et c'est la hauteur de la trajectoire d'écoulement qui diminue en se rapprochant du tambour.
Dans les exemples de réalisation des figures 1 et 4, les parties 2 et 3 du boîtier ont u.ne forme conique, la partie 2 faisant avec le plan de symétrie I-I du tambour 1 un angle , tandis que la partie 3 fait avec celui-ci un angle/3. Cette disposition a pour but, conjointement au profil convexe de la couronne 16 de la roue, de faire passer le fluide dont on mesure le débit d'une partie du boîtier à l'autre en perturbant l'écoulement le moins possible. Il est facile de voir que ce passage s'effectue avec un minimum de perturbation quand c = ss et que les axes de sy- métrie II et III des deux parties du boîtier sont parallèles ou passent par le point 0 sur l'axe.
Lorsque les angles @ et ss ont des valeurs différentes, le courant de fluide subit à son passage d'une partie du boîtier à l'autre une déflexion à l'intérieur de la couronne 16 de la roue de mesure et produit une poussée axiale qui peut être utilisée pour soulager le palier d'appui de l'arbre 14. Il va sans dire que l'on peut donner à la section d'écoulement d'autres profils par exemple unprofil hémisphérique, elliptique, parabolique à calotte sectionnée ou toute autre forme appropriée. Dans tous les cas, on obtient un écoulement libre dans les deux sens.
Dans les modes de réalisation décrits, on a prévu de courtes aubes directrices 22, 23, 24 qui peuvent avoir une forme appropriée quelconque. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut diviser une aube continue en plusieurs sections qui seront montées décalées entre elles pour obtenir un meilleur arrosage de sa paroi et rendre plus difficile le dépôt d'impuretés. Afin de pouvoir corriger le
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profil des vitesses du fluide à son entrée dans"la roue de mesure, il est possible de donner une forme rectiligne ou ou tourbée/à décrochement à la dernière partie des aubes directri- ces.
Etant donné qu'il n'est pas exclu que les ca- naux présentent des résistances à l'écoulement différentes, il est possible d'y prévoir des obstacles supplémentaires (clapets, étranglements, etc..) permettant de modifier ces résistances. Le moyen le plus simple consiste à utiliser des vis, ou des éléments équivalents, s'insérant dans les canaux à travers la paroi d'enveloppe. Ces résistances supplémentaires permettent de compenser d'éventuelles inégalités de charge sur le pourtour ou sur les aubes de la roue de mesure 1.
Dans certains cas, il est nécessaire de prévoir des moyens pour régler le débit du fluide traversant le compteur, par exemple afin d'adapter sa gamme de mesure aux faibles consommations nocturnes. On peut utiliser à cette fin un cylindre mobile à parois minces (cylindre double) disposé coaxialement à l'arbre 14 entre les parties 2 et 3 du boîtier et la roue 1, ce cylindre étant mobile axia- lement de manière à modifier par son mouvement, soit d'une manière continue, soit par échelons, les sections d'admission et d'échappement, tandis qu'intervient simultanément un changement de rapport dans le train d'engrenages accouplé au mécanisme indicateur. Il a semblé superflu de représenter cette variante sur le dessin.
La roue de mesure 1, qui est très légère, comporte des aubes dont les faces sont perpendiculaires à la direction d'écoulement et qui, selon le sens de l'écoulement, font fonction de surfaces d'entraînement ou de freinage.
Pour que cette différence soit plus marquée, il est
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possible de diminuer considérablement l'inertie de la roue 1 en supprimant la couronne 16, de telle sorte que la roue ne comprenne plus que le disque 15 et les aubes 17. On divise en ce cas la couronne 16 en deux parties suivant le plan 1-1 et l'on en fixe la moitié supérieure au couvercle 6 et la moitié inférieure au couvercle 7. Lntre ces deux demi- couronnes, on ménage une étroite fente circulaire dans la- quelle le disque 16 de la roue 1 peut se déplacer libre- ment avec un jeu réduit, en traînant les aubes 17 dans l'espace annula.ire délimité par la couronne divisée 16.
Cet agencement est facile à comprendre et à imaginer, et il a semblé superflu de le représenter par un dessin. -
Etant donné qu'il est possible de s'arranger pour que la roue 1 soit très légère et'tourne très facilement, et que le fluide frappe la surface des aubes presque perpendiculairement, cette roue entre en rotation pour de très faibles vitesses d'écoulement quelle que soit la direction du flux frappant les aubes 17. Etant donné, en outre, que les parties 2 et 3 du boîtier sont calculées de manière que des débits identiques de fluide arrivent à la roue de mesure 1 à la même vitesse quel que soit le sens d'écoulement du fluide, on comprend aisément que le compteur de l'invention ait une bonne précision dans' les deux sens.
