Compteur à moulinet
La présente invention a pour objet un compteur à moulinet pour la mesure des volumes de fluide écoulés dans un circuit de distribution.
Les compteurs à moulinet classiques sont composés habituellement des différents organes suivants a) Une enveloppe tubulaire limitée intérieurement
par une surface cylindrique, et parcourue suivant
la direction de son axe par le fluide dont on
veut mesurer le débit volumique; b) Un stabilisateur de l'écoulement du fluide dans
cette enveloppe, composé par exemple de palettes
fixes pour imprimer au fluide entrant dans l'ap
pareil un mouvement de rotation dans une direc
tion fixe par rapport à l'axe dudit appareil, quel
que soit le débit du fluide;
c) Un organe de mesure comprenant un moulinet
de masse négligeable, pouvant tourner librement
autour de l'axe général de l'appareil, et composé
d'un moyeu plein et de palettes réparties à la
périphérie de celui-ci, remplissant tout l'espace
libre entre ledit moyeu et l'enveloppe, au jeu
mécanique près.
Dans ces compteurs à moulinet classiques, les palettes du moulinet ont une forme appropriée telle que, pour une vitesse axiale donnée du fluide dans l'enveloppe, et pour une vitesse de rotation donnée du moulinet, les molécules de fluide ne soient pas déviées par les palettes de la trajectoire qui leur a été imposée par le stabilisateur ; autrement dit, la puissance recueillie par le moulinet dans ce cas est nulle, et ledit moulinet suit constamment et parfaitement l'action du fluide, ce qui veut dire que la dérive du moulinet par rapport au fluide est nulle; la vitesse de rotation du moulinet est alors proportionnelle à la vitesse du fluide et à son débit; dans ce cas, un compte-tours entraîné par l'axe du moulinet peut intégrer le débit de fluide par rapport au temps, et indiquer directement les volumes de fluide écoulés.
En pratique, la puissance fournie par le fluide au moulinet ne peut pas tre globalement nulle, en raison des frottements mécaniques, et de la puissance nécessaire à l'actionnement du compte-tours; la vitesse de rotation du moulinet est donc toujours inférieure à la vitesse théorique correspondant à une puissance recueillie nulle, et par suite, la mesure donnée par les compteurs à moulinet classiques, ne peut jamais tre absolue; on peut corriger les indications de l'organe de mesure en tenant compte de la puissance à fournir dans l'étalonnage des compteurs, mais ceci limite la précision de la mesure aux faibles débits, et, comme les frottements varient avec le temps, il faut réétalonner périodiquement les compteurs.
La présente invention permet de remédier à ces inconvénients et de réaliser un compteur à moulinet qui soit un appareil de mesure absolue dont le fonctionnement est basé sur le principe dh rendement maximum de l'organe de mesure.
Le compteur selon l'invention comprend, d'une part, une enveloppe tubulaire, limitée intérieurement par une surface cylindrique, et dans laquelle est disposée, du côté de l'arrivée du fluide dont on veut mesurer le débit volumique, un stabilisateur à palettes hélicoïdales fixes, destiné à imprimer au fluide qui le traverse un mouvement de rotation dans une direction fixe par rapport à l'axe général du compteur, quel que soit le débit de ce fluide et, d'autre part, un organe de mesure comprenant un moulinet monté à rotation libre autour de l'axe général du compteur à la suite dudit stabilisateur, l'axe de ce moulinet entraînant un compte-tours pour l'enregistrement du débit volumique du fluide traversant le compteur;
ledit compteur est caractérisé par le fait que le moulinet est constitué par une turbine à ailettes conformées de façon à pouvoir dévier le fluide de la trajectoire qui lui a été imposée par le stabilisateur et recueillir ainsi une puissance importante aux dépens de ce fluide, ladite turbine étant, en outre, assujettie à un dispositif régulateur comprenant un organe de freinage destiné à créer un couple résistant variable sur la turbine, et un organe placé à l'arrière de ladite turbine pour détecter la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de cette turbine, et régler la variation du couple résistant de l'organe de freinage en fonction de ladite vitesse de rotation résiduelle du fluide pour ramener et maintenir constamment cette vitesse à une valeur nulle, de façon que le compteur fonctionne dans les conditions de rendement maximum de la turbine,
pour lesquelles la vitesse de rotation de celle-ci est proportionnelle au débit volumique du fluide traversant le compteur.
