Brevet FR2125318A1 — publié le 19720929

Diverses industries, en particulier l'industrie aéronautique, ont besoin de débitmètres précis pour fluide» Dans certains dispositifs utilisés pour mesurer le débit des combustibles, le combustible reçoit un certain moment angulaire» Ensuite, 5 un ensemble maintenu par un ressort situé dans le trajet du combustible en mouvement est calibré de telle sorte que son angle de déviation constitue une information sur le débit du combustible. Dans la plupart de ces dispositifs, un ensemble entraîné de façon très précise par un moteur est nécessaire pour communi-10 quer un mouvement angulaire au combustible. Dans d'autres systèmes, on utilise le fluide en mouvement pour entraîner une turbine qui entraîne un dispositif de mesure. Le brevet britannique Ho. 1 069 4-66 décrit un -exemple caractéristique de débitmètre typique dans lequel une turbine située dans 15 le trajet du fluide en mouvement est entraînée par le fluide. La turbine entraîne un second élément appelé rotor qui lui est accouplé de façon élastique. L'écart angulaire entre le premier et le second élément permet de déterminer la masse de combustible s'écoulant dans le dispositif. Dans de tels dispositifs cons-20 tituant des débitmètres sans moteur pour combustible, il est difficile d'utiliser le même modèle fondamental ou le même dispositif de transmission pour une gamme étendue de débits. La présente invention concerne un débitmètre typique pour fluide utilisant une turbine entraînée par le fluide et un rotor. 25 Le débitmètre pour combustible de l'invention est actionné par l'énergie du combustible en mouvement. L'invention concerne également un nouveau dispositif de valve destiné à dévier automatiquement de la turbine une portion variable du combustible en mouvement de façon à améliorer le 30 fonctionnement pour une gamme très étendue de débits. Selon l'invention, une turbine entraînée par un fluide est placée dans le trajet du fluide en mouvement si bien qu'elle tourne en réponse à l'écoulement du fluide. Le dispositif de mesure est constitué d'un rotor qui est raccordé par un ressort 55 à la turbine et est conçu .pour communiquer au fluide un moment angulaire. Le fluide frappant le rotor a un mouvement angulaire faible ou nul car des palettes de redressement sont placées entre la turbine et le rotor. Le rotor fait tourner la turbine d'un angle proportionnel au moment qu31 a communiqué au fluide. On 72 03830 2 2125318 mesure l'angle de déviation qui détermine des signaux d'information proportionnels au débit massique du fluide. Une valve unique faisant partie de la turbine dévie le combustible des aubes de la turbine lorsque le débit augmente* On peut ainsi uti-5 liser le dispositif de l'invention pour des débits très faibles ou très élevé». D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés, 10 la fig. 1 représente schématiquement l'ensemble de l'inven tion. La fig. 2 est une coupe détaillée d'un mode préférentiel de réalisation de l'invention. La fig. 3 est une perspective agrandie partiellement coupée 15 montrant l'ensemble de valve et d'aube. La fig. 4 représente une vue frontale de la valve. La fig. 5 représente une vue frontale de l'ensemble de valve et d'aube. La fig. 6 représente une coupe selon la ligne 6-6 de la 20 fig. 5. Le fonctionnement général du débitmètre de l'invention va être décrit en regard des dessins, et plus particulièrement de la fig. 1. Cette figure montre un logement tubulaire allongé 10 dans lequel s'écoule le combustible selon les flèches 11. Une 25 turbine 12 comporte les encoches angulaires 12à formant des aubes qui réagissent au débit du fluide en faisant tourner l'arbre d'entraînement 14-. La turbine comporte des orifices de dérivation du combustible 12B. Une valve 15 comportant des lames 15A fait partie de l'ensemble de turbine, les lames 15A recouvrant 30 les orifices 12B. Les lames 15A servent à permettre automatiquement le passage d'une portion choisie du combustible à travers les orifices 12B et non à travers les encoches 12A. Un tambour 18 est assujetti à l'arbre 14- et tourne avec celui-ci. Un rotor 19 est raccordé à l'arbre 14 par le ressort 20 et tourne également 35 avec l'arbre, mais avec un décalage angulaire. Le logement 10 comporte des palettes de redressement entre la turbine et le rotor pour que le fluide s'écoulant en amont (de gauche à droite dans la fig. 1) n'ait pratiquement pas de moment angulaire lorsqu'il passe entre les palettes radiales adjacentes 19A du rotor 19. 