Brevet FR2128262A1 — publié le 19721020

La présente invention concerne des dispositif3 de contrdle des fluides et plus particulièrement un appareil de mesure indiquant le débit d'un fluide dans un système, et un nouveau dispositif amélioré de joints à pression équilibrée pour de tels appareils. On dispose de nombreux instruments de mesure et similaires pour connaitre les débits dans un système de fluide. Ces instruments peuvent de façon générale de diviser en mesureurs par déplacement et débitmètres. Dans le premier type de mesureurs de débit, le fluide en mouvement déplace des pistons ou des séparations et un mécanisme approprié enregistre ou indique le déplaceS ment. Dans les débitmètres tels que les mesureurs à venturi et les mesureurs coudés, on détermine la pression en divers -points d'une section particulière d'un tube étroit et on calcule le débit en fonction de la différence de pression. Bien que ces divers types de mesureurs pui sent être fabriqués de façon à fournir des mesures de débit précises, ils sont coûteux à construire et difficiles à utiliser. De ce fait, leur utilisation se limite nécessairement aux installations hydrauliques coûteuses dont le fonctionnement est assuré par un personnel très qualifié. De tels dispositifs posent le problème de l'obtention d'un joint approprié permettant d'obtenir une étanchéité au fluide autour de l'axe, et de réaliser également un débitmètre de construction économique. Les j oints %rques couramment utilisés pour l'étanchéité des axes provoquent un frottem,ent qui nuit à la précision de ces appareils. Ceci est particulièrement vrai dans les systèmes à pression élevée où les joints doivent empt- cher la fuite du fluide sous pression élevée. La présente invention concerne un indicateur de débit comportant une ailette montée de façon à pouvoir tourner sur un axe porté par deux trous en alignement axial diamétralement opposés dans le logement et qui comporte un dispositif amélioré d'étanchéité et de lubrification de l'axe qui réunit un dispositif indicateur extérieur à l'ailette intérieure actionnée par le débit. La présente invention, qui est décrite ci-après plus en détail, concerne un débitmètre comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie et une ailette actionnée par le débit montée dans le logement entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie, le mouvement de 1' ailette commandé par le débit étant transmis à un indicateur-extérieur au anyen d'un axe qui est monté de façon à tourner dans une paire de trous en alignement axial à l'intérieur du logement.L'axe comporte des extrémités termi nales opposées dans lesquelles sont formées des cannelures annulaires pratiquement en forme de U espacées sur 1 t axe qui forment des poches séparées de fluide ainsi qu'une pellicule de fluide le long de 1' axe maintenant 1' équilibre des pressions entre 1' axe et les trous correspondants lorsqu'une petite quantité de fluide fuit à travers les extrémités de l'axe. Les extrémités de l'axe sont raccordées à une canalisation de fluide extérieure, constituée de préférence par une canalisation d'évacuation commune. L'invention concerne donc un débitmètre amélioré indiquant le débit d1un fluide qui le traverse. L'invention vise également un détritmètre amélioré comportant une ailette actionnée par le débit, tournant autour d'un axe dont le mouvement est couplé à un indicateur monté à l'exté neur du logement, cet axe colportant un nouveau dispositif d'équilibre de pression Vautres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un anode préférentiel de réalisation, faite en regard des dessins annexés. Sur ces dessins, où des numérotations identiques désignent des éléments similaires, La fig. 1 est une vue en élévation frontale d'un débitmètre selon l'invention. La fig. 2 est une coupe du débitmètre selon la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est une coupe du débitmètre selon la ligne 3-3 de la fig. 2. La fig. 4 est une coupe du débitmètre selon la ligne 4-4 de la fig. 2. La fig 5 est une coupe partielle agrandie du débitmètre illustré dans la fig. 2. Les fig. 1 à 4 illustrent un débitmètre 10 constitué d'un logement Il de forme générale cylindrique comportant deux parties latérales opposées planes 12 et 13 et une paroi supérieure 14. Une cloche ou une cuvette terminale 16 est fixée, de façon étanche au fluide, sur l'ouverture terminale inférieure du logement Il au moyen de wi8 8 et d'un Joint torique