Par ailleurs, le dispositif régulateur peut comporter comme organe détecteur une girouette à ailettes radiales planes, cette girouette commandant un organe de freinage magnétique de la turbine, lequel comprend des aimants permanents destinés à créer un couple de freinage variable sur la turbine, la variation de ce couple de freinage étant réglée par le déplacement desdits aimants par rapport à ladite turbine, déplacement commandé par la girouette par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission et de transformation de mouvement du type à vis et écrou mobile.
Selon une variante, l'organe de freinage est constitué par une pompe volumétrique refoulant un fluide de freinage à travers un orifice d'étranglement réglable, la pompe volumétrique ayant une caractéristique mécanique de forme superposable à celle de la caractéristique mécanique de la turbine lorsque celle-ci fonctionne dans des conditions de rendement maximum, et le dispositif de réglage de l'orifice d'étranglement étant asservi à l'organe détecteur de la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de la turbine pour ramener constamment cette vitesse à une valeur nulle.
En outre, la pompe volumétrique peut tre une pompe à engrenages comprenant deux dents épihypocycloidales entraînées par la turbine, et évoluant à l'intérieur d'un corps de pompe, tandis que le dispositif de réglage de l'orifice d'étranglement comporte un obturateur compensé, sous la forme d'un papillon formant vanne sur le circuit du fluide de freinage à l'intérieur du corps de pompe, cette vanne papillon étant calée sur un axe entraîné par l'organe détecteur, lequel est constitué par une girouette à ailettes radiales planes.
De plus, le corps de pompe peut présenter une voûte semi-cylindrique, située à une distance appropriée de l'une des dents épi-hypocycloidales, tandis qu'une gouttière est disposée symétriquement à ladite voûte, à une distance appropriée de l'autre dent, lesdites dents formant ainsi avec ladite voûte et ladite gouttière des jeux mécaniques.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 représente une vue en perspective en coupe longitudinale de la première forme d'execu- tion;
La fig. 2 est une vue en perspective en coupe longitudinale de la seconde, et
la fig. 3 est une coupe suivant III-III de la fig. 2.
La forme d'exécution représentée à la fig. 1 comporte essentiellement une enveloppe 1 cylindrique ouverte à ses extrémités, et pouvant tre raccordée à une canalisation d'arrivée et à une canalisation de départ de fluide, à l'aide de brides de raccordement la-lb.
A l'intérieur de cette enveloppe, du côté de l'arrivée de fluide, est monté un stabilisateur 2, à palettes hélicoïdales fixes 2a, destiné à imprimer un mouvement de rotation au fluide autour de l'axe général de l'appareil, ces palettes étant solidaires d'une part de la paroi intérieure de l'enveloppe et d'autre part d'un carter central 3.
A la suite du stabilisateur est montée une turbine 4 composée d'un moyeu 4a, d'un flasque 4b réalisé en un matériau magnétique et conducteur de l'électricité, et des ailettes 4c portées par ledit moyeu, et remplissant tout l'espace libre entre ce moyeu et l'enveloppe, au jeu mécanique près.
Les ailettes sont dessinées de façon à pouvoir recueillir une puissance importante aux dépens du fluide.
A cet effet, la pente des ailettes, au niveau de leur bord d'attaque, est telle que le fluide les aborde sans choc lorsque la vitesse de rotation de la turbine est la moitié de la composante de rotation de la vitesse du fluide sortant du stabilisateur; de plus, la face concave de chaque ailette est incurvée de telle sorte que la direction du fluide soit modifiée et qu'il quitte la turbine avec une vitesse de rotation nulle lorsque la vitesse de la turbine est celle définie précédemment; en outre, la face convexe de l'ailette est distante de la face concave de l'ailette suivante, de telle sorte que la section de passage du fluide entre les deux ailettes soit constante sur toute la longueur de l'ailette.
L'axe 5 de la turbine tourne dans deux paliers 6, 7 prévus à l'intérieur du carter 3, et il renvoie son mouvement, par un jeu d'engrenages 8-8 a, à un axe 9 porté par des paliers 10-11-12 et entraînant par exemple un compte-tours à l'aide de dispositifs connus.
