Brevet FR2463918A1 — publié le 19810227

L'invention concerne un appareil de mesure du débit d'un fluide au "débitmètre" et plus particu- lièrement un tel appareil dans lequel on peut aisément faire varier la gamme de débits du fluide. On connaît un grand nombre de débitmètres pour fluides, comportant un carter avec une entrée et une sortie du fluide, et des moyens pour mesurer et indiquer extérieurement le débit du fluide de l'entrée à la sortie. Par exemple, dans un type d'appareil connu, une ailette semi- circulaire coopère avec un carter hémisphérique disposé entre l'entrée et la sortie du fluide. La rotation de l'ailette produit une ouverture de dimension variable entre elle et le carter, tandis qu'un moyen élastique pousse l'ailette vers une position fermée. La rotation de l'ailette à l'intérieur du carter, provoquée par l'admission de l'écoulement à l'entrée du carter,est utilisée pour produire un signal extérieure- ment visible représentatif de la rotation de l'ailette et, ainsi du débit de fluide à travers le carter. Dans un autre type d'appareil, une aiguille conique coopère avec un orifice qui relie l'entrée et la sortie du fluide. De plus, un piston est monté à cou- lissement suivant l'axe dans le carter et fixé, soit à l'aiguille conique, soit à l'orifice, si bien que le déplacement du piston, causé par l'écoulement du fluide à travers l'appareil, fait varier l'ouverture de l'ori- fice en fonction du débit. Des moyens indicateurs électriques et/ou mécaniques, reliés au piston, four- nissent un signal représentatif du déplacement axial du piston et donc du débit du fluide dans l'appareil. Un inconvénient de ces appareils de mesure du débit antérieurement connus provient de ce que la gamme de débits de l'appareil est préétablie et n'est pas réglable après assemblage de l'appareil. Il s'ensuit que si l'on désire une gamme de débits différente pour l'appareil, il faut le remplacer dans sa totalité. La présente invention permet de surmonter les inconvénients des appareils antérieurs en proposant un débitmètre dans lequel on peut simplement et rapidement régler ou changer la gamme de débits, à la demande, sur le lieu d'utilisation. En outre, comme il apparaîtra plus loin, le débitmètre, selon l'invention, est de cons- truction simple, mais néanmoins durable. En bref, le débitmètre, selon l'invention, comprend un carter avec une entrée et une sortie de fluide et des moyens de passage pour le fluide, reliant l'entrée à la sortie. Les moyens de passage pour le fluide comprennent aussi une chambre de forme allongée, de préférence cylindrique, dont une extrémité communique avec l'entrée et l'autre extrémité avec la sortie. Un ensemble de piston est monté à coulissement suivant l'axe dans la chambre du carter, et peut se déplacer entre une première position et une seconde posi- tion. Un joint torique assure l'étanchéité au fluide entre la périphérie externe du piston et la chambre, tandis qu'un ressort hélicoidal pousse le piston vers l'extrémité d'entrée de la chambre du carter. L'ensemble de piston comprend une plaque d'orifice avec une ouverture par le fluide, communiquant avec l'extrémité d'entrée de la chambre. de fluide. Un passage pour le fluide est ménagé à travers l'ensemble de piston pour relier l'ouverture pour le fluide à l'extrémité de sortie de la chambre du carter. Une tige est aussi fixée aux couvercles du carter et s'étend coaxialement à travers la chambre du carter, et ainsi coaxialement à travers l'ensemble de piston et son ou- verture pour le fluide. Cette tige comporte, en outre, une portion conique qui est placée à l'intérieur de l'ouverture, quand l'ensemble de piston se déplace entre sa première position et sa seconde position, pour res- treindre ainsi l'ouverture en fonction de la position axiale de l'ensemble de piston. Pendant le fonctionnement, le fluide qui pénètre dans l'entrée du carter pousse l'ensemble de piston vers l'extrémité de sortie de la chambre de fluide, à l'encontre de la force