Dispositif de mesure.
La présente invention a pour objet un dispositif de mesure d'une force à l'aide d'un fluide sous pression, qui se distingue des dispositifs connus par le fait qu'il comporte une partie mobile sur laquelle agit la force à me- surer et une partie fixe présentant chacune une surface de contact coopérant l'une avec l'autre et s'étendant sur toute la longueur de leurs pourtours, ces deux parties définissant un espace creux auquel sont liés un conduit pour la mesure de la pression régnant dans ledit espace et une conduite d'alimentation munie d'un organe de réglage permettant de régler le débit d'alimentation de façon à être égal au débit d'échappement par un orifice créé par écartement des deux parties mobile et fixe,
la pression régnant à l'intérieur dudit espace étant une fonction de la poussée exer eée sur la partie mobile.
Le dessin annexé montre, sehématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif, ainsi que son emploi dans une station d'essais de turbines pour la mesure du couple d'une turbo-machine et de la poussée axiale de sa roue.
La fig. 1 est une coupe axiale du dispositif en état de fonctionnement.
La fig. 2 est une coupe axiale partielle d'une turbo-machine à axe vertical, munie de deux dispositifs de mesure indépendants.
Selon la fig. 1, le dispositif de mesure comporte une partie fixe constituée par une cuvette 1 de forme circulaire, dont le fond 3 repose sur une base 4, et une partie mobile constituée par une cuvette 5 semblable à la cuvette 1, mais renversée. Chaque cuvette pré- sente une surface de contact 2, 6, coopérant l'une avec l'autre et définissant entre elles un orifice d'échappement 7 de forme annulaire. La force à mesurer, représentée par la flèche X, agit axialement de haut en bas sur le fond 9 de la partie mobile 5, de façon à maintenir les deux cuvettes 1 et 5 appliquées l'une contre l'autre, et délimitant un espace
E.
Ce dernier est alimenté en fluide sous pression, de préférence de l'air comprimé, par mle conduite 10 munie d'une vanne 11 de ré glage de son débit. Enfin, un manomètre de précision 12 communique avec l'espace E par une conduite 13.
La valeur de la force F est donnée par l'équation: F = k.# p . S G dans laquelle:
I p = augmentation de pression, lue au mano-
mètre, par rapport à la pression atmo
sphérique. Au cas où la mesure serait
effectuée au moyen d'un manomètre
à colonne, la pression p, proportion
nelle à la hauteur manométrique h,
sera déterminée par la rnéthode habi
tuelle.
7. = coefficient constant, dépendant de la
forme des surfaces de contact 2 et 6.
G = poids de la cuvette mobile 5.
S = surface utilisable du dispositi:f
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D = diamètre de l'espace E.
La vanne 11 de la conduite 10 permet de ehoisir et fixer la valeur du débit d'alimentation de t'espace E. Cette vanne est réglée de telle façon que pour la force maximum PrmaX à mesurer, la valeur de la pression dans l'espace E, nécessaire pour réaliser l'égalité des débits d'alimentation et d'échappement, corresponde approximativement à la valeur maximum de la pression mesurahle à l'aide du manomètre 12.
Le débit d'alimentation ainsi réglé permet de mesurer des forces F inférieures ou au plus égales à F maximum dans les limites de mesure du manomètre.
L'orifice d'échappement 7 créé par l'écartement des surfaces de contact 2 et 6 sous l'action de la pression du fluide présente un très grand développement linéaire, de sorte qu'un très petit écartement (par exemple quelques dixièmes de millimètre) de ces surfaces permet déjà de réaliser l'égalité des débits d'alimentation et d'échappement. L'espace E, comparé au développement de l'orifice annulaire d'échappement, doit être suffisant pour que le courant de fluide à l'intérieur de cet espace E puisse être considéré comme ayant pratiquement irne vitesse nulle ou du moins suffisamment petite pour obtenir ime pression stable et constante dans toutes les parties de cet espace E. Si nécessaire, la bonne répartition du fluide dans l'espace E peut être obtenue au moyen du filtre 21.
