Brevet FR2834786A1 — publié le 20030718

COMPTEUR VOLUMETRIQUE DE FLUIDE L'invention se rapporte à un compteur volumétrique de fluide destiné à mesurer le débit d'un fluide s'écoulant dans une canalisation. L'invention concerne plus particulièrement le domaine techique des compteurs volumétriques de fluide à piston oscillant dont la technique est bien connue par l'homme du métier. Un tel compteur connu comporte une boîte mesurante comme représenté sur les figures 1 et 2 en perspective éclatée et en coupe verticale. Dans ce type de compteur, la boîte mesurante est l'élément essentiel dont dépend la précision de mesure du débit. La boîte mesurante est une chambre de forme cylindrique 30 qui comprend un fond 1, une paroi latérale 2 et un couvercle 3. Le fond 1 et le couvercle 3 comportent respectivement un cylindre inférieur 4 et supérieur 5, de même diamètre, ce diamètre étant inférieur à celui de la chambre. Les deux cylindres 4,5 sont centrés sur l'axe de la chambre. Le cylindre inférieur comporte en son centre une tige métallique 28 sur laquelle vient s'emboîter un galet 6. Le fond et le couvercle sont munis d'au moins une ouïe d'entrée 7 et une ouïe de sortie 8 pour respectivement l'admission et l'évacuation du fluide dans la chambre. La chambre 30 comporte également une cloison fixe 9 de forme rectangulaire, séparant l'ouïe d'entrée 7 et l'ouïe de sortie 8. La cloison s'étend radialement entre la paroi latérale 2 et les cylindres inférieur 4 et supérieur 5 et axialement entre le fond 1 et le couvercle 3. Le fond, la paroi latérale, le couvercle et les cylindres inférieur et supérieur comportent une rainure 10 dans laquelle vient s'encastrer la doison. Un piston 11 de forme cylindrique de diamètre inférieur à celui de la chambre mais supérieur aux diamètres des cylindres inférieur et supérieur est positionné de manière excentrique à l'intérieur de la chambre. Le piston 11 comporte à mi-hauteur une paroi plane 12 perforée de trous et supportant en son centre deux tétons 13, l'un dirigé vers le fond, l'autre vers le couvercle. La paroi comporte également une lumière 14 en forme de poire orientée radialement et positionnée de manière excentrique. La lumière en forme de poire débouche sur une fente 15 pratiquée sur toute la hauteur du piston. Le débitmètre comportant une telle boîte mesurante fonctionne selon le principe de l'admission d'un volume donné de fluide par l'ouïe d'entrée 7 dans la chambre 30 qui en communiquant son énergie au piston provoque son déplacement en rotation et son évacuation vers l'ouïe de sortie 8. Ainsi, chaque révolution du piston 11 correspond au passage d'un volume de fluide donné. Le mouvement général du piston est un mouvement oscillant, l'axe du piston décrivant un cercle autour de l'axe de la chambre 30 et la fente 15 du piston glissant le long de la cloison 9. Le piston est guidé cinématiquement dans la chambre 30 grâce à l'engagement de la cloison 9 dans la fente verticale 15 et dans la lumière 14 en forme de poire ainsi que par l'engagement du téton 13 entre le galet 6 et le cylindre inférieur 4. La paroi plane du piston, bien que positionnée entre le cylindre inférieur 4 et supérieur 5, reste libre de se mouvoir dans un plan. L'invention concerne donc un compteur volumétrique de fluide du type à piston oscillant comprenant une chambre cylindrique comportant une paroi latérale, un fond et un couvercle, ainsi qu'un piston de forme cylindrique disposé de façon excentrique et guidé cinématiquement dans la chambre, le piston effectuant un mouvement oscillant dans la chambre sous l'action du déplacement d'un volume de fluide et présentant des faces glissantes sur des parties fixes de la chambre. Dans les compteurs connus, cette oscillation du piston nécessite la présence de jeux entre ces faces glissantes et les parties fixes de la chambre correspondantes. Ces jeux sont optimisés en fonction du niveau de performances métrologiques recherché sur le compteur. Cependant, ces jeux entraînent immanquablement des fuites internes préjudiciables à la précision du compteur. La présente invention résout ce problème et, pour ce faire, conformément à l'invention, un dispositif d'étanchéité est intercalé entre au moins l'une des dites faces et la partie fixe correspondante. Les performances métrologiques sont ainsi améliorées avec un débit de démarrage plus faible et l'erreur du compteur est minimisée à grands et petits débits. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif d'étanchéité est constitué d'un segment emboîté dans la face ou la partie fixe et constitué d'un matériau de densité choisie afin de s'appliquer sur la partie fixe ou la face correspondante, lorsque la chambre est remplie de fluide. Avantageusement, le segment est emboîté par un agencement d'emboîtement comportant au moins une interface verticale. Ces segments, outre leur rôle d'étanchéité, jouent également une fonction de rattrapage de jeu d'usure. En effet, selon l'art antérieur, le mouvement oscillant du piston se fait par son glissement sur les parties fixes de la chambre et, au bout d'une certaine durée de vie, une usure s'opère sur le piston au niveau des faces glissantes, ce qui augmente le jeu entre faces et partie fixes et les fuites préjudiciables à la précision de mesure de la chambre. Grâce à l'agencement des segments emboîtés, le jeu vertical et donc la fuite restent constants durant la durée de vie de l'appareil. L'invention permet donc d'augmenter la précision de la chambre et sa durée de vie. Selon un premier mode de réalisation, la face est l'extrémité supérieure du piston, la partie fixe est le couvercle et le matériau est de densité inférieure à la densité du fluide. Selon un deuxième mode de réalisation, dans le cas d'un compteur, dont le fond comporte un cylindre inférieur, de diamètre inférieur à celui de la chambre, centré sur l'axe de la chambre et dont le piston comporte à mihauteur une paroi plane perforée de trous, la face est la face inférieure de la paroi plane du piston, la partie fixe est le cylindre inférieur et le matériau est de densité inférieure à la densité du fluide. Selon un troisième mode de réalisation, la face est l'extrémité inférieure du piston, la partie fixe est le fond et le matériau est de densité supérieure à la densité du fluide. Selon un quatrième mode de réalisation, dans le cas d'un compteur dont le couvercle comporte un cylindre supérieur, de diamètre inférieur à celui de la chambre, centré sur l'axe de la chambre et dont le piston comporte à mi-hauteur une paroi plane perforée de trous, la face est la face supérieure de la paroi plane du piston, la partie fixe est le cylindre supérieur et le matériau est de densité supérieur à la densité du fluide. Avantageusement, lesdits segments sont annulaires. Dans le cas d'un compteur d'eau, le matériau de densité inférieure à la densité de l'eau peut être choisi parmi le polypropylène ou le polyméthyle pentène et le matériau de densité supérieure à la densité de l'eau peut être choisi parmi des composés de matrice constituée de polystyrènes ou de polyamides chargée de PTFE, de graphite, d'huiles minérales ou d'huiles végétales. Compte tenu du volume relativement faible des segments d'étanchéité, des matériaux nobles relativement coûteux peuvent être utilisés pour ces segments, en particulier pour le matériau de densité supérieure à la densité de l'eau qui supporte le poids du piston et doit présenter un bon comportement au glissement. De préférence, lesdites faces sont perpendiculaires à l'axe de la chambre. L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 3 est une vue en coupe schématique d'une boîte mesurante conforme à l'invention, en service remplie d'eau, selon une première variante. La figure 4 est une vue en coupe schématique d'une boîte mesurante conforme à l'invention, en service remplie d'eau, selon une seconde variante. La figure 5 représente trois variantes de segments conformes à l'invention. Comme représenté sur les figures 3 et 4, l'invention concerne un compteur volumétrique de fluide du type à piston oscillant comprenant une chambre cylindrique 30 comportant une paroi latérale 2, un fond 1 et un couvercle 3, ainsi qu'un piston 11 de forme cylindrique disposé de façon excentrique et guidé cinématiquement dans la chambre 30, le piston 11 effectuant un mouvement oscillant dans la chambre 30 sous l'action du déplacement d'un volume de fluide et présentant des faces glissantes sur des parties fixes de la chambre 30. Le fond 1 comporte un cylindre inférieur 4 et le couvercle 3 un cylindre supérieur 5, ces cylindres étant de diamètre inférieur à celui de la chambre et centrés sur l'axe de la chambre 30. Le piston 11 comporte à mi-hauteur une paroi plane 12 perforée de trous. Dans les chambres de ce type connues, le piston 11 est en un matériau de densité supérieure à la densité du fluide, en particulier de l'eau. Selon l'invention, un dispositif d'étanchéité est intercalé entre au moins l'une des faces glissantes du piston 11 et la partie fixe correspondante de la chambre 30. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, le matériau constituant le piston 11 est de densité supérieure à 1, les faces glissantes sont l'extrémité supérieure du piston et la face supérieure de la paroi plane 12 du piston, et les parties fixes correspondantes de la chambre 30 sont respectivement le couvercle 3 et le cylindre supérieur 5. Le dispositif d'étanchéité 40A est constitué d'un segment emboîté dans la face d'extrémité supérieure du piston 11A, clairement visible sur la figure 1 et perpendiculaire à l'axe de la chambre, et constitué d'un matériau de densité choisie afin de s'appliquer sur le couvercle 3, lorsque la chambre est en service, remplie d'eau. Compte tenu du poids du segment et la poussée d'Archimède engendrée, le matériau doit donc être de densité inférieure à 1. Le dispositif d'étanchéité 40B est constitué d'un segment emboîté dans la face d'extrémité du cylindre supérieur 5 perpendiculaire à l'axe de la chambre et constitué d'un matériau de densité choisie afin de s'appliquer sur la paroi plane 12 du piston, lorsque la chambre est en service, remplie d'eau. Compte tenu du poids du segment et la poussée d'Archimède engendrée, le matériau doit donc être de densité supérieure à 1. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 4, le matériau constituant le piston 11 est de densité inférieure à 1, les faces glissantes sont l'extrémité inférieure du piston 11 et la face inférieure de la paroi plane 12 du piston, et les parties fixes correspondantes de la chambre 30 sont respectivement le fond 1 et le cylindre inférieur 4. Le dispositif d'étanchéité 40C est constitué d'un segment emboîté dans la face d'extrémité inférieure du piston 11B,. visible sur la figure 1 et perpendiculaire à l'axe de la chambre, et constitué d'un matériau de densité choisie afin de s'appliquer sur le fond 1, lorsque la chambre est en service, remplie d'eau. Compte tenu du poids du segment et la poussée d'Archimède engendrée, le matériau doit donc être de densité supérieure à 1. Le dispositif d'étanchéité 40D est constitué d'un segment emboîté dans la face d'extrémité du cylindre inférieur 4 perpendiculaire à l'axe de la chambre et constitué d'un matériau de densité choisie afin de s'appliquer sur la paroi plane 12 du piston, lorsque la chambre est en service, remplie d'eau. Compte tenu du poids du segment et la réaction d'Archimède engendrée, le matériau doit donc être de densité inférieure à 1. Les matériaux composant les segments sont choisis de façon à fournir un bon comportement au glissement tout en étant de densité adéquate. Le matériau de densité inférieure à 1 peut être choisi parmi le polypropylène ou le polyméthyle pentène et le matériau de densité supérieure à 1 peut être choisi parmi des composés de matrice constituée de polystyrènes ou de polyamides chargée de PTFE, de graphite, d'huiles minérales ou d'huiles végétales. Les segments sont d'une seule pièce et disposés sur toute la surface dans laquelle ils sont emboîtés. Ils sont donc annulaires ou partiellement annulaires dans le cas du segment 40A compte tenu de la fente 15 agencée sur le piston. Dans cette description, l'invention se rapporte à un compteur d'eau, mais il va de soi que l'invention s'applique à un compteur de fluide quelconque. De façon générale, la densité des segments est choisie supérieure à la densité du fluide (cas des segments 40B et 40C) ou inférieure à la densité du fluide (cas des segments 40A et 40D). La figure 5 représente en coupe trois variantes de réalisation des segments 40 intercalés entre une face glissante et une partie fixe, en position de fonctionnement du compteur. La face glissante peut être la partie supérieure 41 et la partie fixe la partie inférieure 42 ou inversement, selon la densité du segment 40. Le segment est emboîté dans la partie 42 avec un jeu j prévu entre la partie 42 et le segment 40, en position de fonctionnement. Ceci signifie que lors du