du ressort hélicoïdal, en accroissant de la sorte la surface utile de l'ouverture de l'ensemble de piston d'une quantité proportionnelle au débit du fluide à travers le débitmètre. A son tour, le déplacement axial du piston est indiqué de façon extérieurement visible par une aiguille mécaniquement reliée au piston. Le carter du débitmètre comprend en outre une plaque amovible de recouvrement d'extrémité, à travers laquelle on peut retirer du carter la plaque d'orifice et la remplacer par une plaque d'orifice dont l'ouver- ture est d'une dimension différente. Le remplacement par la plaque d'orifice dont l'ouverture est d'une autre dimension a pour effet de changer la gamme utile de débits de l'ensemble du débitmètre en fonction de la dimension de l'ouverture. Selon une variante, on peut remplacer la totalité de l'ensemble de piston pour changer la gamme de débits du débitmètre. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description détaillée ci-dessous et aux dessins annexés, dans lesquels les mêmes références désignent les mêmes éléments. Sur ces dessins: la figure l est une vue en coupe longitu- dinale représentant le débitmètre suivant l'invention; la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle en coupe représentant le fonctionnement du débitmètre selon l'invention; la figure 4 est une vue partielle en coupe représentant le débitmètre selon l'invention réglé pour une gamme de débits différente; la figure 5 est une vue partielle de dessus, en coupe, représentant les moyens indicateurs du débit- mètre; et la figure 6 est une vue suivant la ligne VI-VI de la figure 5. A la figure 1, le débitmètre 10, selon l'in- vention, est montré et comprend un carter 12 comportant une entrée de fluide 14 et une sortie de fluide 16. L'entrée 14 et la sortie 16 du carter sont filetées intérieurement pour leur connection à des appareillages usuels pour fluides (non représentés), eux-mêmes reliés à un réseau de fluide (non représenté). Aux figures 1 et 2, le carter 12 comprend aussi une paroi externe 18 tubulaire et cylindrique qui est ouverte à ses deux extrémités 19 et 20. Le carter 12 forme ainsi une chambre allongée cylindrique 24, dont une extrémité communique par un passage de fluide 26 avec la sortie de fluide. De même, l'extré- mité opposée de la chambre 24 de fluide communique avec l'entrée 14 de fluide via une chambre cylindrique de fluide 28 et un passage de fluide 29. L'extrémité 19 du carter 12 est recouverte par un couvercle 32 qui est fixé par des boulons 34. Des moyens d'étanchéité appropriés 36 sont prévus entre le couvercle 32 et le carter 12 pour empêcher les fuites de fluide. De même l'extrémité opposée 20 du carter 12 est recouverte par un couvercle terminal 40, fixé au carter 12, de façon amovible, par des boulons 42. Des moyens d'étanchéité appropriés, tels qu'un joint torique, sont prévus entre l'extrémité 20 du carter 12 et la plaque formant couvercle 40 pour empêcher toute fuite de fluide à partir du carter 12. Une tige allongée 50 s'étend coaxialement à travers la chambre 24, une de ses extrémités étant placée dans un trou borgne 52 du couvercle 32. De même, l'extrémité opposée de la tige 50 est placée dans un trou borgne 58 du couvercle 40.Ce couvercle 40 peut toutefois être facilement détaché de la tige 50, pour une raison qui apparaîtra plus loin. De plus, la tige comprend une portion conique 59 qui s'amincit radiale- ment vers l'intérieur, sur une certaine longueur le long d'une portion médiane de la tige 50. Un ensemble de piston 60 est monté à coulisse- ment axial dans la chambre 24 du carter et-comprend une première partie de piston 62 ayant un corps 63, et une seconde partie de piston 64. Les deux parties 62 et 64 du piston sont coaxiales entre elles, mais axialement adjacentes, de telle sorte qu'une extrémité 66 de la seconde partie de piston 64 bute contre une extrémité 68 de la première partie de piston 62. A la figure 1, un joint annulaire 70 d'étan- chéité vis-à-vis du fluide, tel