Brevet FR2061553A1 — publié le 19710625

La présente invention concerne les dispositifs fonctionnant au moyen de fluides et utilisés principalement pour la mesure, le calcul ou la commande. La présente invention a pour objet un dispositif comparateur de débits fluides Le dispositif selon 11 invention comporte en combinaison une chambre à tourbillons, au moins deux canaux d'arrivée des débits fluides à comparer raccordés sensiblement tangentiellement à ladite chambre et délivrant chacun un débit de fluide dans un sens différent, un conduit raccordé coaxialement à ladite chambre, deux canaux de décharge qui débouchent dans ledit conduit selon des directions transversales à l'axe de ce conduit, au moins deux canaux récepteurs raccordés audit conduit, avantageusement disposés sensiblement symétriquement par rapport 'a la bissectrice de l'angle formé par lesdits canaux de décharge et des moyens pour alimenter lesdits canaux de décharge en fluide sous pression. Selon l'invention, ce dispositif permet de comparer au moins deux débits de fluide introduits dans la chambre à tourbillons dans un sens différent, la différence des quantités de mouvement de chacun de ces débits communiquant un mouvement tangentiel au fluide parcourant ladite chambre, ce mouvement tangentiel entralnant la déviation de jets issus desdits canaux de décharge, ce qui engendre une différence de pression dans lesdits canaux récepteurs. Cette différence de pression peut être mesurée et/ou utilisée pour commander d'autres appareils sensibles a cette différence de pression. Le dispositif selon l'invention utilise la particularité selon laquelle le moment cinétique d'un fluide animé d'un mouvement de rotation est constant. De ce fait, la vitesse tangentielle d'un fluide animé d'un mouvenent de rotation staccroît au fur et à mesure nue ce fluide se rapproche de son axe de rotation, ce qui permet d'accroître la sensibilité du dispositif. Pour un débit d'alimentation donné, afin de réduire le temps de transit du fluide de la péripilerie de la chambre à tourbillons, où lui est transmis solI mouvement tangentiel, au centre de cette chambre, à proximité duquel s' effectue la mesure, l'épaisseur de la chambre, au moins au voisinage de sa périphérie, doit être faible, relativement à son diametre.Pour que la section de passage du fluide à l'intérieur de la chambre soit sensiblement constante et pour compenser la formation, sur les parois intérieures de la chambre, d'une couche limite qui s'épaissit Drofressivement de la périphérie vers le centre, l:épaisseur de la chambre à tourbillons peut être progressivement croissante de la périnhérie vers le centre. Selon l'invention, les canaux récepteurs et les ajutages de décharge peuvent etre situés dens des sections droites différentes. Les canaux récepteurs peuvent être déportés vers l'aval'par rapport aux canaux, de décharge pour tenir compte de l'entraînement exercé par le fluide qui parcourt la conduite sur les jets issus, des canaux de décharge Selon une autre, caractéristique de l'invention, des moyens pour régler le niveau de pression statique dans le conduit de mesure peuvent être prévus. Selon la valeur désirée de la pression régnant dans ce conduit, ces moyens peuvent soit créer une surpres sion, soit une dépression, par rapport à la pression ambiante. Ces moyens peuvent être avantageusement constitués pour pouvoir créer une surpression ou une dépression dans le conduit de mesure.De tels moyens peuvent, par exemple, comporter un conduit divergent placé à la sortie du conduit de mesure, ce conduit divergent étant muni d'organes permettant de régler sa section de sortie. Selon l'invention, on peut disposer un organe de guidage en regard des canaux de décharge pour contribuer au changement de direction des jets qui en sont issus. Ce guide est sensiblement coaxial audit cqnduit et peut présenter de multiples formes en section droite. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale prise selon la ligne I-I de la figure 2 d'un dispositif comparateur conforme 'a à La figure 2 est une vue en coupe à échelle réduite prise selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle prise selon la liSne III-III de la figure 1. La figure 4 est une vue anaIogue à la figure 3 montrant me séquence différente du fonctionnement Les fiacres 1.à 4 représentent à titre exemple un mode de ré@lisation d'un dispositif comparateur de débits fluides selon l'invention. Ce dispositif comporte une chambre 21 constituée d'une paroi 22 de forme sensiblement cylindrique, d'un fond 23 sensiblement circulaire et d'une paroi 24. Deux canaux d'arrivée 25a et 25b débouchent dans cette chambre selon des directions sensiblement tangentielles. Ces canaux délivrent chacun un débit de fluide à comparer dans un sens différent. L'extrémité de ces canaux raccordée à la chambre 21 est avantageusement de forme bidinensionnelle, de longueur sensiblement égale à l'étendue de cette chambre suivant son axe. Selon l'invention, pour compenser la formation d'une couche limite sur les parois intérieures de la chambre 21, lorsque le fluide contenu dans cette chambre est animé d'une vitesse angulaire, l'épaisseur de cette chambre augmente progressivement de sa périphé- rie vers le centre. La naroi 24 peut être courbe par exemple, à convexité tournée vers l'intérieur de la chambre et/ou le fond 23 peut présenter sensiblement la forme d'un cone ou d'un tronc de cône. De cette manière, l'épaisseur relative de la couche limite à ltépaisseur de l'écoulement non perturbé n'augmente pas en se rapprochant du centre. La vitesse' radiale du fluide oeut être ainsi maintenue avantageusement constante. La paroi 24 est prolongée pour constituer un conduit 24a auquel est fixé le conduit sensiblement cylindrique 2. Les conduits 24a et 2 sont sensiblement coaxiaux à la chambre 21. Deux canaux 3a et 3b diamétralement opposés, alimentés en fluide sous pression par au moins une source non représentée débouchent dans le conduit 2. Ces canaux peuvent comporter des organes non représentés de réglage de leur section de passage. La direction des canaux 3a et 3b est sensiblement perpendiculaire à l'axe du conduit. Ces canaux.sont de préférence de forme allongée sensible ment parallèlement a' à l'axe du conduit. Le conduit 2 comporte égale- ment des canaux récepteurs 4a et 4h, a.u nombre de d.eux dans l'exem- ple représenté. Les canaux récepteurs 4a et 4b sont disposés sensiblement symétriquement par rapport à la bissectrice dc l'angle formé par les canaux 3a et 3b et de préférence perpendiculairement à l'axe du conduit 2. Ces canaux récepteurs peuvent etre de forme al- longée, parallèlement à l'axe du conduit 2. Selon l'invention, les canaux récepteurs 4a et 4b et les canaux de décharge 3a et 3b sont situés dans des sections droites dilfèrentes. Dns l'exemple représenté, les canaux récepteurs 4a, 4b sont éloignés des canaux de décharge 3a, 3b en direction de l'aval pour tenir compte de l'entraînement des jets issus des canaux 3 par le débit fluide qui parcourt le conduit 2. Le fonctionnement du dispositif est le suivant Chacun des débits de fluide issus des canaux 25a ou 25b peut communiquer une vitesse tangentielle au fluide contenu dans la. chambre 21. Comme ces vitesses tangentielles sont de sens opposé, il en résulte que seule la différence entre ces débits entraîne un mouvement de rotation du fluide contenu dans la chambre 21 lorsque les canaux 25a et 25b débitent simultanément. Par exemple, lorsque le débit délivré par le canal 25a est supérieur au débit délivré par le canal 25b, la masse de fluide contenue dans la chambre 21 est animée d'un mouvement de rotation dans le sens de la flèche 5, ce mouvement étant produit par la différence entre ces débits0 Le sens de rotation du fluide contenu dans la chambre 21 est l'inverse de celui indiqué par la flèche 5 lorsque le débit délivré par le canal 25b est supérieur au débit délivré par le canal 25aO Cette vitesse tangentielle s'accroît au fur et à masure que le fluide se