Les freinages dus aux frottements mécaniques, au niveau des paliers 6, 7, du jeu d'engrenages 8-8a, et du compte-tours, qui sont variables avec la vitesse de rotation de la turbine, mais non réglables, sont complétés par l'action d'un dispositif régulateur, destiné à créer un couple de freinage variable sur la turbine, en fonction de la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de cette turbine.
Ce dispositif comporte une girouette 13, composée d'un moyeu 13a, d'un flasque 13b réalisé en un matériau amagnétique, et d'ailettes radiales, planes 13c, servant d'organe détecteur de la vitesse de rotation du fluide à la sortie de la turbine. L'axe 14 de la girouette tourne dans des paliers 15-16 prévus à l'intérieur d'un carter 17, et il transmet son mouvement avec démultiplication, par l'intermédiaire d'une vis formée par sa portion filetée 14a, à un écrou cylindrique mobile 18, solidarisé à un bloc cylindrique 19, alésé axialement et disposé à l'extérieur du carter 17, par deux tiges 20-21 qui peuvent coulisser librement, sans tourner, dans des orifices ménagés dans la paroi 1 7a dudit carter,
le bloc 19 porte un certain nombre de masses magnétiques 19a à aimantation permanente dont le circuit magnétique se ferme sur une pièce en fer doux 22 fixée sur une embase 23 solidaire du carter 3. Le carter 17 est maintenu en place par des pattes 24 solidarisées à la paroi intérieure de l'enveloppe 1.
En fonctionnement, le fluide dont on désire mesurer le débit se déplace dans l'enceinte 1, dans le sens indiqué par les flèches f, f'. I1 est orienté par le stabilisateur 2 avant de venir attaquer la turbine 4.
L'énergie du fluide, qui a été transformée en force vive par le stabilisateur 2, est récupérée par la turbine 4 et le mouvement du fluide à la sortie de ladite turbine 4 peut se réduire à une translation parallèle à l'axe général de l'appareil, lorsque ce dernier fonctionne dans les conditions de rendement maximum de la turbine. La girouette 13 ne reçoit dans ce cas aucune impulsion et garde une position fixe; par suite, toutes les pièces qui dépendent mécaniquement de la girouette sont immobiles. L'énergie recueillie par la turbine sert partiellement à vaincre les frottements mécaniques et à entraîner l'axe 5 et tous les organes qui sont sous sa dépendance. Le reste de l'énergie disponible sur l'axe 5 de la turbine 4 est dissipé par des courants de Foucault développés dans les pièces métalliques sous l'influence des aimants permanents 19a.
Dans ces conditions de rendement maximum de la turbine, la vitesse de rotation de la turbine 4 est proportionnelle à la vitesse de rotation du fluide à la sortie du stabilisateur 2. Dans le cas représenté à la fig. 1 du dessin où la turbine est du type axial à action pure, la vitesse de rotation de ladite turbine est alors égale à la moitié de la vitesse de rotation du fluide à la sortie du stabilisateur 2.
La mesure de la vitesse de rotation de la turbine donne donc la mesure du débit volumique du fluide.
Dans le cas où le rendement de la turbine n'est pas maximum, le fluide à la sortie de la turbine 4 aura encore une certaine vitesse de rotation qui imprimera un mouvement dans le mme sens que le sien à la girouette 13. Celle-ci entraînera les pièces polaires 19a dans le sens approprié de sorte que la variation du couple de freinage de la turbine modifie la vitesse de rotation de celle-ci et la ramène à tre exactement égale à la moitié de la vitesse de rotation du fluide qui la traverse. Ce n'est que lorsque cette condition est réalisée que la girouette ne reçoit plus aucune impulsion.
La forme d'exécution représentée à la fig. 2 comporte une enveloppe cylindrique 1' à l'intérieur de laquelle est monté un stabilisateur 2' à palettes hélicoïdales fixes 2'a entretoisant l'enveloppe 1' et un carter central 3'. Une turbine 4' montée à la suite du stabilisateur est composée d'un moyeu 4'a, d'un flasque 4'b et d'ailettes 4'c portées par le moyeu et remplissant tout l'espace libre entre ce moyeu et l'enveloppe, au jeu mécanique près ; l'axe 5' de la turbine est creux et tourne dans deux paliers 6', 7' ménagés respectivement dans le flasque 3'a formant la paroi arrière du carter 3', et dans une cloison transversale intérieure 3'b dudit carter;
cet axe 5' transmet son mouvement, par l'intermédiaire d'un jeu d'engrenages 25, 26, à un axe 27 tourillonnant parallèlement à l'axe de la turbine dans des paliers 28, 29 prévus respectivement dans le flasque 3'a et dans la cloison 3'b du carter 3'. Cet axe 27 est terminé par une vis sans fin 27a entraînant une roue dentée 8'a calée sur l'axe 9' d'un compte-tours.
