Brevet FR2139607A1 — publié le 19730112

La présente invention concerne une nouvelle règle à calcul conçue pour permette la détermination rapide des pertes de charge statiques subies par un fluide, gazeux, dans les différentes configurations dlune installation de circulation. La conception de l'objet de l'invention est, en outre, choisie pour permettre le calcul d'un taux de pertes de charge ou d'un coefficient de pertes de charge suivant le problème à résoudre. Conforméient à l'invention, la règle à calcul, notamment pour les pertes de charge statiques d'un fluide gazeux dans une installation de circulation, comprend, d'une part, un corps formé par trois réglettes rigides reliées fixement entre elles pour délimiter deux glissières de guidage pour deux languettes coulissantes parallèles, d'autre part, un curseur transparent entourant ledit corps et, par ailleurs, des éléments de calcul portés par l'une des faces au moins et formés par une échelle des diamètres présentée par une réglette en regard t une échelle des débits marquée sur la première languette coulissante qui porte, également, une échelle des taux de pertes de charge placée en face d'une échelle des coefficients de pertes de charge portée par la réglette médiane, laquelle présente également une échelle de niveaux faisant face à deux échelles des diamètres marquées sur la seconde languette pour s'étendre également en regard d'une échelle des longueurs présentée par la troisième réglette. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'obJet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. I est une perspective montrant la règle à calcul conforme à l'invention. La fig. 2 est une perspective illustrant la seconde face de la règle. Suivant la fig. 1, la règle à calcul comprend un corps constitué par trois réglettes rigides 2, 3 et 4 maintenues parallèlement entre elles en étant espacées relativement les unes des autres par des barrettes extrêmes 5 et 6. Les réglettes 2 à 4 sont conformées au niveau de leurs chants en regard pour délimiter deux glissières de guidage pour deux languettes cou lissattes 7 et 8 dont les extrémités comportent des saillies ou des dépressions 9 et 10 destinées à en faciliter le déplacement manuel relatif. Les languettes 7 et 8 sont ainsi disposées parallèlement liane à l'autre, de part et d'autre de la réglette médiane 3, en étant bordées respectivement par la réglette latérale 2 et par la réglette latérale 4.Le corps 1 est entouré par un curseur coulissant Il muni, ou non, d'orga -nes élastiques de freinage et de- compensation de jeux. Le curseur Il est avantageusement réalisé en matière plastique au moins transparente sur les parties recouvrant les deux faces de la règle. La fig. 1 montre la disposition particulière des éléments de calcul portés par la face I de la règle. Selon cette figure, la réglette 2 porte une échelle 12 correspondant aux sections de passage des conduits de circulation susceptibles d'etre mis en oeuvre dans une installation. La languette coulissante 7 porte, en regard de l'échelle 12 de la réglette 2, une échelle logarithmique 13 des débits en m3/h des fluides. L'échelle 13, de même module que l'échelle 1A, @st associée à une correspondance des vitesses en m/s de circulation du fluide dans une installation. La languette coulissante 7 présente, en regard de la réglette médiane 3, une échelle logarithmique 14 des taux de pertes de charge en Pascal.La réglette 3 porte, en regard de l'échelle 14 de la languette 7, une échelle 15 logarithmique des coefficients de pertes de charge. Les échelles 14 et 15 présentent un module égal à 1 de celui de l'échelle 13. La réglette 3 comporte, en regard de la languette coulissante 8, une échelle 16 correspondant au nombre de niveaux de raccordement ou de piquage sur un conduit principal de circulation de fluide.La languette coulissante 8 porte, en regard de l'échelle 16 de la réglette médiane 3, deux échelles logarithmiques 17a et 17b correspondant, respectivement, aux diamètres et aux dimensions de côtés des conduits de sections circulaire et polygonale. A cet effet, la