Brevet FR2013191A1 — publié le 19700327

T'invention concerne des dispositifs sensibles à la densité de liquides. Elle concerne en outre des wpareils doseurs de débit de liquides comprenant un dispositif de compensation de densité. Selon l'invention, un dispositif sensible à la densité d'un liquide comporte un arbre tournant dont au moins une portion est disposée dans une chambre à travers laquelle est destiné à s'écouler un liquide dont il s'agit de détecter la densité, un bras articulé à ladite portion de manière à pivoter dans un plan contenant l'axe de rotation de l'arbre, deux masses de densités différentes fixées au bras de façon telle que leurs centres de gravité soient dans ledit plan et de part et d'autre d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et contenant l'axe de pivotement, les centres de gravité étant aussi situés radialement au-delà de l'axe de pivotement de sorte que, quand on fait tourner l'arbre, le bras s'établit dans une position qui est déterminée par la densité du liquide, et un orifice à travers lequel le liquide est destiné à s'écouler depuis une source de liquide sous pression, le bras causant un resserrement variable de l'orifice de sorte que l'écoulement à travers celui-ci est déterminé par la densité du liquide. Dans un tel dispositif, le bras est libre de s'établir dans une position d'équilibre stable dans laquelle les moments de force centrifuge des deux masses sont égaux, le bras n'étant pas soumis à des forces supplémentaires telles qu'une force de ressort ou un effort de manoeuvre de soupape. La position angulaire du bras autour de son pivot est indépendante de la vitesse de rotation à condition que le liquide tourne à la même vitesse angulaire ou dans une proportion fixe relativement à celle-ci. À cet effet, le bras et les masses qu'il porte peuvent être plongés dans du liquide contenu dans un récipient qui tourne avec 1' arbre. L'orifice peut être disposé de façon telle que son aire effective varie sous l'effet du mouvement du bras en travers de l'orifice. Les forces principales de soupape agissent alors dans une direction pratiquement perpendiculaire au plan de rotation du levier de sorte qu'il n'agit qu'une faible force ou aucune force appréciable dirigée dans le plan de rotation et influençant la position du levier. L'arbre peut être entraSné à une vitesse telle que la gravité n'ait que peu ou pas d'influence appréciable sur la position du levier. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. Sur ces dessins - la figure 1 montre un appareil doseur d'écoulement de liquide comprenant un dispositif sensible à la densité d'un liquide; - la figure 2 est un diagramme dimensionnel servant à expliquer le fonctionnement du dispositif sensible à la densité du liquide; et, - la figure 3 est une vue en bout de l'organe tournant du dispositif détecteur de densité. L'appareil doseur de la figure 1 convient lorsqu'il s'agit de fournir du combustible liquide aux brdleurs d'un moteur à turbine à gaz. Du combustible liquide est fourni par un tuyau il à une pompe 12, et dans un tuyau de refoulement 13 partant de cette dernière est interposée une soupape doseuse 14. La soupape doseuse est représentée sous la forme d'un simple papillon qui est réglé par une poignée 15 mais elle peut présenter la forme plus perfectionnée d'un papillon à servocommande commandé par un ou plusieurs signaux d'entrée. Si la température du liquide risque de varier dans un large intervalle, ou s'il s'agit de pomper une gamme de liquides différents, ainsi qu'il peut arriver dans un système d'amenée de combustible pour moteur d'avion à turbine à gaz, le débit massique passant par la pompe 12 et la soupape doseuse 14 varie pour un réglage donné de la soupape, par sui- te de la variation de la densité du liquide, en fonction de la température ou du type de liquide. En conséquence, un dispositif sensible à la densité du liquide, 16, est prévu pour régler le débit massique. Le dispositif présente corps creux 17 muni d'un palier 20 dans lequel est monté un arbre 18 entraîné en rotation. Une gorge annulaire 19 prévue dans le palier du corps reçoit du liquide du tuyau de refoulement 19 par l'intermédiaire d'un tuyau de branchement 21 qui comporte un organe de resserrement fixe 22. Un régulateur de chute de pression 23 maintient une chute de pression pratiquement constante à la traversée de l'organe de resserrement 22. Les tuyaux 24 et 25 sont reliés, en amont et en aval de l'organe de resserrement 22, à des chambres respectives 27 et 28 situées de part et d'autre d'un diaphragme flexible 29.Les pressions régnant dans les chambres 27 et 28, ainsi qu'un ressort 26, commandent le diaphragme 29 qui forme une fermeture variable réglant l'écoulement de dérivation du tuyau 24 à la chambre 27 et de la chambre à l'aspiration de