dimensionnement du segment, le jeu j est prévu entre la distance entre les deux parties 41 et 42 et l'épaisseur du segment 40. Ce jeu est optimal pour permettre le déplacement relatif des deux parties 41 et 42. Le segment 40 est emboîté par un agencement d'emboîtement comportant au moins une interface verticale I. A cette ou ces interface (s) I, le jeu est constant lors de l'usure du segment et la fuite est donc constante durant la durée de vie de l'appareil. Dans ce sens, l'agencement d'emboîtement joue le rôle de rattrapage de jeu d'usure. L'emboîtement du segment 40 sur la partie 42 a plusieurs fonctions : le maintien mécanique du segment sur celle-ci, un rattrapage du jeu d'usure et une limitation optimale des fuites compte tenu du passage de très petite épaisseur en chicane entre segment 40 et partie 42, en fonctionnement. REVENDICATIONS 1. Compteur volumétrique de fluide du type à piston oscillant comprenant une chambre cylindrique (30) comportant une paroi latérale (2), un fond (1) et un couvercle (3), ainsi qu'un piston (11) de forme cylindrique disposé de façon excentrique et guidé cinématiquement dans la chambre, ledit piston effectuant un mouvement oscillant dans la chambre sous l'action du déplacement d'un volume de fluide et présentant des faces glissantes sur des parties fixes de la chambre, caractérisé en ce qu'un dispositif d'étanchéité est intercalé entre au moins l'une des dites faces et la partie fixe correspondante. 2. Compteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'étanchéité est constitué d'un segment emboîté dans ladite face ou ladite partie fixe et constitué d'un matériau de densité choisie afin de s'appliquer sur ladite partie fixe ou ladite face correspondante, lorsque la chambre est remplie de fluide. 3. Compteur selon la revendication 2, caractérisé en en que ledit segment est emboîté par un agencement d'emboîtement comportant au moins une interface verticale. 4. Compteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite face est l'extrémité supérieure du piston (11), ladite partie fixe est le couvercle (3) et ledit matériau est de densité inférieure à la densité du fluide. 5. Compteur selon la revendication 2 ou 3, dont le fond (1) comporte un cylindre inférieur (4), de diamètre inférieur à celui de la chambre, centré sur l'axe de la chambre et dont le piston (11) comporte à mi- hauteur une paroi plane (12) perforée de trous, caractérisé en ce que ladite face est la face inférieure de ladite paroi plane (12) du piston, ladite partie fixe est ledit cylindre inférieur (4) et ledit matériau est de densité inférieure à la densité du fluide. 6. Compteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite face est l'extrémité inférieure du piston (11), ladite partie fixe est le fond (1) et ledit matériau est de densité supérieure à la densité du fluide. 7. Compteur selon la revendication 2 ou 3, dont le couvercle (3) comporte un cylindre supérieur (5), de diamètre inférieur à celui de la chambre, centré sur l'axe de la chambre et dont le piston (11) comporte à mi- hauteur une paroi plane (12) perforée de trous, caractérisé en ce que ladite face est la face supérieure de ladite paroi plane (12) du piston, ladite partie fixe est ledit cylindre supérieur (5) et ledit matériau est de densité supérieur à la densité du fluide. 8. Compteur selon la revendication 4 ou 7, caractérisé en ce que le matériau constituant le piston 11 est de densité supérieure à la densité du fluide. 9. Compteur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le matériau constituant le piston 11 est de densité inférieure à la densité du fluide. 10. Compteur selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que lesdits segments sont annulaires. 11. Compteur d'eau selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit matériau de densité inférieure à la densité de l'eau est choisi parmi le polypropylène ou le polyméthyle pentène. 12. Compteur d'eau selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit matériau de densité supérieure à la densité de l'eau est choisi parmi des composés de matrice constituée de polystyrènes ou de polyamides chargée de PTFE, de graphite, d'huiles minérales ou d'huiles végétales. 13. Compteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites faces sont perpendiculaires à l'axe de la chambre (30).