Appareil indicateur de débit pour écoulements gazeux
La présente invention a pour objet un appareil inditeur de débit pour écoulements gazeux, comprenant un flotteur obturant partiellement un conduit approximativement vertical parcouru de bas en haut par le fluide, qui entraîne ce flotteur vers le haut.
Dans les appareils de ce type connus, le conduit, généralement en matière transparente, est de section divergente pour que le flotteur prenne une position dépendant du débit. Ces appareils connus sont d'un prix élevé, résultant de la difficulté de façonner avec précision ce conduit divergeant. En outre, ce genre d'appareils ne convient guère à la mesure de débits importants ou très variables.
L'invention vise à fournir un appareil de fabrication beaucoup plus simple, convenant notamment aux installations de ventilation.
L'appareil objet de l'invention est caractérisé en ce que le conduit est de section droite constante dans sa partie parcourue par le flotteur, sa paroi présentant dans cette partie au moins une fente longitudinale ou des ouvertures échelonnées en hauteur, créant à l'amont du flotteur une fuite augmentant d'importance au fur et à mesure de l'élévation du flotteur, dont la position en hauteur est fonction du débit.
Le dessin représente à titre d'exemple, des formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention.
Les fig. 1 et la sont des vues en coupe verticale et en plan d'une première forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 sont des vues respectivement en élévation et en perspective, de deux variantes de l'appareil de la fig. 1.
La fig. 4 est une vue en élévation d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 5 est une vue en coupe verticale d'une troisième forme d'exécution.
La fig. Sa est une coupe selon la ligne Sa-Sa de la fig.. 5.
La fig. 6 est une coupe verticale d'une quatrième forme d'exécution.
La fig. 6a est une coupe selon la ligne 6a-6a de la fig. 6.
La fig. 7 est une coupe longitudinale d'une cinquième forme d'exécution.
La fig. 8 est une vue d'un élément de l'appareil de la fig. 9, selon la flèche 8 de la fig. 7.
La fig. 9 est une coupe selon la ligne 9-9 de la fig. 7.
L'appareil représenté à la fig. 1 comporte un conduit vertical 1, de section droite de forme carrée et de surface constante. Ce conduit est en tôle mince. Son extrémité supérieure est ouverte et son extrémité inférieure est emboîtée dans l'extrémité d'une gaine de ventilation 2 servant à amener de l'air dans un local.
Un flotteur 3 logé dans le conduit 1 obture partiellement ce dernier. Ce flotteur est constitué par un cône en tôle mince placé la pointe en bas et dont la base circulaire tournée vers le haut est ouverte. La pointe du flotteur 3 est soudée à une mince tige 3a placée en diagonale dans le conduit. La base circulaire du flotteur est d'un diamètre légèrement plus petit que la largeur intérieure du conduit, le long duquel le flotteur est libre de se déplacer verticalement. Au repos, le flotteur 3 occupant la position inférieure représentée à la fig. 1, prend appui sur une traverse 4 située à la base du conduit.
Deux parois opposées du conduit 1 sont découpées de fentes longitudinales 5, de largeur constante. Dans une variante, ces fentes pourraient être remplacées par des séries d'ouvertures échelonnées en hauteur.
Lorsque l'écoulement d'air amené par la gaine à un faible débit, I'air peut s'écouler à vitesse réduite par l'intervalle compris entre le flotteur et la paroi du conduit, sans soulever le flotteur.
Lorsque le débit augmente, la vitesse de l'air dans cet intervalle croît progressivement, ainsi que la pression dynamique qui est proportionnelle au carré de cette vitesse. Pour une vitesse d'écoulement donnée, le flotteur 3 est donc soulevé.
Au fur et à mesure de l'élévation du flotteur, la surface de la partie des fentes 5 située sous le bord du flotteur augmente, de sorte qu'une partie croissante de l'air peut s'échapper latéralement par la fuite ainsi créée sous flotteur. Du fait de cette fuite, la vitesse de l'air dans l'intervalle compris entre le bord du flotteur et la paroi du conduit diminue, et le flotteur retrouve une position d'équilibre dans laquelle il s'arrête.
Cette position dépend donc du débit d'air, et l'appareil peut être étalonné au moyen de repères 6 reportés sur le bord de la fente 5 et devant lesquels se déplace le bord 7 du flotteur servant d'indicateur de débit.
Dans l'appareil représenté à la fig. 1, les fentes S de largeur constante sont faciles à découper avec précision dans la tôle du conduit.
Dans une variante représentée à la fig. 2, des fentes 8 présentent une partie inférieure étroite 9 et une partie supérieure plus large 10. Cette disposition entraîne un changement d'échelle au droit du changement de largeur de la fente.
