Brevet FR2626365A1 — publié le 19890728

La présente invention concerne les dispositifs- utilisés pour la mesure des débits de liquides'ou de gaz, c'est-à-dire, des fluides moteurs, dispositifs qui sont mis en mouvement par un courant de ces fluides moteurs, et a notamment pour objet des débitmètres. Il est très efficace d'utiliser l'invention dans des systèmes hyd uliques pour la mesure du débit et de la quantité de liqu: es ou de gaz (fluides moteurs) dans une large plage de variations des débits, de viscosité, de température, de pression et on peut l'utiliser pour des pompes, des moteurs hydrauliques ainsi qu'en qualité de moyens metrologiques étalons pour la mesure du débit et du volume d'un fluide moteur. On connaît des débitmbtres (SB, B, 1109592), com- portant deux rotors, dont la rotation est synchronisée avec un galet, monté avec des jeux dans un corps ayant des canaux pour l'entrée et la sortie du fluide moteur. Les surfaces du corps, des rotors et du galet forment une ca- vité de travail dont la forme est complexe. Ces débitmètres sont caractérisés par une chaine cinématique compliquée et une forme difficile du corps, du point de vue technologie de sa fabrication. Ces inconvénients posent des difficultés b la détermination du volume de travail et obligent de créer des débitmètres de petites dimensions types. La présence de deux rotors conduit à l'augmenta- tion des charges sur l'organe de synchronisation construit, en règle générale, à base de pignons. En conséquence, la différence des pressions au débitmètre eroit et l'usure des pignons de l'organe de synchronisation augmente elle aussi. Tous ces défauts limitent les gammes de la mesure des débits b une haute précision. On connaît un débittmtre (SU, A, 246100), compor- tant un rotor à palettes, monté dans un corps avee des jeux assurant l'étanchéité et formant, avec ce corps, une ceavité de travail. Dans ce corps, sont pratiqués des canaux pour l'entrée et la sortie d'un fluide moteur et des évide- ments dans lesquels-sont logés-des galets avec des jeux. Ces galets partagent la cavité de travail en une cavité d'amenée et une cavité d'évacuation du fluide moteur. Des rainures sont pratiquées dans les galets pour que les palettes du rotor puissent passer à travers ces rainures. Le rotor est m6nté avec possibilité de tourner en synchro- nisme avec les galets sous l'action de l'énergie du fluide moteur. La rotation des galets dépend de la valeur impor- tante du frottement dO à la viscosité dans. les jeux formés par les surfaces des évidements et des galets. Ce frotte- ment, ayant lieu dans les jeux, crée une différence notable de pression dans la cavité de travail, qui limite la plage des débits à mesurer. La valeur du frottement dans les jeux et, par conséquent, la différence des pressions dans la cavité de travail dépendant non seulement de la longueur des jeux mais aussi de la valeur ' des jeux qui n'est pas imposée dans le débitmâtre en question. De plus, les fuites et, par eonséquent, la prceision de la mesure des débits dépendent de la valeur des jeux. On s'est donc proposé de mettre au.point un débit- mbtre dans lequel une large plage de la mesure de débits à une haute précision serait assurée par la réalisation cons- tructive du eorps. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un débitmètre comportant un rotor ayant des palettes montées avec des Jeux assurant l'étanchéité dans le ecorps et y for- mant une cavité de travail, ayant des canaux pour l'entrée et la sortie du fluide moteur et des évidements recevant des galets identiques, dont les surfaces forment, avec la surface des évidements, d'autres jeux assurant l'étanchéité, partagent la cavité de travail en une cavité d'amenée et une cavité d'évacuatPion du fluide moteur, et de plus, ces galets sont réalisés avec des rainures pour que les palet- tes du rotor puissent passer à travers ces rainures, le rotor étant monté avec la possibilité de tourner en syn- chronisme avec les galets sous l'action de l'énergie du fluide moteur, caractérisé, selon l'invention, en ce que des poches sont pratiquées dans chaque évidement, entre lesquelles est formée une surface d'étanchéité, la valeur de n'importe quel jeu d'étanchéité étant choisie dans la plage de 0,0005.