Le système de freinage de la turbine est constitué par une pompe à engrenages composée de deux dents épi-hypocycloidales 30, 31, la première étant calée sur l'axe 5' de la turbine, et la seconde, calée sur l'axe 27, étant entraînée par cet axe 5' de la turbine par l'intermédiaire de l'engrenage droit 25, 26 qui aura à cet effet un rapport de 1/1, et le mme diamètre primitif que les dents 30, 31. Celles-ci évoluent à l'intérieur d'un corps de pompe délimité par la portion arrière du carter 3', le flasque 3'a et la cloison intérieure 3'b.
Cette pompe à engrenages peut présenter des jeux mécaniques plus forts que les jeux usuels, ces jeux joutant eux-mmes le rôle d'orifice d'étranglement minimum; à cet effet, on a prévu d'une part dans la paroi intérieure du carter 3' une voûte semicylindrique 3'c (fig. 3) ménagée à une distance appropriée de la dent 31, et d'autre part une gouttière 32 disposée symétriquement à la voûte 3'c à une distance appropriée de la dent 30.
L'organe détecteur est constitué par une girouette 13' à pales droites 13'c, montée sur un axe 14' tournant à l'intérieur de l'axe creux 5' de la turbine.
Cette girouette entraîne, par I'intermédiaire in'un train d'engrenages droits 33, 34 un axe 35 sur - lequel est calé un papillon 36 formant vanne sur le circuit du fluide de freinage, et servant au réglage de l'orifice d'étranglement, en dessus de la valeur minimum due aux jeux mécaniques.
Le fluide de freinage est prélevé sur le fluide dont on désire mesurer le débit volumique, par un orifice d'équilibrage 37, et ce fluide est recyclé indéfiniment dans le circuit de freinage.
En fonctionnement, le fluide à mesurer parcourt l'enveloppe 1' suivant la direction de l'axe de celle-ci, dans le sens indiqué par la flèche fi ; il est orienté par le stabilisateur 2' qui lui imprime un mouvement de rotation dans une direction fixe par rapport à l'axe de l'appareil, quel que soit le débit du fluide.
Le fluide orienté, sortant du stabilisateur est dévié de sa trajectoire par la turbine 4' qui recueille ainsi une puissance importante aux dépens de ce fluide; la puissance recueillie par la turbine est maximum lorsque le fluide sort de ladite turbine à une vitesse de rotation nulle. Dans ce cas, le mouvement du fluide à la sortie de la turbine, se réduit à une translation parallèle à l'axe de l'appareil, et la girouette 13' ne recevant aucune impulsion garde alors une position fixe; toutes les pièces dépendant mécaniquement de ladite girouette, notamment le papillon 36, restent immobiles. L'énergie recueillie par la turbine sert à vaincre les frottements mécaniques, à entraîner le compte-tours, et à actionner la pompe à engrenages.
La caractéristique mécanique du système de freinage a alors une forme superposable à celle de la caractéristique mécanique de la turbine. Dans ces conditions de rendement maximum de la turbine, la vitesse de rotation de celle-ci est proportionnelle au débit du fluide à mesurer, et le compte-tours peut alors intégrer le débit de fluide par rapport au temps et indiquer directement les volumes de fluide écoulés.
Dans le cas contraire où le rendement de la turbine n'est pas maximum, le fluide sortant de la turbine aura encore une certaine vitesse de rotation, et il imprimera une rotation dans le mme sens que le sien à la girouette 13'. Celle-ci entraînera le papillon 36 dans le sens approprié pour régler l'orifice d'étranglement de la pompe à engrenages, et par suite le couple de freinage de la turbine, de façon à ramener celle-ci à fonctionner dans les conditions de rendement maximum. Dès que ces conditions sont réalisées, la girouette ne reçoit plus aucune impulsion, le papillon est immobilisé dans une position déterminée et le compteur fonctionne à nouveau comme décrit précédemment.