élastique 20. La cuvette 16 comporte une queue cylindrique 22 et un rebord annulaire 24 venant au contact du logement Il et que traversent les vis 18, et une partie annulaire courbe 26 réunissant la queue 22 au rebord 24. La queue 22 est percée d'un trou axial 28 permettant la communication avec l'intérieur de la cuvette 16 et du logement 11. Un bouchon 29 peut être placé de façon étanche au fluide dans le trou 28 et comporte une tige 30 qui se dirige vers le haut à l'intérieur de la cuvette 16. La surface intérieure 31 pratiquement hémisphérique de la cuvette 16 a une courbure particulière qui sera décrite plus en détail, ainsi que son rôle, ci-après. Une séparation verticale 32 descend perpendiculairement de la paroi 14 vers la cuvette 16, entre les surfaces intérieures des parois opposées du logement 11 et suit une ligne tracée entre les deux parties 12, la séparation 32 divisant l'intérieur du logement 11 en deux espaces 33 et 34 ayant un volume égal. La séparation 32 est élargie sur sa face terminale 36 et amincie sur sa longueur. Un axe 38 est monté de façon à pouvoir tourner à chaque extrémité du logement Il et se dirige parpllèlement à la face terminale 36 à laquelle il est contigu.Les extrémités opposées de l'axe 38 sont respectivement montées dans des logements creux en alignement axial 39 et 40 du logement 11, le diamètre extérieur des extrémités opposées de l'axe 38 et les diamètres intérieurs des logements creux respeetifs 39 et 40 étant ajustés de façon précise pour permettre la rotation de l'axe 38, en réduisant au minimum les fuites de fluide à travers les logements creux 39 et 40. Les extrémités opposées de l'axe 38 placées dans les logements creux respectifs 39 et 40 sont munies chacune de plusieurs cannelures annulaires séparées, chaque cannelure 41 ayant pratiquement une coupe en forme de U. Les cannelures 41 sont remplies de fluide constituant ainsi plusieurs poches d'équilibrage de pression facilitant la rotation de l'axe 38 et l'empêchant d'entre plié contre les surfaces des logements creux 3c et 40. Ceci permet de réaliser un ajustage plus serrédel'axe 38 dans les logements creux 39 et 40 ce qui était impossible jusqu'alors si bien que l'axe 38 constitue en pratique son propre joint. veule une petite quantité de fluide fuit le long de l'axe 38 même si on exerce une pression élevée et constitue une cule de fluide le long de l'axe ce qui contribue à l'équilibrage des pressions. Une ailette 44 (fig. 3) ayant une forme générale semicirculaire est portée sur son bord rectiligne par un manchon 45 qui est fixé à l'axe 38 par les vis 35, si bien que l'ailette 44 et l'axe 38 tournent ensemble. Le logement Il comporte de plus un évidement pratiquement cylindrique 46 colncidant avec la surface pratiquement hémisphérique 5 de la cuvette 16. Un rebord angulaire radial dirigé vers l'intérieur 48 (fig. 3) est situé dans le logement 11 entre les chambres 33 et 34 et l'évidement 46. L'évidement 46 a un rayon égal au rayon de l'ailette 44 et a un axe pratiquement perpendiculaire à l'axe de rotation de l'axe 38 et de l'ailette 44 qu'il coupe. Donc, lorsque l'ailette 44 est placée dans un plan perpendiculaire à la séparation 32, comme le montre la fig. 3, elle traverse l'espace semi-criculaire formé par l'évidement 46 et la séparation 32 isolant l'espace 33 de l'intérieur de la cuvette 16 et de l'espace 34. Le rebord annulaire 48 sert de butée empêchant la rotation de l'ailette 44 dans l'espace 33. Les rayons de l'ailette 44 et de la surface pratiquement hémisphérique 31 formée dans la cuvette 16 sont pratiquement égaux. ainsi, si le centre de la surface 15 et le centre de l'hémisphère décrit par l'ailette 44 tournante coincident, la surface 31 et l'hémisphère décrit par le bord de l'ailette 44 tournante séparent de façon continue les espaces 33 et 34 à l'intérieur du logement Il et la cuvette 16 en deux compartiments pratiquement étanches au fluide entre lesquels le fluide ne peut s'écouler. Pour créer une ouverture entre ces deux compartiments, dont la taille varie selon la position de l'ailette 44, le centre de la surface hémisphérique 31 est décalé par rapport au centre de l'hémisphère décrit par l'ailette 44 tournante.Ces deux centres sont situés sur l'axe central du logement cylindrique 11, mais le centre de la surface 31 qui est représenté en 50 dans la fig. 3 est situé plus près de la cuvette 16. De ce fait,l'ailette 44 isole pratiquement l'espace 33 lorsqu'elle est