- 0,002 fois le diamètre du galet. Il est t antageux que la longueur de la surface d'étanehéité entre les poches soit choisie dans la plage de le 0,05 à 0,2 fois le diamètre du galet. Ce mode de réalisation permet d'obtenir, dans une large plage de variation des débits, une haute précision de la mesure et, par consequent, de réduire au minimum le nom- bre de dimensions types des débitmètres pouvant fonctionner avec une variation des débits dans une large plage. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins annexes dans les- quels: - la figure 1 représente, en coupe transversale, un débitmètre selon l'invention; - la Figure 2 représente une partie A de la figure 1 à échelle agrandie; et - la figure 3 donne un graphique illustrant la variation de la différence des pressions dans la cavité de travail en fonction du débit, dans un débitmbtre connu et celui selon la présente invention. Le débitmètre comporte un rotor 1 (figu.re 1) ayant des palettes 2. Le rotor 1 est monté avec des jeux 3 et 4 assurant l'étanehéité (figure 2) dans le corps 5. Des ca- naux 6, 7 (figure 1) sont pratiqués dans le corps 5 pour l'entrée et la sortie du fluide moteur. La cavité de tra- vail 8 est formée par la surface intérieure du corps 5 et la surface du rotor 1. Deux évidements sont pratiqués dans le corps 5. Deux poches 9 sont pratiquéea dans chaque évi- dement. Des surfaces d'étanchéité 10 sont formées entre ces poches 9. Des galets identiques Il sont 1logés dans les êvi- dements susmentionnés. Des jeux d'étanchdité 12 sont formes entre les surface d'étanchéité 10. Des jeux d'étancheité 13 sont formés par les surfaces des galets 11 et la surface du rotor 1. Les jeux d'étanchéité 3, 4 (figure 2), 12 (figure 1), et 13 partagent la eavité de eravail 8 en une cavité d'amende 14 et une cavité d'évacuation 15 du fluide moteur. lu Des rainures 16 dans les galets l so.nt destinées au pas- sage des palettes 2 du rotor 1. Dans ce cas, la longueur de la surface d'étanchéité 10 est inféroieure à la longueur de l'arc entre les rainures 16 suivant la circonférence du galet 11. La longueur optimale de la surface d'étanchéité 10 est ehoisie dans la plage de 0,05 à 0,2 fois le diamètre du galet 11. La première valeur est à appliquer aux débit- mètres de grandes dimensions types et la deuxième valeur doit être utilisée pour les débitmètres de petites dimen- sions types. Pour de grandes dimensions types, la longueur de la surface 10 est de 8 mm et pour les petites dimensions types, elle est de 2 mm. Dans le cas o la longueur de la surface 10 est inférieure à 0,05 fois le diamètre du galet 11, les fuites du fluide moteur augmentent, ce qui baisse la précision tandis que l'augmentation de la longueur de la surface 10 au-dessus de 0,2 fois le diamètre du galet 11l conduit à l'augmentation de la différence de pression ZP, ce qui aboutit à la diminution de la gamme des débits mesurés. La valeur des jeux d'étanchéité 3, 4,.12 et 13 est choisie entre 0,0005 et 0,002 fois le diamètre d'un galet 11, c'est-à-dire que (0,0005 à 0,002) d, o.. 5 est le jeu d'étanchéité 3, 4, 12 ou 13; et d est le diamètre du galet 11. La rotation du rotor 1 est synchronisée avec la rotation des galets 11. Pour élever le niveau de pression de service jusqu'à 400 bars, le débi. tmtre peut être monté dans une capsule 17, Pour des systèmes hydrauliques fone- tionnant à un niveau peu élevé de pression de service, il est possible d'appliquer le débitmètre en version sans cap- sule. La réalisation des poches 9 diminue la longueur de la surface 10 qui forme le jeu d'étanehéité 12. On dimi- nue ainsi la valeur du frottement dO à la viscosité et, par conséquent, la déférence de pression A P dans la cavité 8, ce qui permet i'augmenter la plage des pressions à mesu- rer. La réalisation des jeux 3, 4, 12, 13 dans la plage de - l 0,0005 à 0,002 fois le diamètre du galet Il assure un bon fonctionnement du débitmètre avec des fuites minimales, même pour la mesure de fluides moteurs d'une petite vis- cosité, et par conséquent avec une haute précision. Si les jeux d'étanehéité 3, 4, 12, 13 sont plus petits que la va- leur mentionnée de 0,0005 d, la variation de la température du fluide moteur peut provoquer un coincement du rotor 1, c'est-à-dire que le débitmètre ne pourra plus fonctionner alors que des jeux d'étanchéité 3, 4, 12, 13 plus grands que la valeur susmentionnée de 0,002 d conduisent à l'aug- mentation des fuites c'est-b-dire, à la baisse de précision