zone de la languette coulissante 8, comprise entre les échelles 17a et 17b, porte deux symboles géométriques 18a et 18b associés à deux flèches dirigées vers les échelles 17a et 17b, de manière à visualiser la correspondance de ces échelles. la languette coulissante 8 porte, en plus, à droite de chacune des échelles 17a et 17b par rapport au dessin deux repères de lecture 19a-20a et 19b20b dirigés vers la réglette médiane 3 et correspondant à des coefficients de correction en fonction de l'état de surface interne des conduits de circulation Les échelles 17a et 17b sont marquées sur la languette coulissante 8 pour être dirigées également vers la réglette latérale 4 qui porte, sur sa partie située à gauche par rapport au dessin, une échelle logarithmique 21 correspondant aux longueurs en m des conduits de circulation d'une installation.La réglette 5 présente égale nient, sur sa partie droite par rapport au dessin, une échelle 22 correspondant aux diamètres des diaphragmes susceptibles d'être interposés dans les sections de passage des conduits de circulation. On donne ci-dessous, à titre d'exemples, certaines possibilités de calcul offertes par les différents échelles groupées sur la face I de la règle à calcul selon l'invention P un fluide gazeux tel que de l'air 200C. Soit à calculer le taux de pertes de charge statiques # P ant le coefficient de pertes de charge k = 2,5 le débit Q , 500 m3/h et le diamètre du conduit D - 250 mm. On déplace la languette coulissante 7 vers la gauche en considérant le dessin, de manière à amener la graduation 500 de l'échelle 13 en regard de la graduation 250 de l'échelle 12 de la réglette 2. On déplace ensuite le curseur 11, de façon à placer un index 23, qu'il porte, en face de la graduation 2,5 de l'échelle 15 de la réglette médiane 3. On lit alors la graduation de l'échelle 14 indiquée en correspondance par l'index 23 du curseur 11, en l'occurrence la graduation 12. Le taux de pertes de charge est, par conséquent, égal à 12 Pa. La disposition des échelles permet également de lire, dans le cas présent, la vitesse d'écoulement du fluide corresponaant à un débit de 500 m3/h dans un conduit de 250 mm de diamètre. En effet, l'échelle 12 de la réglette 2 porte un repère 24 en forme de flèche qui, dans le cas présent, indique, en regard Re l'échelle 13 préalablement déplacée comme décrit ci-dessus, une vitesse en m/s égale à 2,84. EXEMPLE 2 Soit à calculer le taux de pertes de charge d P1 d'un con duit de 10 m connaissant le débit d'air Q = 1 000 m3/h et le diamètre D = 300 mm ainsi que la nature de sa matière constitutive, par exemple de l'aluminium. On déplace la languette coulissante 8 pour amener la graduation 300 de l'échelle 17a en regard de la graduation 10 de l'échelle 21 de la réglette 4. On fait coulisser ensuite la languette 7 pour amener la graduation 1 000 de l'échelle 13 en face de -la graduation 300 de l'échelle 12 de la réglette 2.0n déplace le curseur 11 pour mettre l'index 23 en regard de la flèche 19a de l'échelle 17a de la languette 8 puis on lit la graduation de échelle 14 de la languette 7 indiquée par l'index 23. Dans le présent exemple' Pl = 9,3 Pa. On pourrait procéder de façon identique en utilisant l'échelle 17b dans le cas où le conduit présenterait une section polygonale.Dans les deux cas, on pourrait lire directement la valeur h PI correspon- dant à un conduit en béton en plaçant l'index 23 du curseur 11 sur la flèche 20a ou 20b de l'échelle utilisée. EXEMPlE 3 Soit à calculer les pertes de charge le long d'un conduit vertical de section polygonale de 25 cm de côté, réalisé en métal, comportant sept niveaux confluents raccordés ayant chacun un débit de 90 m3/h. Le débit en haut de conduit s'établit donc à 630 m3/h. On déplace la languette coulissante 7 pour amener la graduation 630 de l'échelle 13 en face de la graduation 25 x 25 de l'échelle 12 de la réglette 2. Cette opération permet de déterminer, en regard du repère 24, que la vitesse de déplacement du fluide s'établit à 2,8 m/s. On déplace ensuite la languette 8 pour amener la graduation 25 x 25 de l'échelle 17b