placée dans la position représentée dans la fig. 3. Cependant, lorsqu'on la fait tourner en sens inverse des aiguilles d'une montre comme représenté dans la fig. 3 en direction de la position en pointillés, le bord périphérique de l'ailette 44 n'est plus au contact de la surface intérieure 31 de la cuvette 16, et il se crée ainsi autour du bord semicirculaire de l'ailette 44 une ouverture incurvée à travers laquelle peut passer le fluide.La taille de l'ouverture augmente proportionnellement avec la mouvement en sens inverse des aiguil- les d'une montre de ailette 44 de sa position fermée vers sa position représentée en pointillés dans la fig. 3. La tige 30 limite la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de l'ailette 44. Le c8té du logement 11 adjacent à l'espace 33 comporte un orifice d'entrée radial 52 (fig. 3) destiné à recevoir l'extrémité d'une canalisation d'entrée, non représentée, par laquelle pénètre le fluide. Le c8té opposé du logement 11 adjacent à l'espace 34 comporte de façon semblable un orifice radial de sortie 54 destiné à être raccordé à une canalisation de sortie conduisant à un dispositif d'utilisation du fluide, non représen té. Comme le montrent mieux les fig. 2, 4 et 5, chaque extrémité de l'axe 38 traverse le logement creux 39 ou 40 en alignement axial lui correspondant respectivement, aux extrémités opposées 12 et 13 du logement 11. La partie latérale 12 comporte un évidement annulaire 60 correspondant avec le logement creux 39 aligné dans lequel pénètre l'axe 38. Un bouchon 62 ferme l'évidement 60.Un ressort à spirales 64 de faible tension est fixé à l'une de ses extrémités au boitn~62 par une tige 66 (fig. 4) et par son autre extrémité à l'axe 38, si bien que le ressort 64 exerce une très légère force de rotation sur l'axe 38 donc sur l'ailette 44 repoussant l'ailette 44 en position fermée, comme l'illustre la fig. 3. il convient de noter que le-ressort 64 n'est pas destiné à créer une résistance mesurable au passage du fluide derrière l'ailette 44, et que par conséquent l'ailette 44 ne se comporte pas comme une soupape réglant le débit, mais qu'elle est simplement actionnée par la force créée par le fluide s'écoulant dans l'appareil 10 et qu'elle prend une position dépendant de l'importance du débit. L'extrémité libre de l'axe 38 tourillonne de préférence-dans le bouchon 62. Le côté opposé 13 du logement Il comporte un évidement annulaire 67 coincidant avec le logement creux 40 adjacent. L'extrémité de l'axe 38 traverse l'évidement 67 et porte un index 68 (fig. 1). L'index 68 tourne avec l'axe 38 et indique les valeurs appropriées 70 placées sur la surface extérieure du logement Il. Comme le montrent les fig. 2, 4 et 5, le fluide contenu à l'intérieur du logement Il s'écoule normalement à travers le jeu 72 entre le pourtour des extrémités opposées de l'axe 38 et les surfaces des logements creux 39 et 40, remplissant chaque cannelure annulaire successive 41, et créant une pellicule efficace pratiquement uniforme le long de l'axe, réalisant la lubrification et l'équilibre des pressions sur l'axe contribuant à éliminer le frottement lorsque l'axe 38 tourne dans les logements creux 39 et 40 et empêchant le pliage de l'axe 38 dans les logements creux.Le fluide s'écoulant à travers le jeu 72 du cOté droit de l'axe, comme le montre la fig. 2, pénètre dans une canalisation d'évacuation 74 se dirigent vers le haut en direction de la paroi 14 de l'appareil 10 puis dans une seconde cana isation transversale 76 qui cend1lit le fluide ayant fuit à un orifice de purge 78 raccordé à un reversoir non représenté L'extrémité opposée de l'axe 39 communique avec l'orifice de purge 78 par une seconde canalisation d'évaclation 80. Les loge mentis creux 39 et 40 sont munis tous deux de joints toriques 82 et 84 autour des extrémités opposées d l'axe 38 en des positions situées en aval respectivement des canalisations d'évacuation 78 et 80 pour empêcher la fuite dans les évidements 60 et 67. Comme précédemment décrit, l'ailette 44 et le ressort 64 n'exercent qu'une résistance légère au passage du fluide donc 11 ailette 44 n'est en position fermée que lorsque le débit dans l'appareil 10 est nul. Lorsqu'il y a un débit dans l'appareil 10, il fait tourner l'ailette 44 dans la direction inverse des aiguilles d'une montre (comme le montre la fig. 3), cette rotation étant rendue facile par l'équilibrage réalisé par les cannelures remplies de fluide aur extrémités