Dans ces conditions, la pression régnant dans l'espace E est une fonction de la force agissant sur la cuvette mobile. Des essais pratiques ont montré qu'en fait, il était aisément possible de réaliser un dispositif tel que décrit, dans lequel zl p est proportionnel à la force appliquée à la cuvette mobile, de sorte qu'il n'est plus nécessaire de relever la courbe d'étalonnage du dispositif avant d'effectuer une mesure, mais qu'il suffit d'établir le fac teur de proportionnalité h k.
Le dispositif de mesure décrit ci-dessus est spécialement pratique pour la mesure de couples et dans les cas où la mesure doit être effectuée sans déplacement sensible de l'organe de mesure constitué ici par la cuvette 5.
La fig. 2 montre deux dispositifs de nie- sure tels que décrits ci-dessus, utilisés dans une installation d'essais d'une turbo-mac.hine à axe vertical.
A l'instar d'autres installations d'essais, la turbo-machine représentée au dessin comporte une roue à aubes R suspendue à un axe 15 portant le rotor O de l'alternateur dc freinage. Le stator S de ce dernier portant l'axe 15 est déplaçable axialement le long et angulairement autour de l'axe 15. Le tout est porté par une butée axiale 16 dont la partie fixe est suspendue, par l'intermédiaire d'une tige 17, à la partie mobile d'un premier dispositif de mesure A, destiné à la mesure de la poussée axiale P. Le second dispositif de mesure B est destiné à la mesure du couple engendré par la roue à aubes et se repercutant sur le stator.
La partie mobile du dispositif B est reliée au stator par l'intermédiaire d'un câble ou autre organe de liaison souple 18 pouvant être muni d'un élément élastique, lorsque des déplacements angulaires d'une certaine a. mplitude peuvent présenter des avantages pour la mesure. La mesure de la force F permet le calent du couple moteur.
De l'examen du dessin annexé et de ce qui précède,, on remarque la grande simplicité d'une telle installation de mesure, qui permet de mesurer avec une grande précision, précision qui est supérieure à la sensibilité due au frottement dans les paliers d'une telle installation, la poussée axiale et le couple d'unie turbo-machine.
Cette installation permet en particulier une mesure très précise de la poussée axiale, car celle-ci peut être effectuée dans les limites du jeu axial normal de la machine, ce qui représente un grand avantage de l'installation par rapport à toutes les installations de mesure connues. Enfin, comme représenté à la fig. 2, l'organe agissant sur la cuvette mobile peut traverser la partie fixe sans aucun inconvénient. En effet, les fuites d'air comprimé à l'endroit où la tige 17 ou le câble 18 traverse le fond de la cuvette fixe n'ont aucune influence sur la précision des mesures.
Lorsque, conne dans le cas du dispositif de mesure 1 représenté à la fig. 2, nne tige rigide traverse le fond de la partie fixe, on peut utiliser cette tige pour maintenir les deux parties fixe et mobile toujours coaxiales l'une à l'autre. A cet effet, la tige 17 est mu- nie d'une tête 19 présentant une surface sphérique 20 prenant appui dans un siège sphéri que 21 de la cuvette mobile. En outre, la tige 17 est guidée dans le perçage 22 du fond de la cuvette fixe.
Lorsqu, comme dans le cas du dispositif B de la fig. 2, le fond de la partie fixe est traversé par un organe souple, on peut prévoir des organes de guidage solidaires de l'une des parties coulissant pratiquement sans frottement dans des guides solidaires de l'autre partie.
L'un des grands avantages du dispositif de mesure représenté résulte du fait que le manomètre de précision n'est relié à la cuvette fixe 1 que par un tuyau, de préférence flexible, en sorte que ce manomètre peut être posé et déplacé très facilement en un endroit où la lecture peut être effectuée commodément, par exemple à proximité d'autres instruments de mesure à distance, sur le pupitre de com- mande.
En outre, dans le cas où le dispositif de mesure serait utilisé pour un domaine de charges inférieures à la charge maximum, le remplacement du manomètre à forte pression par un manomètre adéquat permet de conserver la précision des lectures à tout régime de charge.