la pompe 12 par l'intermédiaire d'un siège de soupape 31 et d'un tuyau de liaison 32. Une perforation transversale 33 prévue dans l'arbre 18 s'ouvre dans un passage central 34 qui se termine à l'intérieur d'une tige 35 fixée de façon centrée dans une portion terminale de l'arbre 18e Les côtés opposés de la tige 35 présentent des faces parallèles 36 et le passage 34 s'ouvre à travers des fentes 37 prévues dans ces faces (voir figure 3). Les fentes 37 sont allongées dans une direction parallèle à 1' axe de rotation de l'arbre 18. La portion terminale de l'arbre 18, à l'intérieur du corps creux 17, présente un rebord 38 qui porte d'un côté une paire d'oreilles 39. Un bras en X, 41w est monté sur un pivot 42 qui est fixé dans les oreilles 39 en une position décalée relativement à l'axe central de l'arbre 18. Le bras 41 peut tourner dans un plan contenant l'axe de rotation de l'arbre 18. La portion terminale intérieure du bras 41 présente des bifurcations 43 qui se meuvent le long des fentes respectives 37 de manière à faire varier leur aire effective quand le bras tourne. Le bras 41 comprend deux branches 44 formant la tête du T et sur les extrémités desquelles sont fixées des masses 45, 46 présentant des densités connues, respectivement p 1 u s faible et plus forte. les centres de gravité des masses sont situées dans le plan qui contient l'axe de rotation et de part et d'autre d'un plan perpendiculaire à 1' axe de rotation et contenant 1 'axe de pivotement et ils sont aussi situés radialement au-delà de l'axe de pivotement. l'arbre 18 porte un récipient creux 47 destiné au liquide dans lequel le bras 41 et les masses 45s 46 sont plongés, ce qui assure que le liquide tourne à la même vitesse angulaire que ltar- bre. Un contrepoids 52 prévu du côté opposé aux oreilles 39 sur le rebord 38 réduit les forces déséquilibrées appliquées à l'arhre 18. Une ouverture 48 prévue dans le récipient 32 permet au liquidé qui sort des fentes 37 d'affluer dans la partie environnante du corps puis, par un passage 49, dans le tuyau de refoulement 51, en aval de la soupape doseuse 14. Etant donné que la pression de liquide dans les fentes 37 agit dans une direction perpendiculaire au plan de pivotement du bras 41, la position du bras n'est pratiquement pas affectée par la pression de liquide à l'orifice. les fentes opposées 97 et la bifurcation coopérante 43 équilibrent les les forces de pression de liquide perpendiculairement au plan de pivotement. On considérera les forces qui déterminent la position du bras en se référant à la figure 2 sur laquelle est la vitesse angulaire de l'arbre, d1 et d2 sont les densités des masses 45 et 46, do est la densité du liquide, v1 et v2 sont les volumes des masses 45 et 46 r, a, b, c sont les dimensions du système de masses, est l'inclinaison du bras, x1 et x2 sont les rayons de révolution des centres de gravité- des masses, y1 et Y2 sont les bras de levier autour du pivot 42, Si le liquide tourne à la même vitesse angulaire que l'arbre, le moment des forces dans le sens des aiguilles d'une montre autour du pivot est (d2 - do) v2 x2 # x y2 et le moment des forces en sens inverse des aiguilles d'une montre autour du pivot est (d1 - do) v1 xl tA)2 x y1 et à l'équilibre, on a (d2 - do) v2 x2 2 y2 = (d1 - do) v1 1 1 Etant donné que l'on peut simplifier par les facteurs de vitesse angulaire, la position d'équilibre est indépendante de la vitesse angulaire.Si l'on exprime x1, Y12 x2, y2 en fonction de Q et des dimensions du système de masses, l'équation peut s'écrire sous la forme générale (d2 - do) v2 F2 (r, a, b, Q) = (d1 d do) v1 Fî (r, a, c, Q) Ici, do et O sont les seules variables de sorte que l'on peut mettre l'équation sous la forme # = KF (do) dans laquelle K est une constante. En service, une partie du débit de la pompe 12 passe par la soupape doseuse 14 pour arriver au tuyau de refoulement 51. Une part beaucoup plus petite du débit afflue au tuyau de refoulement 51 en passant par l'organe de resserrement fixe 22 et l'organe de resserrement variable constitué par les fentes 37 et les bifurcations 43 du bras. le reste du débit est dérivé à nouveau vers l'aspiration de la pompe en passant par le régulateur de chute de pression 23.Cet écoulement de dérivation est réglé par la différence de pression de fluide entre les chambres 27 et 28 et la force du ressort 26 agissant sur le diaphragme 29, de manière à maintenir une pression constante sur l'organe de resserrement fixe 22e L'arbre 18 est mis eniotation par exemple par le moteur de sorte que le bras 41 s'établit dans une position d'équilibre qui dépend de la densité du liquide, fermant partiellement les fentes 37. Le resserrement assuré par les fentes partiellement fermées assure une différence variable de pression qui, ensemble avec la différence fixe de