opposées de l'axe 38. Lorsque l'ailette 44 tourne ainsi, il se crée un passage entre son bord incurvé et la surface 31, la taille de cet espace augmentant avec la rotation angulaire de l'ailette 44. Donc, pour chaque débit de fluide dans l'appareil 10, l'ailette 44 tourne, ce qui ouvre entre l'ailette 44 et la surface 31 un passage ayant une surface suffisante pour admettre le débit particulier dans l'appareil. La forme particulière de l'ailette 44 et de la surface 31 permet de réaliser une échelle 70 à grduations prati quement équidistantes de telle sorte que-l'index 68 marque le débit du fluide dans le dispositif à chaque instant. Le débitmètre amélioré de l'invention convient. donc particulièrement pour les systèmes à pression élevée et comporte une ailette montée de façon à tourner sur un axe et actionnée par le fluide traversant l'appareil. L'axe a une taille supérieure à celle généralement utilisable si bien qu'il a un rôle d'étanchéité et un dispositif constitué de cannelures annulaires sur l'axe empêche la flexion des extrémités de l'axe, ce qui réduit pratiquement au minimum la résistance à la rotation. Bien entendu, la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre purement explicatif mais nullement limitatif et elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENI > ICT IONS 1 - Débitmètre pour dispositif de fluides caractérisé en ce qu'il comporte un logement ayant un orifice d'entrée et un orifice de sortie conçus pour être raccordés au système, une ailette pouvant tourner dans le logement entre les orifices d'entrée et de sortie, le logement comportant des parois intérieures ayant deux logements creux alignés selon l'axe et une surface intérieure pratiquement hémisphérique, l'ailette ayant un bord pratiquement semi-circulaire pouvant tourner au voisinage de la surface semi-sphérique, le centre de cette dernière étant. décalé par rapport au centre de l'hémisphère décrit par le bord circulaire lors de la rotation de l'ailette, si bien que l'espace entre le bord et la surface varie pour chaque position de rotation de l'ailette, un axe dont les extrémités opposées sont montées de façon à tourner dans les logements creux en alignement axial, un dispositif fixant l'ailette à l'axe de telle sorte que celle-ci tourne avec l'axe autour du sens de rotation de cet axe, les extrémités de l'axe-comportant chacune plusieurs cannelures annulaires séparées destinées à être remplies par le fluide pour équilibrer la pression des extrémités de l'axe lorsque le fluide suinte à l'intérieur du logement entre les logements creux et les extrémités de l'axe, et un dispositif indiquant la position de l'ailette à l'extérieur du logement. 2 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un passage dans le logement conduisant les fuites en aval des cannelures annulaires dans une évacuation commune. 3 - débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif indicateur est monté à l'extérieur du logement et est couplé à une des extrémités de l'axe, le dispositif indicateur indiquant la position de l'ailette et indiquant ainsi le débit du fluide dans le débitmètre, et un dispositif d'étanchéité placé autour de l'axe entre le dispositif d'indication et les cannelures annulaires de l'extrémité de l'axe, empêchant le passage du fluide ayant fui 4 - Débitmètre selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un passage de fluide dans le logement communiquant avec les logements creux entre le dispositif d'étanchéité et les cannelures annulaires à l'extrémité de l'axe et faisant communi quer le fluide ayant fui en aval des cannelures annulaires avec une évacuation. 5 - Débitmètre selon 1 revendication 4, ccractérisé en ce qu'il comporte un ressort fixé à l'autre des extrémités de l'axe pour repousser l'ailette dans la position arrêtant le débit de fluide dans le dispositif, et un second dispositif d'étanchéité placé autour de l'autre extrémité de ltaxe entre le ressort et les cannelures annulaires de l'autre extrémité de ltaxe pour empêcher le passage du fluide ayant fui, et un passage de fluide communiquant avec le logement creux de l'autre extrémité de l'axe entre le second dispositif d'étanchéité et les cannelures annulaires de l'autre extrémité de l'axe pour faire communiquer le fluide ayant fui en aval de ces dernières cannelures annulaires avec 1 'évacuation. 6 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cannelures ont une eection pratiquement en forme de U.