en regard de la graduation 7 de l'échelle 16 de la réglette 3. On place ensuite l'index 23 du curseur Il sur la flèche 19b de l'échelle 19 puis on lit, par l'intermédiaire de l'index 23, la graduation de l'échelle 14 de la languette 7, en l t occurence la graduation 4,2 Pa qui correspond à la perte de charge linéaire le long du conduit vertical.On lit ensuite, en face d'un repère 25 marqué sur la réglette médiane 3, la graduation correspondante de l'échelle 14 de la languette 7, ctest-à-dire la graduation 9,2 Pa. Cette valeur repréeete la somme des pertes de charge de confluences introduites par les sept niveaux confluents raccordés au conduit vertical. On fait ensuite la somme des deux valeurs lues, en l'occurence 4,2 + 9,2, pour trouver la perte de charge totale égale à 13,4 Pa. EXEMPLE 4 Soit à calculer la section d'un diaphragme devant être prévu dans un conduit en connaissant le débit à réguler 90 m3/h sous une dépression de 18 Pa dans un conduit de diamètre de 125 em. On déplace la languette coulissante 7 de manière à placer la graduation gO de l'échelle 13 en face de la graduation 125 de l'échelle 12 de la réglette 2. On déplace le curseur Il pour amener l'index 23 en face de la graduation 18 de l'échelle 14 de la languette 7. L'index 23 permet alors de lire la graduation correspondante de échelle 22, soit 90 mm, qui représente la section de passage du diaphragme. La fig. 1 montre que le curseur porte également un index 23a affecté d'un symbole différent de celui associé à l'index 23. L'index 2fa est prévu pour qu'il soit possible, à partir des mêmes opérations de base décrites ci-dessus, d'apporter au résultat recherché la correction convenable correspondant à un conduit de diamètre différent. Dans l'exemple représenté, l'index 23 est utilisé. pour le calcul de base correspondant à un conduit de 125 mm et l'index 23a permet d'effectuer automatiquement la correction pour un conduit de 153 mm. Il est évident'que le curseur Il peut comporter autant d'index secondaires qu'il existe de sections standard de conduits susceptibles d'être mis en oeuvre. La fig. 2 montre les éléments de calcul portés par la face II de la règle selon l'invention. La réglette 4 porte une échelle logarithmique 26 des diamètres d'un conduit principal considuré, pour ce qui suit, comme ayant une section plus importante que celle d'un ou de plusieurs conduits secondaires de raccordement ou de piquage. Cette échelle 26 est marquée en regard d'une échelle logarithmique 27 portée par la languette coulissante 8 et correspondant au diamètre d'un conduit s & ondaire de raccordement ou de piquage considéré, par conséquent, comme présentent une section inférieure à celle du conduit principal. La languette coulissante 8 porte également deux échelles 28 et 29 des coefficients de pertes de charge correspondant respectivement, dans le cas de raccordement confluent entre un conduit principal et un conduit secondaire, aux coefficients de pertes de charge entre un point amont et un point aval pris dans le conduit principal, de part et d'autre du raccordement, et entre le point aval ci-dessus et un point de mesure pris, dans le conduit secondaire, en amont du raccordement. Les échelles 28 et 29 sont chacune, en réalité, constituées par cinq segments dont les différentes valeurs sont choisies pour correspondre à cinq rapports de sections entre le conduit principal et le conduit secondaire. Il est évident que les échelles 28 et 29 pourraient être formées par un nombre différent de segments.La languette coulissante 8 porte, par ailleurs, un schéma illustratif 30 représentant un raccordement confluent entre un conduit principal et un conduit secondaire. Ce schéma illustratif 30 fait également apparaitre les différents symboles ainsi que leurs positions relatives et respectives correspondant à ceux dtidentifi- cation associés aux échelles 26 à 29. La réglette médiane 3 porte une échelle 31 des débits en m3/h correspondant au conduit secondaire. Cette échelle 31 est marquée en regard d'une échelle 32 portée par la languette coulissante 7 et correspondant au débit en