rapproche de son axe de rotation, conformément à la particularité des fluides qui, lorsqu'ils sont animés d'un mouvement de rotation, maintiennent sensiblement constant leur moment cinétique. Le fluide accéléré en rotation est évacué de la chambre à tourbillon et traverse le conduit 2. Lorsque les débits délivrés par les canaux 25a et 25b sont égaux, la différence entre ces débits étant nulle, le fluide est évacué de la chambre 21 et traverse le conduit 2 avec une vitesse tanentielle pratiquement nulle. D'autre part, en alimentant en fluide les canaux 3a et 3b à des.pressions sensiblement égales, la zone d'impact des deux écoulements issus de ces canaux engendre une surpression sur les parois du conduit 2. La courbe des pressions relevées sur la paroi de ce conduit entre les canaux 3a et 3b présente sensiblement la forme d'unepara.bole. Si le conduit est parcouru par un écoulement axial sans composante de vitesse tangentielle, le maximum de pression sté- tablit sensiblement à l'intersection de la paroi du conduit 2 et du plan défini par l'axe longitudinal du conduit 2 et la bissectrice de l'anise formé par la direction des canaux 3a et 3b.La pression minimum, qui peut être inférieure à la pression statique moyenne régnant dans l-e conduit,.se situe à proximité des débouchés des canaux 3a et 3b. Les pressions recueillies dans les canaux 4a et 4b sont sensiblement égales (cas de la figure 3). Dans le cas où le fluide qui parcourt le conduit 2 est animé d'une vitesse angulaire dans le sens de.la flèche 5 par exem nle, chacun des écoulements issus des canaux 3a et 3b est dévié (figure 4). Ceci a pour effet de déplacer l'ensemble de la courbe sensiblement parabolique des pressions relevées sur la paroi intérieure du conduit 2 d'un angle proportionnel à la vitesse angulaire du fluide. Une surpression s'établit dans le canal 4b par rapport au canal 4a. Inversement, la pression régnant dans le canal 4a est supérieure à la pression régnant dans le canal 4b lorsque le débit de fluide est animé d'une vitesse tangentielle de sens contraire à celui de la flèche 5. Ainsi, le sens de rotation du débit fluide détermine le signe de la différence de pression. On pourrait prévoir une alimentation de la chambre 21 en fluide sous pression par un conduit tel flue le conduit 26 représenté sur la figure 2. Notons eue le sensibilité du dispositif, définie par le taux de croissance de l'écart de pression relevé dans les canaux 4a et 4b rapporté à la vitesse angulaire de l'écoulements augmente avec l'angle formé par les deux canaux récepteurs 4a et 4b. Selon 1' invention, des moyens sont prévus pour faire varier la pression statique dans le conduit 2. Cette caractéristique est particulièrement intéressante lorsque, par exemple, le dispositif est associé à un ou plusieurs amplificateurs à fluide. Ainsi, lorsque la vitesse an--'ilaire de l'écoulement dans le conduit 2 est nulle, on peut adapter la pression qui règne dans les canas: récepteurs 4a et 4b à la pression statinue à débit nul des commandes de l'amplificateur au@uel est associé le dispositif. De tels moyens sont représentés à titre d'exemple sur la figure 1. L'extré- mité aval du conduit 2 est prolongée par un conduit divergent 16 relié à une enceinte 17 comportant à sa périphérie une pluralité d'orifices 18. La section totale de ces orifices est au moins égale à la pulls grande section du conduit divergent 16.La périphérie de l'enceinte 17 est filetée et reçoit un obturateur 19 également fileté qui, selon la position qu'il occu@e, masque plus ou moins les orifices 18. Ce dispositif permet de créer soit une surpression, soit une dépression, soit encore une pression égale à l'ambiance dans le conduit 2. La dépression produite par la mise en vitesse du débit fluide dans le conduit divergent 16, -est établie lorsque les orifices 18 sont librement ouverts. L'obturation des orifices 18 a pour effet d'accroître progressivement la pression à partir de cette valeur inférieure à la pression de l'ambiance Notons