qu'un joint torique, est fixé à la périphérie externe de la première partie de piston 62 et relie de façon étanche au fluide la partie 62 du piston aux parois internes 72 de la chambre 24 du carter. Le joint 70 permet toutefois à la première partie de piston 62 de coulisser axialement le long de la chambre 24. La première partie de piston 62 comprend encore une plaque d'orifice 73, avec une ouverture pour le fluide 74, fixée de façon amovible au corps du piston 63 par des vis 75. L'ouverture 74 communique avec la chambre 28 de fluide et ainsi avec l'entrée 14. Une chambre de fluide 75', à l'intérieur de la première partie de piston 62, ainsi que plusieurs passages de fluide 76 (voir figures 1 et 2) s'étendant sensiblement radialement et espacés suivant une circonférence, établissent une liaison pour le fluide de l'ouverture 74 à l'extrémité de sortie de la chambre du carter 24. La première partie de piston 62 comporte encore un orifice traversant 80 qui est coaxial avec l'ouverture 74. La tige 50 s'étend coaxialement à travers l'ouverture 74 et l'orifice traversant 80, de sorte que sa portion conique 59 se trouve entre l'orifice traver- sant 80 et l'ouverture 74. La portion conique 59 de la tige 50 s'amincit radialement vers l'intérieur depuis la plaque d'orifice 73, jusqu'à l'extrémité opposée de la chambre 75'. De plus, une butée tubulaire 71 limite la course de descente de l'ensemble de piston 60. La seconde partie du piston 64 est cylindrique et comprend un évidement longitudinal 82, de diamètre plus grand que celui de la tige 50, et formant ainsi une chambre annulaire 83 entre la seconde partie du piston 64 et la tige 50. La tige 50 s'étend coaxialement à travers l'évidement 82 et aussi à travers un perçage 84 formé à la deuxième extrémité 86 de la seconde partie de piston 64. Un ressort hélicoïdal 88 est placé à l'inté- rieur de la chambre annulaire 83 et bute à une extrémité 89 contre un dispositif de retenue 90, fixé à la tige par un anneau à ressort 91. A l'autre extrémité, le ressort 88 bute contre une rondelle 92 placée autour de la tige 50. L'extrémité 66 de la seconde partie 64 du piston est placée dans une cavité cylindrique 91' de l'extrémité supérieure 68 de la première partie de piston 62 et les parties 62 et 64 de piston sont fixées entre elles par des jeux de vis 93. Selon cette disposition, la totalité de l'ensemble de piston 60 peut se déplacer vers le haut, le long de la tige 50, depuis la position de la figure 1, jusqu'à la position de la figure 3. Ce faisant, l'ensemble de piston 60 comprime le ressort 88 entre la retenue 90 et la rondelle 92. A la figure 1 qui représente le mode de réa- lisation préféré de l'invention, un filtre tubulaire cylindrique 96 est placé dans la chambre de fluide 28. Le filtre 96 est espacé radialement, vers l'intérieur, des parois externes de la chambre 28, et définit ainsi une chambre annulaire 97 qui communique avec le passage d'entrée 29. Le filtre 96 se trouve donc effectivement placé entre l'entrée de fluide et l'ensemble de piston 60. Le filtre 96 empêche les débris éventuellement conte- nus dans le fluide arrivant de pénétrer et peut-être obturer les passages de fluide ménagés à travers la première partie de piston 62. Le filtre 96 est en outre facilement démontable pour nettoyage et/ou remplacement, par simple retrait du couvercle terminal 40. En se référant aux figures 1, 5 et 6, un bras de levier 98 est fixé perpendiculairement à un arbre 100, à une extrémité 102, et porte à son autre extrémité un rouleau 104 qui bute contre l'extrémité libre 86 de la seconde partie de piston 64. L'arbre 100 est monté à rotation sur luimême dans le carter 12 et s'étend jusque dans un carter d'indicateur 150, fixé au carter 12. Un ensemble d'indicateur 152 est fixé à l'autre extrémité de l'arbre 100, à l'intérieur du carter d'indicateur 150. L'ensemble d'indicateur 152 comprend une came 154 et une tige 156 qui est coaxiale avec l'arbre 100. Une aiguille d'indicateur 106 est