I1 est à remarquer que l'organe de freinage permet, entre autres avantages, d'élargir l'écart, entre la vitesse minimum et la vitesse maximum de fonctionnement du compteur, dans les conditions de rendement maximum de la turbine, du fait que l'on a donné à la caractéristique mécanique de l'organe de freinage, c'est-à-dire la courbe Cor = f(N) représentant le couple résistant Ca en fonction de la vitesse de rotation N, une forme pratiquement superposable à celle de la caractéristique mécanique de la turbine, c'est-à-dire la courbe CM = F(N) donnant le couple moteur CM en fonction de la vitesse de rotation N, pour une position donnée de l'organe détecteur qui sert au réglage de l'organe de freinage,
position dans laquelle la turbine fonctionne à rendement maximum.
Si cette superposition des caractéristiques mécaniques est exacte à une telle position de l'organe détecteur, le réglage du compteur pourra se faire à toutes les vitesses sans que l'organe détecteur change de position autrement que momentanément pendant les accélérations. Ceci permet d'élargir l'écart entre la vitesse minimum et la vitesse maximum de fonctionnement du compteur, dans les conditions de rendement maximum de la turbine.
Cet organe de freinage est basé sur le principe du passage à travers un orifice d'étranglement réglable d'un fluide comprimé par une pompe volumétrique qui aura une caractéristique mécanique de mme forme que celle de la caractéristique mécanique de la turbine, et le dispositif de réglage de cet orifice d'étranglement est asservi à l'organe détecteur de la vitesse de rotation du fluide à la sortie de la turbine de façon à ramener constamment cette vitesse à une valeur nulle.
La pression élevée qu'est susceptible de fournir une pompe volumétrique permet d'en réduire le débit et, par suite, le volume d'encombrement et, de ce fait, la pompe peut tre logée par exemple dans le moyeu de la turbine.
Pinwheel meter
The present invention relates to a pinwheel meter for measuring the volumes of fluid flowing in a distribution circuit.
Conventional pinwheel meters are usually composed of the following different components a) A tubular casing limited internally
by a cylindrical surface, and traversed according to
the direction of its axis by the fluid of which we
wants to measure volume flow; b) A stabilizer of the fluid flow in
this envelope, composed for example of pallets
fixed to print to the fluid entering the PLC
like a rotational movement in a direction
fixed position with respect to the axis of said apparatus, which
whatever the flow rate of the fluid;
c) A measuring device comprising a current meter
of negligible mass, able to rotate freely
around the general axis of the device, and composed
a solid hub and pallets distributed at the
periphery of it, filling all the space
free between said hub and the casing, at play
mechanical close.
In these conventional pinwheel meters, the pinwheel vanes have an appropriate shape such that, for a given axial speed of the fluid in the casing, and for a given pinwheel rotational speed, the fluid molecules are not deflected by the paddles of the trajectory imposed on them by the stabilizer; in other words, the power collected by the reel in this case is zero, and said reel constantly and perfectly follows the action of the fluid, which means that the drift of the reel with respect to the fluid is zero; the speed of rotation of the reel is then proportional to the speed of the fluid and to its flow rate; in this case, a rev counter driven by the axis of the current meter can integrate the flow of fluid with respect to time, and directly indicate the volumes of fluid that have flowed.
In practice, the power supplied by the fluid to the reel cannot be zero overall, owing to the mechanical friction, and to the power required for actuating the tachometer; the speed of rotation of the current meter is therefore always lower than the theoretical speed corresponding to zero power collected, and consequently, the measurement given by conventional current meter meters can never be absolute; the indications of the measuring device can be corrected by taking into account the power to be supplied in the calibration of the meters, but this limits the accuracy of the measurement at low flow rates, and, as the frictions vary with time, it is necessary periodically recalibrate the counters.
The present invention makes it possible to overcome these drawbacks and to produce a pinwheel meter which is an absolute measuring device the operation of which is based on the principle of maximum efficiency of the measuring member.