de la mesure du débitmètre. Le débitmètre selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Sous l'action de l'énergie du fluide moteur amené au canal 6 (figure l) et, ensuite, dans la cavité de tra- vail 8, le rotor 1 portant les palettes 2 tourne en trans- portant le fluide moteur dans le canal 7. A la rotation du rotor 1, les galets Il tournent en synchronisme avec eelui- ci. Alternativement, l'un des galets l1 laisse passer la palette 2, à ce moment le deuxième galet 11, en formant, avec la surface 10 du corps 5, le jeu d'étanchéité 12 et avec la surface du rotor 1, le jeu d'étanchéité 13, sépare la cavité 8 en une eavité d'amenée 14 et une eavité d'éva- cuation 15 du fluide moteur. Il est à noter que le débitmè- tre est réversible et que son fonetionnement ne dépend pas de la direction du déplacement du courant du fluide moteur. Le volume du fluide moteur circulant à travers le débitmâtre en un tour du rotor (V2) est égal à: -4 (D2 - 1)2 cm3 /t o D, est le diamètre des palettes 2, cm; D2est le diamètre du rotor i sur le chemin de roulement cm; est la longueur axiaie des palettes 2, cm. Le débit mesuré Q sera alors égal à: q = V'n, cm /t o n est la vitesse de rotation, t/mn. On a réalisé des essais de débitmètres réalisés selon quatre dimensions types ayant les volumes de travail suivants: - VO 20, 100, 200, 800 cm /t. Les essais ont été effectués sur des bancs aven des liquides dont la viscosité variait de 1,5 à 100 mm2/s, le débit variant dans la plage de 16:1. La figure 3 représente les résultats des essais de la variation de la chute de pression dans la cavité de tra- vail en fonction du débit dans le débitmètre connu (droite 18) et dans le débitmètre revendiqué (droite 19) oû 5P est la variation de la différence de pression dans la cavité de travail en fonction du débit Q dans le débitmêtre à VO 00 cm m3/t à une viscosité = 17 mm2/s. Les essais ont fait apparaître que l'erreur rela- tive limite dans la plage de la variation des débits de 16:1, à une viscosité de 1,5 à 20 mm2/s an fonction des dimensions types, tait respectivement de 0,24 à 0,1,6 et à une viscosité supérieure à 20 mm2/s, l'erreur relative limite ne dépassait pas 0,1%L pour toutes les dimensions types. En comparaison avec les débitmètre uconnus, le. débitmètre revendiqué assure une large plage de mesure de débits avec une haute précision pour différents fluides moteurs tels que: huiles minérales, liquides synthétiques, combustible diesel, kérosène, alcool etc... La tempéra- ture du fluide peut varier de -40 à 150DC. Le débitmètre est silencieux es fonctionnement, il possède une bonne sen- sibilité, même a, débits par gouttes,,et une petite inertie des parties tour-antes. Le débitmètre est simple au point de vue de sa construction technique, et de la teehnologie de sa fabrication. Il ne nécessite pas de graduation ni élément d'accord. Il assure l'amenée réguliièe du liquide sans pulsations, ne nécessite pas le montage des tronçons de tubes rectilignes et, de plus, son emploi n'est limité par aucune interdiction. Pour l'utilisation du débitmètre, aucune instruction spéciale n'est nécessaire. R E V E N D I C A.T I 0 N S REVENDICAT IONS 1. Dêbitmètre du type comportant un rotor ayant des palettes montées avec des Jeux assurant l'étanchéité dans le corps et y formant une cavité de travail, ayant des canaux pour l'entrée et la sortie du fluide moteur et des évidements recevant des galets identiques,-dont les surfaces forment, avec la surface des évidementset avec la surface du rotor, d'autres Jeux d'étanchéité qui séparent la cavité de travail en une cavité d'amenée et une cavité d.'évacuation du fluide moteur et, de plus, ces galets sont i0 réealisés avec des rainures pour que les palettes du rotor, monté avec possibilité d'effeetuer une rotation en synchro- nilsme avec les galets sous l'action de l'énergie du fluide moteur, puissent passer à travers ces rainures, caractérisé en ce que des poches (9) sont pratiquées dans chaque évide- ment, de façon à former-entre elles une surface d'étan- chéité (10), la valeur de n'importe quel Jeu d'étanchéité étant choisie entre 0,0005 et 0,002 fois le diamètre du galet (11). 2. Débitmètre selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la longueur de la surface (10) entre les poches est choisie dans la plage de 0,05 à 0,2 fois le dia- mètre du galet (11).