Le même résultat pourrait être obtenu dans une variante non représentée, avec des fentes de largeur constante, mais de longueurs différentes.
Dans la variante représentée à la fig. 3, les fentes ont une section variable, croissant de manière régulière avec la hauteur.
Cette conformation des fentes ramène l'échelle à une division présentant des intervalles moindres pour les grands débits que pour les petits débits.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 4, les fentes 11 sont également de largeur constante, mais l'extrémité supérieure du conduit 12 est obturée par un couvercle 13.
L'air ayant passé entre le flotteur 14 et la paroi du conduit doit donc s'échapper par la partie supérieure lia des fentes, située au-dessus du bord du flotteur.
Ainsi, au fur et à mesure de l'élévation du flotteur, d'une part la section de la fuite amont représentée par la partie inférieure 1 lb des fentes augmente, et d'autre part, la résistance offerte au passage de l'air autour du flotteur augmente, par suite de la diminution de la surface de la partie supérieure 1 la des fentes.
I1 en résulte que l'élévation du flotteur 14 ne se fait plus en progression linéaire mais selon une échelle 15 beaucoup plus serrée vers le haut que vers le bas.
L'appareil de la fig. 4 très facile à fabriquer du fait de la largeur constante des fentes peut ainsi être agencé pour le contrôle de débits très différents, correspondants par exemple, l'un, à un repère inférieur 16 voisin du bord inférieur de la fente, et l'autre, à un repère supérieur 17 voisin du couvercle 13.
Dans la variante représentée aux fig. 5 et Sa, le conduit 18 et le flotteur 19 sont de section circulaire. Le conduit 18 est, par exemple, constitué par un tronçon de tube extrudé en matière plastique transparente, et son extrémité supérieure est obturée par une plaque 18' collée. Dans cette variante, le flotteur 19 présente un diamètre extérieur voisin du diamètre intérieur du conduit. I1 comporte toutefois un orifice axial 19a jouant le même rôle que l'intervalle compris entre le conduit carré et le flotteur circulaire de l'appareil précédemment décrit.
Dans la variante représentée aux fig. 6 et 6a, l'appareil comporte un corps 20 constitué par un élément en matière plastique de section constante formé par extrusion. Ce corps présente deux conduits parallèles 21 et 22 communiquant l'un avec l'autre par une fente longitudinale 23 délimitée entre deux ailes intérieures 24 et 25 séparant les conduits 21 et 22.
Le corps 20 est fixé sur un boîtier de base 26 comprenant deux chambres 27 et 28 servant, la première, à l'amenée du gaz, et la seconde, à sa sortie. Un flotteur 29, de section carrée, est logé dans le conduit 21 dont la section est circulaire. Un doigt 29a du flotteur, engagé dans la fente 23, empêche le flotteur de tourner.
L'extrémité supérieure des conduits 21 et 22 est fermée par un couvercle 30.
Dans cette variante, l'appareil fonctionnne de la même manière que l'appareil de la fig. 4, mais le gaz dont le débit est mesuré est récupéré dans la chambre de sortie 28.
Dans la variante représentée aux fig. 7, 8 et 9, l'appareil comporte un corps formé d'une plaque de base 32 et d'un couvercle 33 collé sur cette plaque de base. Deux canaux parallèles 34 et 35, de section droite de forme circulaire, sont creusés mi-partie dans la plaque 32 et mi-partie dans le couvercle 33.
La partie centrale 37 du couvercle compris entre les deux creusures semi-cylindriques est légèrement en retrait par rapport à la face contiguë de la plaque de base, de sorte qu'il est constitué par une fente axiale 36 faisant communiquer les deux canaux 34 et 35 sur la majeure partie de leur longueur.
La plaque de base 32 comporte des ailes 38 destinées à prendre appui sur les bords d'une ouverture découpée dans la paroi d'une gaine de ventilation 39 (fig. 9), et les deux canaux parallèles 34 et 35 communiquent à leur base, le premier, avec une tubulure d'admission 41, et le second, avec une tubulure d'échappement 42.
Une balle 43 logée dans le canal 34 constitue l'indicateur de débit, sa position en hauteur variant avec ce dernier, comme dans les formes d'exécution précédemment décrites.
Les tubulures 41 et 42 présentent des embouchures situées dans des plans perpendiculaires à l'écoulement dans la gaine et qui sont tournées respectivement vers l'amont et vers l'aval, de sorte qu'elles constituent des prises de pression dynamiques.
Des cavaliers 45, logés dans une rainure latérale du couvercle et dont la position le long de cette rainure est réglable, permettent d'étalonner l'appareil. D'autres formes d'échelles peuvent également être prévues.