Le rapport de transmission entre la roue 1 et le mécanisme indicateur 21 reste inchangé quelle que soit la direction de l'écoulement et les faces des aubes 17 de la roue 1 ne dévient pas le courant de fluide qui les frappe presque perpendiculairement, mais sont entraînés par lui.
Cette égalité d'indication du compteur dans les deux sens d'écoulement peut être utilisée pour contrôler celui-ci.
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après un certain temps de service, en intervertissant son entrée et sa sortie, soit par une rotation à 180 , soit par une commutation convenable des canalisations auxquelles il est raccordé. Les résultats doivent être identiques dans les deux sens d'écoulement, sinon une révision s'impose.
Dans les exemples de réalisation représentés sur les figures 1 à 5: la paroi inférieure de la partie 2 du boîtier et la paroi supérieure de la partie 3 du boîtier se prolongent directement (cf. en 25 figure 1). Nais ces parties d'enveloppe pourraient également être espacées et reliées par un tube cylindrique coaxial à l'arbre 14 de la roue de mesure.
Dans cette variante (non représentée) la couronne 10 de la roue 1 ou les deux demi-couronnes fixées aux collets 6 et 7 devront être pourvues de prolongements cylindriques correspondants. Il en résulte une extension de la surface des aubes 17, entraînant une augmentation correspondante du couple transmis par le fluide à la roue 1 et, par conséquent, de la précision des mesures.
Les modes de réalisation décrits jusqu'ici ont tous un boîtier en spirale, mais il va de soi que celui-ci pourrait avoir n'importe quelle autre forme appropriée à condition que les trajectoires d'écoulement à l'entrée et à la sortie soient agencées, au moyen de dispositifs ou d'éléments directeurs, conformément à l'invention. A cet égard, il importe peu que chaque élément directeur, tel qu'une aube, soit monté isolément (par exemple au moyen d'arrêts, de rainures, de pivots, etc. ) dans le boîtier, ou que des appareils directeurs complets soient incorporés
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r au boîtier du compteur, toutes ces variantes de construc- tion et d'autres étant possibles sans sortir du cadre de l'invention.
La figure 6 illustre une série d'autres modes de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les parties 26 et 27 du boîtier correspondent aux parties 2 et 3 des figures 1 et 4. Dans la partie 26 est monté coaxialement un élément de guidage conique 28 pourvu d'une lame direc- trice 29 de forme hélicoïdale appuyée contre la paroi 26.
Le fluide entrant par le bas se trouve constamment accéléré par suite du rétrécissement continu de la trajectoire d'écoulement et atteint sa vitesse maximum au moment de s'engager tangentiellement dans la roue de mesure 1.
Ensuite, le fluide pénètre dans la partie 27 du boîtier. Afin de représenter plusieurs variantes d'exé- cution sur la même figure, on a réalisé la trajectoire su- périeure, non pas comme la trajectoire inférieure (parois 26, 28, 29), mais au moyen d'une partie de boîtier 27 s'évasant en un cône qui renferme un noyau cylindrique 30.
Ce noyau est supporté par des éléments directeurs 31 ayant le même sens d'enroulement que les éléments directeurs 29 et qui sont agencés de manière à ralentir le courant accéléré dans la partie 26 du boîtier.
Au lieu des parties 27,30 du boîtier, il est également possible d'utiliser la partie 2 du boîtier des figures 2 ou 4 du dessin. Cette variante est également re- présentée. sur la figure 6, à la moitié de gauche de celle- ci, où cette partie du boîtier porte la référence 32. La figure montre la disposition pratique d'un tel mode de réalisation. La roue 1 n'est représentée qu'avec une moitié--
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de sa couronne 16 et ses aubes sont adaptées à la direction d'écoulement du fluide.
Dans tous les exemples de réalisation représentés sur le dessin, on retrouve dans les parties de boîtier 2, 3,26 et 27 ou 26 et 32, en combinaison selon l'invention, l'écoulement (connu) en spirale, l'orientation opposée vers l'intérieur et vers l'extérieur des trajectoires en spirale dans les deux parties du boîtier, le passage d'une trajectoire en spirale à l'autre au niveau de la roue de mesure et la réduction de la section d'écoulement à mesure qu'on se rapproche du pourtour de la roue de mesure.