72 03830 3 2125318 Comme indiqué ci-après, le rotor 19 est placé à l'intérieur du tambour 18. Lorsqu'il a quitté le rotor 19, le combustible vient au contact de palette» de redressement additionnelles et continue 5 à s'écouler vers l'aval en direction du moteur qui l'utilise. Comme précédemment décrit, le combustible traversant les espaces annulaires délimités par les palettes 19A du rotor provoque une déviation du rotor par rapport au tambour due au couple correspondant au moment angulaire que les palettes du rotor communi-10 quent au combustible comme le ressort 20 a une caractéristique couple/déviation ftui est linéaire, l'angle de déviation mesure ce couple. Plus le débit massique est élevé, plus la déviation du rotor par rapport au tambour est importante. On mesure de façon pratique cette déviation en fixant les aimant» 18A et 19B 15 respectivement au tambour et au rotor et en plaçant deux enroulements de lecture dans le logement amagnétique 10. Le retard, A t, des impulsions du rotor par rapport aux impulsions du tambour est directement proportionnel au débit massique. Les techniques de traitement des signaux sont bien connues dans l'art et 20 sortent du cadre de l'invention. Dans un dispositif bien connu dans l'art, on mesure le retard & t, en utilisant les signaux du tambour et du rotor pour ouvrir et fermer un circuit comportant un générateur de signaux haute-fréquence adressant des signaux à un compteur. 25 Des détails caractéristiques d'un mode préféré de réalisa tion de l'invention apparaissent plus clairement dans la fig. 2. On voit sur cette figure que la turbine 112 est placée à l'intérieur du logement 11 et assujettie à l'arbre 114. La turbine 112 est illustrée plus clairement par la fig. 3- Dans le mode 30 de réalisation représenté, cette turbine est constituée d'une pièce moulée en aluminium comportant des encoche» angulaires 112A que le fluide traverse en provoquant la rotation de l'arbre. La valve 115 est constituée de lames^essorts 115-&- qui sont mieux illustrées dans les fig. 3 et 4. Dans la fig. 3, on voit 35 que les lames-ressort» sont situées de façon radiale autour d'un moyeu central 115B. Le moyeu 115B comporte un orifice central s'adaptant au collier 112C de la turbine. La valve 115 est maintenue en place par les rondelles 116 et 117 (fig* 2) les lames 115A étant pressées au contact de la turbine 112 et recouvrant 72 03830 4 2125318 les orifices 112B. Les lames 115-Â- sont recourbées selon un angle d'environ 20° par rapport au plan du moyeu 115B si bien qu'elles appuient normalement contre la partie arrière de la turbine. Comme le montre mieux la fig. 6, la partie arrière de la turbine 5 adjacente aux orifices 112B est conique et forme un angle d'environ 65° par rapport au collier 112C. Pour des débits faibles, les lames 115A empêchent pratiquement le passage du combustible à travers les orifices 112B. Lorsque le débit augmente, les lames sont déviées et une partie 10 du combustible passe en dérivation des aubes 112A de la turbine et s'écoule à travers les orifices 112B. Ainsi, la turbine fonc-tionne-t-elle à vitesse pratiquement constante pour une gamme de débits étendue. Le combustible qai passe sur les aubes 112A de la turbine et 15 qui est dérivé par les ouvertures 112B engage les palettes de redressement 118 de la paroi du logement. Ensuite, il passe dans les canaux délimités par les palettes adjacentes 119A du rotor 119. Le rotor 119 comporte un moyeu central plein 119C qui se 20 termine par deux montants centraux 119D. Ces montants font partie intégrante de la partie centrale 120 du rotor. Le rotor tourne indépendamment de l'arbre 114 sur les roulements 121 et 122. Les ressorts hélicoïdaux 123 et 124 protègent les rubis du roulement contre les chocs. On peut bien entendu, utiliser d'autres dis-25 positifs de roulement pour permettre la rotation du rotor par rapport à l'arbre 114. Le tambour 125 est assujetti