Dans une variante, un écran amovible 47, formé d'une tôle présentant une patte de support 48 peut être placé entre les deux tubulures pour augmenter la différence de pression entre les prises amont et aval.
Les différentes pièces de l'appareil seront de préférence établies en matière plastique moulée, une matière transparente étant choisie pour le couvercle 33 afin que la position de la balle 43 soit bien visible.
La balle 43 est en une matière légère, en matière plastique expansée par exemple, de sorte que l'appareil peut avoir une grande sensibilité. La largeur de la fente 36 peut également être modifiée pour permettre d'utiliser l'appareil pour la mesure de débits très différents.
Les appareils représentés aux fig. 1 et 4 sont d'une forme très simple et peuvent être construits en tôle mince à l'aide des machines usuelles employées pour la fabrication des gaines de ventilation. Ils conviennent notamment pour le contrôle de l'arrivée d'air dans les locaux ventilés artificiellement, tels que des abris antiaériens.
Leur fonctionnement est très sûr et leur entretien est nul car il n'y a aucune articulation nécessitant un graissage. En outre, lorsque l'installation est en marche, le flotteur est en suspension dans le courant d'air et ne touche pas les parois du conduit, de sorte qu'il n'y a aucune usure. Il n'y a pas d'usure et la précision de mesure reste constante.
On note enfin que ces appareils peuvent être exécutés à peu de frais même pour des sections de passage importantes.
Flow indicator device for gas flows
The subject of the present invention is a flow rate indicator device for gas flows, comprising a float partially closing off an approximately vertical conduit traversed from bottom to top by the fluid, which drives this float upwards.
In known devices of this type, the duct, generally made of transparent material, has a divergent section so that the float takes a position depending on the flow rate. These known devices are expensive, resulting from the difficulty of accurately shaping this diverging conduit. In addition, this type of device is hardly suitable for measuring large or very variable flow rates.
The invention aims to provide an apparatus of much simpler manufacture, suitable in particular for ventilation installations.
The device which is the subject of the invention is characterized in that the duct has a constant cross section in its part traversed by the float, its wall having in this part at least one longitudinal slot or openings staggered in height, creating the upstream of the float a leak increasing in importance as the float rises, whose height position is a function of the flow rate.
The drawing shows, by way of example, embodiments of the apparatus which is the subject of the invention.
Figs. 1 and la are views in vertical section and in plan of a first embodiment.
Figs. 2 and 3 are views in elevation and in perspective, respectively, of two variants of the apparatus of FIG. 1.
Fig. 4 is an elevational view of a second embodiment.
Fig. 5 is a vertical sectional view of a third embodiment.
Fig. Sa is a section along the line Sa-Sa in fig. 5.
Fig. 6 is a vertical section of a fourth embodiment.
Fig. 6a is a section taken along line 6a-6a of FIG. 6.
Fig. 7 is a longitudinal section of a fifth embodiment.
Fig. 8 is a view of an element of the apparatus of FIG. 9, according to the arrow 8 of FIG. 7.
Fig. 9 is a section taken along line 9-9 of FIG. 7.
The apparatus shown in FIG. 1 comprises a vertical duct 1, of cross section of square shape and of constant surface. This duct is made of thin sheet metal. Its upper end is open and its lower end is fitted into the end of a ventilation duct 2 serving to bring air into a room.
A float 3 housed in the duct 1 partially closes the latter. This float is constituted by a thin sheet cone placed the point downwards and whose circular base facing upwards is open. The tip of the float 3 is welded to a thin rod 3a placed diagonally in the duct. The circular base of the float is slightly smaller in diameter than the interior width of the duct, along which the float is free to move vertically. At rest, the float 3 occupying the lower position shown in FIG. 1, is supported on a cross member 4 located at the base of the duct.
Two opposite walls of the duct 1 are cut with longitudinal slots 5, of constant width. In a variant, these slots could be replaced by series of openings staggered in height.
When the air flow supplied by the sheath at a low rate, the air can flow at reduced speed through the gap between the float and the wall of the duct, without lifting the float.
As the flow rate increases, the speed of the air in this interval increases progressively, as well as the dynamic pressure which is proportional to the square of this speed. For a given flow speed, the float 3 is therefore raised.
As the float rises, the area of the part of the slits 5 below the edge of the float increases, so that an increasing part of the air can escape laterally through the leak thus created below. float. Due to this leak, the speed of the air in the interval between the edge of the float and the wall of the duct decreases, and the float regains a position of equilibrium in which it stops.
This position therefore depends on the air flow, and the device can be calibrated by means of marks 6 transferred to the edge of the slot 5 and in front of which the edge 7 of the float serving as a flow indicator moves.
In the apparatus shown in FIG. 1, The constant width S slots are easy to cut precisely in the duct sheet metal.