m3/h dans le conduit principal. La languette coulissante 7 porte galement une échelle 33 des diamètres des conduits secondaires. Cette échelle est marquée en regard d'une échelle 34 des diamètres du conduit principal portée par la réglette 2. Cette dernière présente également, sur la partie droite par rapport au dessin, une échelle 35 des coefficients de pertes de charge dans le cas d'un élargissement brusque le long d'un conduit de circulation dont l'exemple illustratif est montré par un schéma 35 que comporte la réglette médiane 3. Le schéma 36, comme le schéma 30, présente les mêmes symboles que ceux d'identification des différentes échelles décrites ci-dessus. La languette 7 porte, sensiblement à l'aplomb de l'échelle 35, une échelle 3? correspondant aux coefficients de pertes de charge dans le cas d'un rétrecis- sement brusque illustré par un schéma 38 présenté par la réglette 3 à proximité du schéma 36. Comme ce dernier, le schéma 38 comporte les symboles d'identification des différentes échelles. Les coefficients de pertes de charge, dans les cas d'élar glissement et de rétrécissement brusques, correspondent aux mesures entre deux points situés sensiblement à égale distance de part et d'autre de la section de raccordement. la réglette médiane 3 porte, en plus, sur sa partie gauche par rapport au dessin, un schéma illustratif 39 correspondant à un cas de réunion de deux courants empruntant deux conduits secondaires pour suivre, ensuite, un conduit principal. Le schéma 39 comporte également les mêmes symboles de référence que ceux associés aux schémas illustratifs 36 et 38. Le symbole 39 est disposé sensiblement à l'aplomb d'une échelle 40 portée en regard par la languette coulissante 7 et correspondant aux rapports de débits dans le cas de réunion de courants. L'échelle 40 est disposée au-dessus d'une échelle de report 41 portée par la languette coulissante 7 et comprenant deux sections dont les graduations correspondent à des valeurs respectivement inférieure et supérieure à zéro.La réglette latérale 2 porte, sen siblement en dessous des échelles 40 et 41 deux échelles 42 et 43 correspondant aux coefficients de pertes de charge dans le cas de réunion de courants, respectivement pour des rapports de débits donnés par les sections 41a et 41b de l'échelle 41. On donne, ci-dessus, à titre d'exemples, certaines possibilités de calcul de pertes de charge offertes par les différents éléments de calcul groupés sur la face II de la règle, toujours pour de l'air à 200C. EXEMPLE 5 Soit à calculer les coefficients de pertes de charge d'un raccordement confluent, c'est-à-dire les valeurs kc1 et kc2 telles que résultant du schéma illustratif 30, connaissant le diamètre D i 300 mm du conduit principal et son débit Q2 = 1 000 m3/h, le diamètre d = 150 mm du conduit secondaire et son débit Qî = 300 m3/h. On déplace la languette coulissante 8 de manière à amener la graduation 150 de l'échelle 27 en regard de la graduation 300 de l'échelle 26. Dans le cas présent, un repère fixe 44 porté par l'échelle 26 est situé dans une zone ombrée de l'échelle 27. Ceci indique que le rapport de sections des conduits correspond à l'un des rapports pour lesquels les segments des échelles 28 et 29 ont été établis et que, par conséquent, une lecture directe est possible. On effectue alors une correc tion en déplaçant la languette coulissante 8, de maniere que le repère fixe ou trait plein correspondant à la zone ombrée soit ramené devant le repère 44 de l'échelle 26. On déplace ensuite la languette coulissante 7 pour amener la graduation 1 000 de l'échelle 32 en face de la graduation 300 de l'échelle 31.On déplace ensuite le curseur Il pour amener un index 45 qu'il porte en face d'un repère 46 présenté par la languette 7. On lit alors sur les segments correspondants des échelles 28 et 29 les valeurs indiquées par index 45 des coefficients de pertes de charge kc1 et kc2, respectivement égales à 0,95 et 0,6. EXEMPTE 6 Soit à calculer le coefficient de pertes de charge keb, dans le cas particulier d'un conduit présentant un élargissement brusque considéré