pression de part et d'autre de l'organe de resserrement 22, est égale à la différence totale de pression de part et d'autre de la soupape doseuse14. Si la densité du liquide augmente, le débit massique passant par la soupape doseuse 14 a tendance à augmenter. Mais le bras 41 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre pour prendre une nouvelle position d'équilibre, augmentant ainsi l'aire utile des fentes 37. Cela diminue le resserrement de l'écoulement du liquide par les fentes de sorte que le débit augmente et tend à accroître la chute de pression à la traversée de l'organe de resserrement fixe 22. le diaphragme 29 se meut donc de manière à accroître le débit de dérivation par le siège de soupape 31 de sorte que la pression de refoulement de la pompe 12 s'abaisse à une valeur telle que le débit massique passant par la soupape doseuse 14 est rétabli à sa valeur primitive. Par un raisonnement inverse, on peut montrer qu'une baisse de la densité du liquide fait tourner le bras 41 en sens inverse des aiguilles d'une montre de sorte qu'il atteint une nouvelle position d'équilibre, diminuant l'aire utile des fentes 37 de sorte que le débit passant par l'organe de resserrement fixe 22 est réduit, ce qui fait que le régulateur de chute de pression 23 augmente la pression de refoulement de la pompe 12 jusqutà une valeur telle que le débit massique passant par la soupape doseuse soit rétabli. l'écoulement de liquide de servocommande à travers l'orga- ne de resserrement 22 et les fentes 37 vers le tuyau de refoulement 51 est faible en comparaison de l'écoulement à travers la soupape doseuse 14 et l'on en tient compte dans la conception du système décrit. On a dit que le dispositif indicateur de densité opposait à l'écoulement du liquide un resserrement variable qui est utilisé comme signal de commande, mais dans d'autres modes d'exécution de l'invention il est possible d'utiliser le dispositif détecteur pour donner un4Lecture directe de densité de liquide sur une échelle, en prévoyant une liaison appropriée entre le bras et un élément indicateur. il va de soi que les modes de réalisation décrits ne sont que des exemples et qu'on pourrait les modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. BEVENDICBIIONS 1 - Dispositif sensible à la densité d'un liquide, ca ractérisé par le fait qu'il comporte un arbre tournant dont au moins une portion est disposée dans une chambre à travers laquelle est destiné à s'écouler un liquide dont il s'agit de détecter la densité, un bras articulé à ladite portion de manière à pivoter dans un plan contenant laye de rotation de l'arbre, deux masses de densité différente fixées au bras de façon telle que leurs centres de gravité soient dans ledit plan et de part et d'autre d'un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et contenant l'axe de pivotement, les centres de gravité étant aussi situés radiaLement au-delà de l'axe de pivotement de sorte que, quand on fait tourner l'arbre, le bras s'établit dans une position qui est déterminée par la densité du liquide, et un orifice à travers lequel le liquide est destiné à s'écouler depuis une source de liquide sous pression, le bras causant un resserrement variable de l'orifice de-sorte que l'écou- lement à travers celui-ci est déterminé par la densité du liquide. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'orifice est disposé dans l'arbre et reçoit le liquide par un passage prévu dans l'arbre. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'orifice comprend deux fentes parallèles prévues dans des côtés opposés d'une tige centrée relativement à l'axe de l'arbre et que le bras possède des bifurcations coopérant avec les fentes respectives, l'axe de pivotement étant décalé radialement par rapport à l'axe de l'arbre. 4 - Dispositif selon l'une quelconques des-revendications I à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient destiné au liquide et pouvant tourner dans la chambre avec l'arbre, de sorte que le bras, avec les deux masses montées dessus, fonctionne dans un volume de liquide qui tourne à la même vitesse angulaire que l'arbre. 5 - Appareil d'amenée de liquide permettant de régler le débit massique d'un liquide et caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif sensible à la densité du liquide selon l'une quelconques des revendications 1 à 4, une pompe conçue pour être alimentée en liquide et constituant la source de liquide sous pression, des moyens de dosage de débit disposés dans un conduit de refoulement de la pompe et des moyens de réglage de pression obéissant au débit de liquide à travers l'orifice et réglant la pression au niveau des moyens de dosage de débit en fonction de la densité du liquide, de sorte que le débit massique est réglé pour une position donnée des moyens de dosage de débit.