In a variant shown in FIG. 2, slots 8 have a narrow lower part 9 and a wider upper part 10. This arrangement causes a change of scale in line with the change in width of the slot.
The same result could be obtained in a variant not shown, with slots of constant width, but of different lengths.
In the variant shown in FIG. 3, the slits have a variable section, increasing steadily with the height.
This conformation of the slots brings the scale back to a division with smaller intervals for large flows than for small flows.
In the embodiment shown in FIG. 4, the slots 11 are also of constant width, but the upper end of the duct 12 is closed by a cover 13.
The air which has passed between the float 14 and the wall of the duct must therefore escape through the upper part 11a of the slots, located above the edge of the float.
Thus, as the float rises, on the one hand the cross section of the upstream leak represented by the lower part 1 lb of the slots increases, and on the other hand, the resistance offered to the passage of air. around the float increases, as a result of the decrease in the area of the upper part 1 la of the slots.
It follows that the rise of the float 14 is no longer done in linear progression but according to a scale 15 much tighter upwards than downwards.
The apparatus of FIG. 4 very easy to manufacture due to the constant width of the slots can thus be arranged for the control of very different flow rates, corresponding for example, one to a lower mark 16 close to the lower edge of the slot, and the other , at an upper mark 17 near the cover 13.
In the variant shown in FIGS. 5 and Sa, the conduit 18 and the float 19 are of circular section. The duct 18 is, for example, constituted by a section of extruded tube of transparent plastic material, and its upper end is closed by a glued plate 18 ′. In this variant, the float 19 has an outside diameter close to the inside diameter of the duct. However, it comprises an axial orifice 19a playing the same role as the interval between the square duct and the circular float of the apparatus described above.
In the variant shown in FIGS. 6 and 6a, the apparatus comprises a body 20 constituted by a plastic element of constant section formed by extrusion. This body has two parallel conduits 21 and 22 communicating with each other by a longitudinal slot 23 delimited between two inner wings 24 and 25 separating the conduits 21 and 22.
The body 20 is fixed to a base housing 26 comprising two chambers 27 and 28 serving, the first, to supply the gas, and the second, to its output. A float 29, of square section, is housed in the duct 21, the section of which is circular. A finger 29a of the float, engaged in the slot 23, prevents the float from rotating.
The upper end of the conduits 21 and 22 is closed by a cover 30.
In this variant, the apparatus operates in the same way as the apparatus of FIG. 4, but the gas whose flow rate is measured is recovered in the outlet chamber 28.
In the variant shown in FIGS. 7, 8 and 9, the apparatus comprises a body formed by a base plate 32 and a cover 33 glued to this base plate. Two parallel channels 34 and 35, of cross section of circular shape, are hollowed out halfway in the plate 32 and halfway in the cover 33.
The central part 37 of the cover included between the two semi-cylindrical hollows is slightly set back with respect to the contiguous face of the base plate, so that it consists of an axial slot 36 communicating the two channels 34 and 35 over most of their length.
The base plate 32 comprises wings 38 intended to bear on the edges of an opening cut in the wall of a ventilation duct 39 (FIG. 9), and the two parallel channels 34 and 35 communicate at their base, the first, with an intake manifold 41, and the second, with an exhaust manifold 42.
A ball 43 housed in the channel 34 constitutes the flow indicator, its height position varying with the latter, as in the embodiments previously described.
The pipes 41 and 42 have mouths located in planes perpendicular to the flow in the sheath and which are turned respectively upstream and downstream, so that they constitute dynamic pressure taps.
Jumpers 45, housed in a lateral groove of the cover and whose position along this groove is adjustable, make it possible to calibrate the device. Other forms of ladders can also be provided.
In a variant, a removable screen 47, formed from a sheet having a support tab 48, can be placed between the two pipes to increase the pressure difference between the upstream and downstream taps.
The various parts of the apparatus will preferably be made of molded plastic material, a transparent material being chosen for the cover 33 so that the position of the ball 43 is clearly visible.
The ball 43 is made of a light material, for example an expanded plastic material, so that the apparatus can have a high sensitivity. The width of the slot 36 can also be modified to allow the device to be used for measuring very different flow rates.
The devices shown in fig. 1 and 4 are of a very simple shape and can be constructed from thin sheet metal using the usual machines used for the manufacture of ventilation ducts. They are particularly suitable for controlling the air supply in artificially ventilated rooms, such as air raid shelters.
Their operation is very safe and their maintenance is zero because there are no joints requiring lubrication. In addition, when the installation is running, the float is suspended in the air stream and does not touch the walls of the duct, so that there is no wear. There is no wear and the measurement accuracy remains constant.
Finally, it should be noted that these devices can be executed inexpensively even for large passage sections.