queil est également possible de régler la pression qui règne dans les canaux récepteurs 4a et 4b en faisant varier l'angle formé par ces canaux D'autres moyens pour créer une dépression dans le conduit 2 peuvent etre utilisés.On peut, par exemple, relier le conduit 2 à une enceinte où règne une pression inférieure à la pression ambiante, qui est créée et entretenue par des appareils déprimogènes tels que des trompes. Le dispositif selon l'invention peut comporter un-organe de guidage 42 constitué par une barre sensiblement coaxiale au conduit 2. Ce guide traverse lé fond 8 de la chambre 6 et le fond 17a de l'enceinte 17. Les extrémités de cet organe 42 sont filetées et reçoivent un écrou de serrage 43. L'obturateur 19 comporte un orifice 19a permettant d'accéder à l'écrou 43. Un tel guide contribue au changement de direction des jets issus des canaux de décharge 3a et 3b. Le guide 42 peut-présenter de multiples formes en section droite comme, par exemple circulaire, ou bien elliptique à petit axe parallèle à l'axe des conduits de décharge 3a, 3b. Ce guide peut également presenter en section droite la forme d'un losange à petite diagonale parallèle à l1exe des conduits de décharge 3a, 3b. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation explicitement décrits, notamment par la mise en oeuvre de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1/ Dispositif comnarateur de débits fluides eomportant une chambre à tourbillons, au moins deux canaux d'arrivée des débits fluides à comparer qui débouchent sensiblement tangentiellement dans ladite chambre et délivrent chacun un débit de fluide dans un sens différent, lesdits canaux éteint de préférence symétriques deux à deux par rapport à un plan diamétral de ladite chambre, un conduit raccordé coaxialement à ladite chambre, deux canaux de décharge qui débouchent dans ledit conduit selon des directions transversales à l'axe de ce conduit, ces canaux de décharge étant diamétralement opposés et perpendiculaires à l'axe dudit conduit, des moyens pour alimenter en fluide sous pression lesdits canaux de décharge, au moins deux canaux récepteurs raccordés audit conduit, disposés symétriquement par rapport à la bissectrice de l'angle formé par lesdits canaux de décharge et s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe dudit conduit, lesdits canaux récepteurs étant disposés au niveau desdits canaux de décharge ou en direction de l'aval relativement au sens de déplacement du fluide parcourant ledit conduit. 2/ Dispositif comparateur selon la revendication 1, dans lequel l'étendue de ladite chambre à tourbillons suivant son axe est progressivement croissante de sa périphérie vers le centre, une au moins des parois constituant les cotés de la chambre à tourbillons étant courbe et tournant sa convexité vers l'intérieur de ladite chambre. 3/ Dispositif comparateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lecuel ladite chambre comporte des moyens supplémentaires d'alimentation en fluide sous pression. 4/ Dispositif comparateur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel au moins à nroximité dudit conduit, lesdits canaux de décharge et/ou lesdits canaux récepteurs comportent une section droite de forme allouée dans une direction parallèle à l'axe dudit conduit. 5j Dispositif comparateur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit conduit comporte des moyens pour faire varier la pression statique oui rer-ne dans ce conduit. 6/ Dispositif comparateur selon la revendication 5, dans leouel lesdits moyens pour laire varier la pression statique qui règne dans ledit conduit sont constitués par un conduit diverent aui nrolon.fe ledit conduit, ledit conduit divergent étant relié à une enceinte comportant au moins un orifice dont la section de passage peut être réglée par un obturateur. 7/ Dispositif comparateur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel un guide est disposé de préférence coaxiaiement audit conduit, en regard desdits canaux de décharge