The meter according to the invention comprises, on the one hand, a tubular casing, internally limited by a cylindrical surface, and in which is arranged, on the side of the arrival of the fluid whose volume flow is to be measured, a paddle stabilizer fixed helicals, intended to impart to the fluid passing through it a rotational movement in a fixed direction relative to the general axis of the meter, regardless of the flow rate of this fluid and, on the other hand, a measuring device comprising a current meter mounted to rotate freely around the general axis of the meter following said stabilizer, the axis of this meter driving a tachometer for recording the volume flow rate of the fluid passing through the meter;
said meter is characterized in that the current meter is constituted by a turbine with fins shaped so as to be able to deflect the fluid from the trajectory which has been imposed on it by the stabilizer and thus collect a significant power at the expense of this fluid, said turbine being, moreover, subject to a regulating device comprising a braking member intended to create a variable resistive torque on the turbine, and a member placed at the rear of said turbine for detecting the residual speed of rotation of the fluid at the outlet of this turbine, and adjust the variation of the resistive torque of the braking member as a function of said residual rotational speed of the fluid to bring and constantly maintain this speed to a zero value, so that the counter operates under maximum efficiency conditions of the turbine,
for which the speed of rotation of the latter is proportional to the volume flow rate of the fluid passing through the meter.
Furthermore, the regulating device may include as a detecting member a vane with planar radial fins, this vane controlling a magnetic braking member of the turbine, which comprises permanent magnets intended to create a variable braking torque on the turbine, the variation of this braking torque being regulated by the movement of said magnets relative to said turbine, movement controlled by the wind vane by means of a device for transmitting and transforming movement of the screw and movable nut type.
According to a variant, the braking member is constituted by a positive displacement pump delivering a brake fluid through an adjustable throttle orifice, the positive displacement pump having a mechanical characteristic of form superimposable on that of the mechanical characteristic of the turbine when that -ci operates under conditions of maximum efficiency, and the throttle orifice adjustment device being slaved to the device for detecting the residual rotational speed of the fluid at the outlet of the turbine in order to constantly bring this speed to a zero value.
In addition, the positive displacement pump can be a gear pump comprising two epihypocycloidal teeth driven by the turbine, and moving inside a pump body, while the device for adjusting the throttle orifice comprises a shutter. compensated, in the form of a butterfly forming a valve on the brake fluid circuit inside the pump body, this butterfly valve being wedged on an axis driven by the detector member, which consists of a vane with vanes plane radials.
In addition, the pump body may have a semi-cylindrical arch, located at an appropriate distance from one of the epi-hypocycloidal teeth, while a gutter is arranged symmetrically to said arch, at an appropriate distance from the other. tooth, said teeth thus forming with said arch and said gutter mechanical clearances.
The drawing represents, by way of example, two embodiments of the object of the invention.
Fig. 1 is a perspective view in longitudinal section of the first embodiment;
Fig. 2 is a perspective view in longitudinal section of the second, and
fig. 3 is a section along III-III of FIG. 2.
The embodiment shown in FIG. 1 essentially comprises a cylindrical casing 1 open at its ends, and which can be connected to an inlet pipe and to a fluid outlet pipe, using connection flanges la-lb.
Inside this envelope, on the fluid inlet side, is mounted a stabilizer 2, with fixed helical vanes 2a, intended to impart a rotational movement to the fluid around the general axis of the device, these pallets being integral on the one hand with the inner wall of the casing and on the other hand with a central casing 3.
Following the stabilizer is mounted a turbine 4 composed of a hub 4a, a flange 4b made of a magnetic and electrically conductive material, and 4c fins carried by said hub, and filling all the free space between this hub and the casing, except for mechanical play.
The fins are designed so as to be able to collect significant power at the expense of the fluid.
For this purpose, the slope of the fins, at their leading edge, is such that the fluid approaches them without shock when the rotational speed of the turbine is half the rotational component of the speed of the fluid leaving the stabilizer; in addition, the concave face of each fin is curved such that the direction of the fluid is changed and that it leaves the turbine with zero rotational speed when the speed of the turbine is that defined previously; furthermore, the convex face of the fin is distant from the concave face of the following fin, so that the section of passage of the fluid between the two fins is constant over the entire length of the fin.
The axis 5 of the turbine rotates in two bearings 6, 7 provided inside the housing 3, and it returns its movement, by a set of gears 8-8 a, to an axis 9 carried by bearings 10- 11-12 and for example driving a tachometer using known devices.