fixée par une vis 158 à la tige 156, de façon que l'aiguille 106, la tige 156 et la came 154 tournent en unisson avec l'arbre 100. Une plaque graduée 160, portant une échelle convenable 162, est montée dans le carter d'indicateur de façon que par rotation de l'arbre 100, l'aiguille 106 balaie l'échelle 162 et fournisse une indication extérieurement visible représentative de la rotation de l'arbre 100. En outre, la came 154 comporte un profil de came 164 qui coopère avec un auxiliaire de came 166. L'auxiliaire de came 166 à son tour est monté sur un interrupteur 168, de sorte que quand l'aiguille 106 atteint une position prédéterminée, l'interrupteur 168 est actionné. L'interrupteur 168 peut être relié, par exemple, à un système d'alarme. En se référant aux figures 1 et 3, on voit que, pendant le fonctionnement, le courant de fluide entrant dans l'entrée 14 du carter pénètre dans la chambre annulaire 97, traverse le filtre 96 et parvient à l'extrémité d'entrée de la chambre 24 du carter. Ce flux pousse l'ensemble de piston 60 vers le haut, comme représenté à la figure 3, contre la force du ressort hélicoïdal 88 et, de la sorte, augmente la section de passage de l'ouverture 74, en raison de la portion conique 59 de la tige 50. Le flux qui traverse l'ouver- ture 74 pénètre dans la chambre 75' du piston, ressort par les passages de fluide 76 et finalement sort par la sortie 16, via le passage 26. En outre, à mesure que le débit volumétrique du fluide à travers le débitmètre augmente, il augmente proportionnellement le déplace- ment axial de l'ensemble de piston 60, d'une quantité s'accroissant jusqu'à ce que la zône ouverte entre l'ouverture 74 et la portion conique 59 de la tige 50 soit suffisante pour laisser passer le flux. Le déplace- ment axial du piston 60 provoque à son tour la rotation de l'arbre 100 avec l'aiguille 106 qui lui est reliée, via le bras de levier 98. La position de l'aiguille 106 sur l'échelle 162 est proportionnelle à la position axiale du piston 60 et, de ce fait, proportionnelle au débit volumétrique du fluide à travers le débitmètre 10. En se référant à la figure 4, on voit que l'on peut rapidement et facilement régler la gamme de débits du débitmètre 10, en retirant la plaque formant couvercle , puis en retirant du carter 12 la plaque d'orifice 73. Ensuite, on fixe une nouvelle plaque d'orifice 73', avec une ouverture 74 de taille différente, au corps 63 de la première partie de piston 62 et on replace la plaque formant couvercle 40 sur le carter 12. Mettre en place une plaque d'orifice 73, d'un diamètre d'ouverture 74 plus grand, permet de régler la gamme de débits du débitmètre 10 à une gamme de valeurs plus élevée, puis- qu'aucun déplacement axial du piston 60 ne s'effectue, ou seul un déplacement minimal, jusqu'à ce qu'un débit comparativement plus élevé du fluide à travers le débit- mètre se produise. Inversement, on peut ramener la gamme de débits du débitmètre 10 à des valeurs plus faibles en substituant à une plaque d'orifice une plaque d'orifice 73 ayant une ouverture 74 de plus petit dia- mètre. Selon une variante, on peut retirer du carter 12, après avoir enlevé la plaque de recouvrement 40, la totalité de l'ensemble de piston 60, avec la tige 50 qui lui est reliée, et le remplacer par un nouvel en- semble de piston 60 avec sa tige 50, pour changer la gamme de débits du débitmètre 10. La constante d'élas- ticité et la compression du ressort hélicoïdal 88, la conicité de la portion conique 59 de la tige et la dimension de l'ouverture 74 affectent toute la gamme de débits du débitmètre 10. Le remplacement de la tota- lité de l'ensemble de piston 60, avec la tige 50 qui lui est reliée, est particulièrement avantageux lorsqu'on doit changer la gamme de débits du débitmètre sur le lieu d'utilisation, c'est-à-dire après l'installation du débitmètre 10 dans le réseau de fluide. Dans ce cas, on peut assembler et calibrer avec précision l'ensemble de piston 60 en usine, puis l'installer