En principe, un écoulement en spirale, tant qu'on,ne lui retire pas de l'énergie, est régi par la loi des aires qui dit que le produit de la composante périphé- rique cu de la vitesse du courant, en n'importe quel point de sa trajectoire, par la distance r qui sépare ce point du centre de rotation O (voir figure 2) est constant. Ceci donne : r x cu = constante, d'où il découle'que la vitesse -.périphérique ou de rotation est maximum lorsque r est mini- mum, ce qui est le cas au niveau de la roue de mesure 1.
Lorsque les distances verticales Ro séparant les lignes mé- dianes des,raccords 4,5 du centre de rotation 0 sont égales, il est facile de voir que les vitesses d'entrée et de sortie c4 et c5 sont elles aussi égales, dans les raccords, car on a : c4 = cu4 et c5 = cu5. La loi des aires (R8 x cu4 = r x cu = Ro x ou,), la configuration en spirale de la trajectoire et l'équation de continuité F x c = constante, permettant de calculer la section de passage F correspondant à chaque r.
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La composante radiale de vitesse cm, centrifuge ou centripète; est donnée dans les deux cas par l'équation :
EMI11.1
Q cm b . dans laquelle Q est le débit par seconde et b l'espacement des parois latérales de l'enveloppe en spirale le long du cercle 2Òr. Avec des parois latérales parallèles, -comme c'est le cas par exemple sur les figs. 4. et 5) on a Q = constante et b = constante de sorte que : cm x r = constant Du fait que r x cu est constant on a également ; cm. r /c.r constante. Il en résulte cm = constante = tg.8 = cu. r cu d.r/r.d.@ du fait que la direction de la vitesse et celle r. d.@ des lignes d'écoulement coïncident. Dans ce cas r et @ sont les coordonnées polaires rapportées au centre de rotation 0.
Les aubes directrices sont alors, du fait qu'on constante, a tg# = / des spirales logarithmiques. Les aubes directrices pourraient évidemment tout aussi bien avoir une autre forme, celle-ci dépendant de le configuration de la sec- tion le long de la trajectoire en spirale.
Lorsqu'un fluide gazeux pénètre dans le compteur sous une pression absolue P1 et en sort sous une pression P3, la pression de sortie P3 devrait selon l'égalité de Bernouilli c4 = c (voir ci-dessus) être égale à la pression d'entrée P1. Pratiquement on serre cette égalité de très près. De même, la vitesse d'écoulement à l'entrée de la roue de mesure 1 permet de déterminer la pression
V P2 qui/règne.La montée de pression de P2 à P3 se produit comme dans un tube de Venturi avec cependant cette différence essentielle et avantageuse, que la remontée de la pression n'est pas due uniquement à l'agrandissement de la section de passage, mais est renforcée par le mou- vement de rotation du fluide suivant la loi des aires.
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La forme en spirale des trajectoires d'entrée et de sortie, la réalisation décrite de la roue de mesure 1 et l'attaque presque perpendiculaire des aubes de la roue par le fluide, permettent d'éliminer les défauts et perturbations qui résultent inévitablement de l'ins- tallation d'une roue à aubes dans la section la plus étroite d'un tube de Venturi et qui non seulement corné promettent la récupération de pression normalement assurée par le tube de Venturi, mais encore, par suite des processus complexes d'écoulement qui en découlent, ne permettent pas de réaliser un appareil de mesure capable de satisfaire aux épreuves d'homologation pour des mesures dans les deux sens d'écoulement.
Dans les modes de réalisation de l'invention cor- respondant aux figs. 1 à 5, on substitue dans une certaine mesure à un tube de Venturi à axe droit, un tube à axe en spirale (parties 2 et 3 du boîtier et couronne 16). Cette idée est également matérialisée dans les autres exemples de réalisation.
Dans les compteurs destinés aux mesures en sens direct et en sens inverse d'écoulement, il ne suffit pas que la précision reste satisfaisante jusqu'à un débit de l'ordre de 10% environ du débit normal. Il faut au contraire que lors du changement du sens de ltécoulement un tel compteur soit encore à même de contrôler des débits inférieurs à la limite ci-dessus. Le domaine de mesure du compteur selon l'invention a été étendu vers le,bas à un point tel que les pertes inévitables qui se produisent lors de l'inversion de marche du compteur sont négligeables comparativement aux indications globales de celui-ci.
'Il va de soi que des,modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être
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décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la. présente invention.