à l'extrémité droite de l'arbre 114 en 114A. Le bandage extérieur 125B du tambour 125 est raccordé au moyeu central par les montants 125A qui permettent le pas-30 sage du combustible s'écoulant à travers les canaux du rotor. Les palettes de récupération de l'énergie 126 voisines de l'extrémité de sortie 127 de l'ensemble (qu'on appelle dans l'art un transmetteur) sont assujetties à l'arbre 114, si bien que le moment angulaire communiqué au fluide par le rotor est partiellement récupé-35 ré sous forme d'énergie d'entraînement pour l'axe 114. On voit que le ressort 130 est raccordé en 131 à l'arbre d'entraînement 114 et en 132 à la partie centrale du rotor. Le ressort 130 est sous forme de deux enroulements réunis en 133 ce qui apporte les avantages d'un ressort long. 72 03830 5 2125318 Pour réduire les erreurs dues à la résistance visqueuse, un disque de découplage visqueux 135 est placé dans le dispositif. Il est maintenu en position sur l'arbre 114 par le ressort en forme de croissant 136 et tourne avec l'arbre 114. On voit que 5 les palettes 119A du rotor sont pratiquement protégées contre la résistance visqueuse associée aux parties fixes du transmetteur. Bien qu'on puisse utiliser divers types de dispositifs de lecture, le dispositif illustré est constitué d'un aimant permanent annulaire 140 qui est porté par l'arbre 114 et associé à 10 la pièce polaire à croisillons 141. La pièce polaire comporte quatre dents polaires 142 dirigées axialement en alignement avec les pièces polaires de lecture 143. Les enroulements de lecture sont représentés de façon générale en 144 et disposés dans le logement fixe du transmetteur. De façon semblable, le rotor 15 porte l'aimant 150 et les pièces polaires 151» Les enroulements de lecture du rotor sont représentés en 153* Les écrous 154 et 155 maintiennent les enroulements en place sur les supports fixes 156 et 157* Les fils de sortie des signaux traversent la paroi du logement entre les canaux adjacents 118 du combustible. 20 Dans le dispositif de la fig. 2, l'arbre 114 tourne sur les roulements principaux 160 et 161, les joints toriques 162 et 163 constituant les joints principaux du dispositif. On voit que le combustible lubrifie les roulements. L'arbre 114 comporte un épaulement élargi 114B. Un élément 25 de maintien 170 s'appuie contre 1'épaulement 114B et l'aimant 140 et la pièce polaire 141 y sont fixés. Les rondelles 116 et^ 117 ainsi que la turbine 112 et la valve 115 sont placées sur le dispositif de maintien 170. L'extrémité gauche de l'élément 170 est vissée dans l'écrou 171 qui sert à comprimer les divers cons-30 tituants contre l'élément de maintien 170. Cet écrou sert également à exercer uae légère force sur la valve élastique 115 de façon à presser les lames contre la turbine. On préfère que l'angle 112E (fig. 6) de la partie arrière de la turbine soit supérieur d'environ 5° à l'angle que forment au repos les lames 115A 35 par rapport au plan du moyeu 115B. Dans un dispositif l'angle 112E est de 25° et l'angle des lames de 20°. D?ms ce mode de réalisation, la valve 115 est en acier inoxydable, mais on peut également utiliser d'autres matières élastiques appropriées. En général, on utilise des matières amagnétiques pour éviter une 72 03830 6 2125318 interférence avec le dispositif émettant les signaux. La turbine 112 est constituée d'un cylindre droit d'aluminium usiné sous la forme d'un tronc de cône» La valve ressort 115 est réalisée dans une feuille plane et façonnée comme illustré. 5 On peut assembler en bloc les constituants situés entre l'écrou 171 et l'élément de maintien 170 et les faire glisser sur l'extrémité gauche de l'arbre 114. Le bouchon terminal 173 maintient ensuite cet ensemble sur l'arbre 114. Les éléments sont clavetés sur l'arbre de façon à être alignés et maintenus dans 10 la position désirée sur l'arbre 114. Le débitmètre qui vient d'être décrit convient particulièrement à la mesure des débits de combustible pour moteurs d'avions ou autres. On peut utiliser la turbine, la valve et le transmetteur dans des systèmes où les débits varient considérablement. 