facilement, simplement et rapidement sur le lieu d'utilisation. On voit,d'après la description qui précède, que le débitmètre 10 selon l'invention est un appareil nouveau, simple et relativement peu coûlteux de cons- truction. De plus, étant donné qu'on peut faire varier simplement et facilement la gamme de débits du débit- mètre 10 en remplaçant simplement la plaque d'orifice 73, le débitmètre 10 est aisément adaptable virtuelle- ment à toute gamme recherchée de débits. Par rapport à l'exemple décrit, l'invention est susceptible de nombreuses variantes, sans qu'on s'écarte pour cela de son esprit. -11- REVENDICATIONS 1. Débitmère caractérisé en ce qu'il com- prend: - un carter (12) comportant une entrée de fluide (14) et une sortie de fluide (16); - des moyens de passage pour le fluide (24, 26, 28, 29), aménagés dans ledit carter (12), pour relier l'entrée (14) et la sortie (16), lesdits moyens de passage comprenant une chambre allongée (24) dont une extrémité communique avec l'entrée (14), et l'autre avec la sortie (16); - un ensemble de piston (60), monté à coulissement axial dans ladite chambre (24) du car- ter (12) et pouvant se déplacer entre une première position et une seconde position; - un moyen (70) de liaison étanche au fluide du piston (60) au carter (12); - ledit ensemble de piston (60) comprenant en outre une plaque d'orifice (73) comportant une ouverture (74) pour le fluide ouverte sur l'extrémi- té d'entrée de ladite chambre (24), ladite plaque d'orifice (73) pouvant être retirée de l'ensemble de piston (60),et des moyens de mise en communication, pour le fluide (75', 76), de l'ouverture (74) avec l'extrémité de sortie de la chambre (24); ces moyens étant aménagés dans l'ensemble de piston (60); - des moyens de poussée élastique (88) de l'ensemble de piston (60) vers l'extrémité d'entrée de la chambre (24); - une tige (50) maintenue dans le carter (12), et s'étendant axialement à travers au moins une portion de la chambre (24), ladite tige (50) -12ayant une portion conique (59) qui s'étend à travers ladite ouverture (74) et restreint cette ouverture (74) de façon variable en fonction de la position axiale de l'ensemble de piston (60); - des moyens (152) d'indication extérieure de la position axiale de l'ensemble de piston (60) ; et en ce que ledit carter (12) comporte un couvercle terminal (40) amovible sur une extrémité axiale de la chambre (24), à travers laquelle on peut retirer la plaque d'orifice (73) et la remplacer par une autre (73'), présentant une ouverture (74) d'une dimension différente pour changer ainsi la gamme de débits du débitmètre (10). 2. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (96) de filtration de fluide, disposés entre l'en- trée (14) et la chambre (24) du carter (12). 3. Débitmètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de filtration (60) comprennent un filtre (60) intercalé entre le couver- cle terminal (40) et une portion du carter (12). 4. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de piston (60-) com- prend une première partie de piston (62) et une seconde partie de piston (64), la plaque d'orifice (73) étant fixée sur la première partie de piston (62) et lesdites parties de piston (62, 64) étant axialement adjacentes et coaxialement montées à cou- lissement sur la tige (50). 5. Débitmètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mise en communi- cation pour le fluide (75', 76) comprennent en outre une chambre intérieure (75') ménagée dans la première -13- partie de piston (62) et communiquant avec l'ouvertu- re (73), et plusieurs passages du fluide (76) s'éten- dant sensiblement radialement, espacés suivant une circonférence, ménagés à travers la première partie de piston (62), chacun de ces passages (76) étant ouvert à une extrémité sur la chambre intérieure (75') du piston (60), et à l'autre extrémité vers l'extrémité de sortie de la chambre (24) de carter (12). 