The braking due to mechanical friction, at the level of the bearings 6, 7, of the set of gears 8-8a, and of the rev counter, which are variable with the speed of rotation of the turbine, but not adjustable, are completed by the the action of a regulating device, intended to create a variable braking torque on the turbine, as a function of the residual rotational speed of the fluid at the outlet of this turbine.
This device comprises a wind vane 13, composed of a hub 13a, a flange 13b made of a non-magnetic material, and radial, plane fins 13c, serving as an organ for detecting the speed of rotation of the fluid at the outlet of the turbine. The axis 14 of the vane rotates in bearings 15-16 provided inside a casing 17, and it transmits its movement with reduction, by means of a screw formed by its threaded portion 14a, to a movable cylindrical nut 18, secured to a cylindrical block 19, axially bored and disposed outside the casing 17, by two rods 20-21 which can slide freely, without turning, in orifices formed in the wall 1 7a of said casing,
the block 19 carries a certain number of magnetic masses 19a with permanent magnetism, the magnetic circuit of which closes on a piece of soft iron 22 fixed on a base 23 integral with the casing 3. The casing 17 is held in place by lugs 24 secured to the inner wall of the enclosure 1.
In operation, the fluid of which it is desired to measure the flow rate moves in the chamber 1, in the direction indicated by the arrows f, f '. I1 is oriented by the stabilizer 2 before coming to attack the turbine 4.
The energy of the fluid, which has been transformed into live force by the stabilizer 2, is recovered by the turbine 4 and the movement of the fluid at the outlet of said turbine 4 can be reduced to a translation parallel to the general axis of the 'apparatus, when the latter operates under the conditions of maximum efficiency of the turbine. In this case, the vane 13 receives no impulse and keeps a fixed position; consequently, all the parts which depend mechanically on the weather vane are immobile. The energy collected by the turbine is partially used to overcome mechanical friction and to drive the axis 5 and all the components that are under its control. The rest of the energy available on the axis 5 of the turbine 4 is dissipated by eddy currents developed in the metal parts under the influence of the permanent magnets 19a.
Under these conditions of maximum efficiency of the turbine, the speed of rotation of the turbine 4 is proportional to the speed of rotation of the fluid at the outlet of the stabilizer 2. In the case shown in FIG. 1 of the drawing where the turbine is of the axial type with pure action, the speed of rotation of said turbine is then equal to half the speed of rotation of the fluid at the outlet of the stabilizer 2.
The measurement of the speed of rotation of the turbine therefore gives the measurement of the volume flow rate of the fluid.
In the case where the efficiency of the turbine is not maximum, the fluid at the outlet of the turbine 4 will still have a certain speed of rotation which will impart a movement in the same direction as its own to the wind vane 13. The latter will drive the pole pieces 19a in the appropriate direction so that the variation of the braking torque of the turbine modifies the speed of rotation of the latter and brings it back to be exactly equal to half the speed of rotation of the fluid passing through it . It is only when this condition is fulfilled that the vane no longer receives any impulse.
The embodiment shown in FIG. 2 comprises a cylindrical casing 1 'inside which is mounted a stabilizer 2' with fixed helical vanes 2'a bracing the casing 1 'and a central casing 3'. A turbine 4 'mounted after the stabilizer is composed of a hub 4'a, a flange 4'b and fins 4'c carried by the hub and filling all the free space between this hub and the envelope, except for mechanical play; the axis 5 ′ of the turbine is hollow and rotates in two bearings 6 ′, 7 ′ formed respectively in the flange 3 ′ a forming the rear wall of the housing 3 ′, and in an internal transverse partition 3 ′ b of said housing;
this axis 5 'transmits its movement, by means of a set of gears 25, 26, to an axis 27 journaling parallel to the axis of the turbine in bearings 28, 29 respectively provided in the flange 3'a and in the partition 3'b of the casing 3 '. This axis 27 is terminated by a worm 27a driving a toothed wheel 8'a wedged on the axis 9 'of a tachometer.
The turbine braking system consists of a gear pump made up of two epi-hypocycloidal teeth 30, 31, the first being wedged on the axis 5 'of the turbine, and the second, wedged on the axis 27, being driven by this axis 5 'of the turbine by means of the spur gear 25, 26 which will have a ratio of 1/1 for this purpose, and the same pitch diameter as the teeth 30, 31. These evolve inside a pump body delimited by the rear portion of the casing 3 ', the flange 3'a and the internal partition 3'b.