15 Dans le mode de réalisation illustré, les orifices de dérivation 112B sont parallèles à l'axe de rotation, (c'est-à-dire n'ont pas une surface angulaire provoquant une rotation par réaction). Dans certains cas, il peut être souhaitable de donner une légère angulation à ces orifices pour que le combustible en mouvement 20 crée une force angulaire, et obtenir ainsi une régulation supplémentaire de la vitesse de la turbine lorsque le débit change. Par exemple, dans un système où les débits sont très élevés, il peut être souhaitable que les orifices de dérivation forment un léger angle, si bien que lorsque la valve-ressort permet la dé-25 rivation du carburant, ce carburant dérivé s'oppose partiellement à la force d'entraînement créée par les encoches 12A de la turbine. Bien entendu, l'invention est susceptible de diverses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans sortir de son 30 cadre. 72 03830 7 2125316 REVENDICATION S 1 - Débitmètre, caractérisé en ce qu'il est constitué de : un logement comportant une ouverture d'entrée de fluide et une ouverture de sortie de fluide ; un arbre pouvant tourner dans le logement ; une turbine fixée à l'arbre comportant plusieurs 5 surfaces angulaires disposées de façon à réagir avec le fluide qui s'y écoule en provoquant la rotation de l'arbre, la turbine comportant plusieurs ouvertures ; une valve adjacente à la turbine et recouvrant de façon élastique les ouvertures précitées, cette valve étant montée sur l'arbre de façon à tourner avec lui 10 et avec la turbine, un rotor pouvant tourner dans le logement ; et un dispositif comportant unressort couplant le rotor à l'arbre. 2 - Débitmètre, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valve comporte un moyeu central pratiquement plan et plu- 15 sieurs lames-ressorts séparées radiales. 3 - Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités extérieures de chacune des lames radiales sont courbes. 4 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce 20 que les ouvertures sont situées plus près de l'axe que les surfaces angulaires. 5 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valve est sous forme d'une plaque mince comportant plusieurs lames mobiles distinctes recouvrant chacune un orifice 25 précité différent, et en ce qu'un dispositif appuie chaque lame contre la turbine. 6 - Débitmère selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface de la turbine adjacente aux lames est conique. 7 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 que la valve comporte une partie centrale pratiquement plane et en ce que chacune desdites lames-ressorts forme un angle d'environ 70° par rapport au plan de cette partie plane. 8 - Débitmètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que la turbine comporte une surface intérieure conique formant 35 un angle d'environ 65° par rapport à l'arbre. 9 - Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ouvertures sont situées entre des surfaces angulaires précitées adjacentes. 72 03.830 8 2125318 10 - Ensemble de turbine et de valve pour transmetteur de débit de combustible, caractérisé en ce qu'il comporte un premier élément tronconique traversé par plusieurs orifices de dérivation de fluide et plusieurs surfaces formant des aubes ; 5 une valve élastique plane comportant plusieurs éléments élastiques en alignement avec un desdits orifices ; un dispositif maintenant cette valve en engagement avec la turbine pour qu'elle tourne avec celle-ci, les éléments élastiques recouvrant lesdits orifices. 10 11 - Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que les orifices sont moins éloignés de l'arbre que les aubes. 12 - Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que les surfaces formant aubes sont constituées de plusieurs encoches angulaires placées sur le bord extérieur du cône. 15 13 - Turbine pour transmetteur de débit de fluide, carac térisée en ce qu'elle est constituée de : un arbre^un élément d'entraînement fixé à l'arbre et comportant plusieurs orifices de dérivation de fluide et plusieurs surfaces d'entraînement formant un angle par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre, une 20 valve élastique recouvrant les orifices et un dispositif maintenant cette valve contre le dispositif d'entraînement de façon à ce qu'elle tourne avec lui.