6. Débitmètre selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de mise en communi- cation pour le fluide (75', 76) sont entièrement for- més à travers la première partie de piston (62). 7. Débitmètre selon la revendication 6, caractérisé en ce que la seconde partie de piston (64) bute, à une extrémité, contre la première partie de piston (62) et comprend une cavité (82, 83, 84) à travers laquelle s'étend la tige (50), les moyens de poussée élastique (88) étant placés dans ladite cavi- té (83), des moyens d'arrêt (90) étant fixés à la tige (50) à proximité immédiate de l'autre extrémité de la seconde partie (64) de piston, de sorte que les moyens de poussée élastique (88) se trouvent empri- sonnés entre les moyens d'arrêt (90) et la première partie (62) de piston. 8. Débitmètre selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de poussée élasti- que (88) comprennent un ressort hélicoïdal (88), disposé coaxialement autour de la tige (50). 9. Débitmètre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'indication (152) comprennent un arbre (100) monté à rotation sur lui- même dans le carter (12), un levier (98) allongé relié à l'une de ses extrémités à l'arbre (100), et -14- à son autre extrémité à l'ensemble de piston (60), de sorte qu'un déplacement axial de l'ensemble de piston (60) fait tourner l'arbre (100) proportionnellement, et des moyens (154, 156, 106) reliés à l'arbre (100) pour indiquer la rotation de l'arbre (100). 10. Débitmètre selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (154, 156, 106) d'in- dication de la rotation de l'arbre (100) comprennent une aiguille (106) fixée à l'arbre (100). 11. Débitmètre selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (154, 164, 166) pour actionner un interrupteur électrique (168) lorsque l'arbre (100) atteint une position prédéter- minée par rotation. 12. Débitmètre selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (154, 164, 166) pour actionner l'interrupteur (168) comprennent une came (154) fixée à l'arbre (100) et un auxilaire de came (166) fixé à l'interrupteur (168), la posi- tion de l'auxiliaire de came (166) commandant l'ac- tionnement de l'interrupteur (162). 13. Débitmètre caractérisé en ce qu'il comprend: - un carter (12) comportant une entrée (14) et une sortie (16); - des moyens de passage pour le fluide (24, 26, 28, 29) aménagés dans le carter (12) pour relier l'entrée (14) à la sortie (16), lesdits moyens de passage (24, 26, 28, 29) comprenant une chambre allongée (24), dont une extrémité communique avec l'entrée (14), et l'autre avec la sortie (16); - un ensemble de piston (60) monté à cou- lissement axial dans ladite chambre (24) du carter (12) et pouvant se déplacer entre une première posi- tion et une seconde position; - -15- - un moyen (70) de liaison étanche au fluide du piston (60) au carter (12) ; - ledit ensemble de piston (60) comprenant une plaque d'orifice (73) comportant une ouverture (74) pour le fluide, ouverte sur l'extrémité d'entrée de la chambre (24), ladite plaque d'orifice (73) pouvant être retirée de l'ensemble du piston (60), et un moyen (75', 76) ménagé dans l'ensemble de piston (60) pour mettre en communication l'ouverture (74) avec l'extrémité de sortie de la chambre (24); - des moyens de poussée élastique (88) de l'ensemble de piston (60) vers l'extrémité d'entrée de la chambre (24); - une tige (50) maintenue dans le carter (12) et s'étendant axialement à travers au moins une portion de la chambre (24), la tige (50) ayant une portion conique (59) qui s'étend à travers ladite ou- verture (74), qu'elle restreint de façon variable en fonction de la position axiale de l'ensemble de pis- ton (60); - des moyens (152) d'indication extérieure de la position axiale de l'ensemble de piston (60); et en ce que ledit carter (12) comporte un couvercle terminal (40) amovible sur une extrémité axiale de la chambre (24), à travers laquelle on peut retirer l'ensemble de piston (60) et le remplacer par un ensemble de piston différent, pour changer de la sorte la gamme de débits du débitmère (10).