par rapport au sens du courant et assimilé à la réunion bout à bout d'un conduit secondaire et d'un conduit principal, comme illustré par le schéma 36. Dans cet exemple, on a le débit Q 2 1 000 m3/h, le diamètre du conduit secondaire d = 300 mm et le diamètre du conduit principal D p 350 n. On amène la graduation 300 de l'échelle 33 en face de la graduation 350 de l'échelle 34 puis on lit directement en face d'un repère 47 porté par l'échelle 33 la graduation correspondante de l'échelle 35, soit krb -0,38. A cet effet, on peut utiliser pour plus de précision l'index 45 du curseur 11. EXEMPLE 7 Soit à calculer le coefficient de pertes de charge krb de part et d'autre d'un rétrécissement brusque présenté par un conduit assimilé à un raccordement d'un conduit principal suivi, en considérant le sens de circulation, d'un conduit secondaire tel que cela est illustré par le schéma 38. Dans cet exemple, on donne Q = 1 000 m3/h, les dimensions de c8tés du conduit principal 30 x 40 cm et les dimensions de cotés du conduit secondaire 30 x 20 cm. On fait coulisser la languette 7 pour amener la graduation 30 x 20 de l'échelle 33 en regard de la graduation 30 x 40 de l'échelle 34. On lit ensuite en face du repère 48 porté par la réglette 2 la graduation correspondante de l'échelles 37 de la languette 7, soit krb t 4. Comme préeédemment4 cette lecture peut être effectuée par l'intermédiaire de l'index 45 du curseur 11. EXEMPLE 8 Soit à calculer le coefficient de pertes de charge krc dans le cas d'une réunion de deux courants telle qu'illustrée par le schéma 39. Pour cet exemple, on a Qa, correspondant au débit d'un des conduits secondaires, 300 m3/h, Q2, correspondant au débit résultant du conduit principal, 1 000 m3/h, d = 250 mm et D . 300 n. On fait coulisser la languette 7 pour amener la graduation 1 000 de l'échelle 32 devant la graduation 300 de l'échelle 31 de la réglette médiane 3. On lit en face d'un repère 49 porté à cet effet par la réglette médiane 3 la graduation correspondante de l'échelle 40, en l'occurrence la valeur 0,28. On déplace de nouveau la languette 7 pour amener la graduation 250 de l'échelle 33 en face de la graduation 300 de l'échelle 34. On déplace ensuite le curseur Il pour amener 11 index 45 en face de la valeur 0,28 de la section 41b de l'échelle 41 étant donné que cette valeur est supérieure à zéro. On lit ensuite par l'intermédiaire de l'index 45 la graduation indiquée de l'échelle 43 qui correspond aux valeurs de coefficients de pertes de charge dans le cas de réunion de courants pour un rapport de débits d'une valeur supérieure à zéro. Dans le cas présent, la valeur du coefficient de pertes de charge est égale à 2,6. Tous les exemples qui ont été décrits ont été calculés en partant d'un fluide gazeux en l'occurrence de l'air a 200C dont la masse volumique est 1,293 kg/m3. Si le fluide gazeux qui circule dans les conduits a une masse volumique différente, soit # , il y a lieu d'effectuer alors une correction. Pour cette opération on place la graduation lue sur l'échelle 14 et correspondant à la perte de charge calculée pour de l'air à 200C, en face de la graduation 1,293 de l'échelle 15. On lit ensuite sur l'échelle 14 la perte de charge correspondant au gaz de masse volume Ç en face de la graduation de l'échelle 15 corresponcant à la masse volumique du gaz considéré. De meme l'échelle 16 a été déterminée pour des intervalles de raccordement de 2,70 mètres. Pour des intervalles de raccor dement égaux entre eux mais de valeur différente les deux échelles 14 et 15 sont utilisées de la même façon que pour prendre en compte la valeur de la masse volumique. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation, représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Règle à calcul, notamment pour les pertes de charge statiques d'un fluide gazeux dar!s une installation de circulation comportant, d 'une part, un corps form é pr trois réglettes rigides reliées fixement entre elles pour délimiter deux lisières de guidage pour deux languettes coulissantes parallèles, l'une d'elles, dite la seconde languette ,portant deux échelles des diamètres correspondant respectivement aux sections circulaires ou polygonaes des conduits et en ce que chaque échelle est associée à un symbole illustratif et à au moins deux repères fixes de correction, d'autre part, un curseur transparent entourant ledit corps, caractériséeen ce que des éléments de calcul sont portés par l'une des faces au moins et formés par une échelle des diamètres présentée par une réglette en regard d'une échelle des débits marquée sur la première languette coulissante oui porte, également, une échelle des taux de pertes de charge placée en face d'une échelle des coefficients de pertes de charre portée par la réglette médiane, laquelle présente également une échelle de niveaux faisant face à deux échelles des diamètres marquées sur la seconde languette pour s'étendre également en regard d'une échelle des longueurs présentée par la troisième réglette. 2 - Règle suivant la revendication @, caractérisée en ce que la troisième réglette porte sur la même face que l'échelle des longueurs une échelle des diamètres des diaphragmes. 3 - Règle suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la seconde languette porte pour L'celle des diamètres au moins deux repères fixes de correction en fonction de l'état de surface interne de la matière constitutive des conduits de circuletion. 4 - Règle suivant l'une des revendications 1 à @, caractéri- sée en ce que la réglette médi@ne porte, en plus de l'@chelle des coefficients de pertes de charge, @@ rep@re fixe de lecture des taux de pertes de charge dans le ces de conduits vertic@ux à reccordements confluents. 3 - Règle suivant l'une des revendications @ à @, caractéri- sée en ce que la seconde @@ce gorte @@@lement des él@@ents de calcul formés par une éc@elle de coefficients de pertes de charge dans le cas d'élargissement brusque, une @chelle @@uble de coefficients de pertes de charge dans le cas de réunion de coura@ts et une échelle des diamètres portées par la réglette inférieure, par une échelle de coefficients de pertes de charge dans le cas de rétrécissement br@sque d'un conduit, une échelle double de report intermédi@ire dans le cas de r@u@io@ de cour@@ts, une échelle de déter@in@tion des repports de débits dans le cas de réunion de ceurents et une échelle de débits principeux, respectivement portées par la première languette coulissante, par une échelle des débits secondaires et trois schémas illustratifs associés aux symboles portés par lesdites échelles et présentés par la réglette @édiane, par deux échelles de lecture des coefficients de pertes de charge dans le cas de réu@ion de courants et une échelle des débits des conduits secondaires portées par la seconde languette et par une échelle des diamètres des conduits principaux présentée par la troisième réglette. 6 - Régle suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première réglette porte également, sur sa seconde face, un repère fixe de lecture des valeurs de l'échelle de coefficients de pertes de charge présentée par la première languette et corres@ondant à un rétrécissement brus@ue dans u@ conduit. 7 - Règle suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la premi8re languette porte en plus, sur se seconde face, un repère fixe dirigé vers l'échelle de coefficients de pertes de charge dans le ces d'@largissement brusque marquée, sur la premi@re réglette ainsi qu'un autre repère fixe dirigé vers les deux échelles de @ecture portées par la seconde la@@uette. 8 - Règle suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la réglette médiane porte, sur se seconde face, un repère fixe dirigé vers l'échelle de détermination des rap@orts de débits prese@tée par la première lamguette. 9 - Règle suivant l'une des reve@dications 1 à 8, caractérisée en ce que le curseur présente, sur les deux perties tr@@@@@- re@tes couvr@@t les deux faces du corps, deux index de lecture et, sur l'une de se@ perties, des repères de c@rrection de lecture des diaphragmes en fonction des sections des couduits de circul@tion dont les références sont associées auxdits repères.