This gear pump can have stronger mechanical clearances than the usual clearances, these clearances themselves adding the role of minimum throttle orifice; for this purpose, there is provided on the one hand in the inner wall of the casing 3 'a semicylindrical vault 3'c (fig. 3) provided at an appropriate distance from the tooth 31, and on the other hand a gutter 32 arranged symmetrically to the arch 3'c at an appropriate distance from tooth 30.
The detector member consists of a wind vane 13 ′ with straight blades 13 ′ c, mounted on a shaft 14 ′ rotating inside the hollow shaft 5 ′ of the turbine.
This vane drives, via a spur gear train 33, 34 an axis 35 on which is wedged a butterfly valve 36 forming a valve on the brake fluid circuit, and serving to adjust the orifice of the brake fluid. throttling, above the minimum value due to mechanical play.
The braking fluid is taken from the fluid whose volume flow is to be measured, through a balancing orifice 37, and this fluid is recycled indefinitely in the braking circuit.
In operation, the fluid to be measured travels through the casing 1 'in the direction of the axis thereof, in the direction indicated by the arrow fi; it is oriented by the stabilizer 2 'which gives it a rotational movement in a fixed direction relative to the axis of the device, regardless of the flow rate of the fluid.
The oriented fluid leaving the stabilizer is diverted from its path by the turbine 4 'which thus collects a significant power at the expense of this fluid; the power collected by the turbine is maximum when the fluid leaves said turbine at zero rotational speed. In this case, the movement of the fluid at the outlet of the turbine is reduced to a translation parallel to the axis of the device, and the vane 13 'receiving no impulse then keeps a fixed position; all the parts mechanically dependent on said vane, in particular the butterfly 36, remain stationary. The energy collected by the turbine is used to overcome mechanical friction, to drive the tachometer, and to operate the gear pump.
The mechanical characteristic of the braking system then has a shape which can be superimposed on that of the mechanical characteristic of the turbine. Under these conditions of maximum efficiency of the turbine, the speed of rotation of the latter is proportional to the flow rate of the fluid to be measured, and the tachometer can then integrate the flow rate of fluid with respect to time and directly indicate the volumes of fluid. elapsed.
In the opposite case where the efficiency of the turbine is not maximum, the fluid leaving the turbine will still have a certain speed of rotation, and it will impart a rotation in the same direction as its own to the vane 13 ′. This will drive the butterfly 36 in the appropriate direction to adjust the throttle orifice of the gear pump, and consequently the braking torque of the turbine, so as to bring the latter back to operating under efficiency conditions. maximum. As soon as these conditions are met, the wind vane no longer receives any impulse, the throttle is immobilized in a determined position and the counter operates again as described previously.
It should be noted that the braking member makes it possible, among other advantages, to widen the difference between the minimum speed and the maximum operating speed of the meter, under the conditions of maximum efficiency of the turbine, because the 'the mechanical characteristic of the braking member, that is to say the curve Cor = f (N) representing the resistive torque Ca as a function of the speed of rotation N, has been given a shape which can be practically superimposed on that of the mechanical characteristic of the turbine, i.e. the curve CM = F (N) giving the motor torque CM as a function of the speed of rotation N, for a given position of the detector member which is used for adjustment the braking device,
position in which the turbine operates at maximum efficiency.
If this superposition of the mechanical characteristics is exact at such a position of the detector member, the counter can be adjusted at all speeds without the detector member changing position other than momentarily during acceleration. This makes it possible to widen the difference between the minimum speed and the maximum operating speed of the meter, under the conditions of maximum efficiency of the turbine.
This braking member is based on the principle of passing through an adjustable throttle orifice of a fluid compressed by a positive displacement pump which will have a mechanical characteristic of the same form as that of the mechanical characteristic of the turbine, and the control device. adjustment of this throttle orifice is slaved to the member for detecting the speed of rotation of the fluid at the outlet of the turbine so as to constantly bring this speed to a zero value.
The high pressure that a positive-displacement pump can provide makes it possible to reduce its flow rate and, consequently, the bulk volume and, therefore, the pump can be housed for example in the hub of the turbine.