FR2532081A1

FR2532081A1 - Method and device for obtaining constant predetermined gas flow rates

Info

Publication number: FR2532081A1
Application number: FR8214304A
Authority: FR
Inventors: Bernard Amiel; Patrick Genou
Original assignee: DUFFOUR ET IGON ETS
Current assignee: DUFFOUR ET IGON ETS
Priority date: 1982-08-18
Filing date: 1982-08-18
Publication date: 1984-02-24
Also published as: FR2532081B1

Abstract

Method for obtaining constant predetermined gas flow rates from a source of gas under an upstream pressure towards an outlet under a downstream pressure, according to which the upstream pressure is held at a constant value greater than double the downstream pressure, and the gas is made to flow along a circuit into which is interposed one of the orifices of a series of calibrated orifices corresponding to the various predetermined flow rates. Flow rate generator for the implementation of this method, comprising an inlet 3 able to be linked to a source of gas at constant pressure S, an outlet 5 and a circuit linking the inlet and the outlet, according to which the circuit comprises a disc D interposed between a body C receiving the inlet 2 and outlet 4 piping and a rotating stopper B, a disc provided with an axial passage 14 communicating with a first piping of the body and calibrated orifices 15 linked to the second piping, the stopper comprising a frontal incision 10 making the axial passage communicate, by rotation, with any one of the orifices. One of the uses anticipated is the supply of operating units.

Description

L'invention a pour objet un procédé pour l'obtention de débits de gaz constants prédéterminés à partir d'une source de gaz sous une pression amont vers une sortie sous une pression aval. Elle a également pour objet un génerateur de débit pour la mise en oeuvre de ce procédé comprenant une entrée apte à etre reliée a une source de gaz à pression constante, une sortie et un circuit reliant l'entrée et la sortie. The subject of the invention is a method for obtaining predetermined constant gas flow rates from a source of gas under an upstream pressure towards an outlet under a downstream pressure. It also relates to a flow generator for the implementation of this process comprising an inlet capable of being connected to a source of gas at constant pressure, an outlet and a circuit connecting the inlet and the outlet.

Jusqu'à ce jour, la mise en oeuvre de débits constants et en particulier de débits constants faibles ne peut se réaliser qu > à l'aide d'appareils qui combinent l'utilisation d'une vanne de réglage et d'un débitmètre. To date, the implementation of constant flow rates and in particular of low constant flow rates can only be achieved using devices which combine the use of an adjustment valve and a flow meter.

Outre leur complexité, ces appareils présentent de nombreux inconvénients.Besides their complexity, these devices have many disadvantages.

Ils nécessitent en effet de procéder à une opération de réglage impliquant la création d'un écoulement, le réglage du débit et le contrôle. They indeed require an adjustment operation involving the creation of a flow, the adjustment of the flow rate and the control.

Ces opérations peuvent être relativement longues et entrainent une perte de temps et une consommation de gaz inopportunes.These operations can be relatively long and lead to an unnecessary waste of time and gas consumption.

D'autre part, des risques d'erreur existent, liés à la précision relative de l'organe de mesure, à sa fiabilité dans le temps et aulx erreurs toujours possibles de l'opérateur. On the other hand, risks of error exist, linked to the relative precision of the measuring device, to its reliability over time and to other possible errors of the operator.

En outre, les appareils existant sont relativement fragiles car ils comportent des pièces délicates telles que des aiguilles ou des pointeaux qui peuvent s'user rapidement et etre détériorées par des manoeuvres manuelles inadaptées telles que serrages exagérés, chocs ou autres. In addition, existing devices are relatively fragile because they include delicate parts such as needles or needles which can wear out quickly and be damaged by unsuitable manual operations such as exaggerated tightening, shocks or others.

Enfin, les appareils connus sont suJets à des déréglages intempestifs, en particulier à la suite d'une manoeuvre accidentelle et ils ne permettent pas de vérifier à l'avance les conditions d'utilisation. Finally, the known devices are subject to untimely misadjustments, in particular following an accidental operation and they do not allow the conditions of use to be checked in advance.

L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et pour ce faire, elle vise un procédé qui se caractérise en c.e que l'on maintient la pression amont absolue a une valeur constante supérieure au double de la pression aval absolue et I 'on fait cirouler:ie ErZ selon un circuit oar lequel on interpose l'un des orifices d'une série d'orifices calibrés correspondant aux divers débits prédéterminés. The object of the invention is to remedy these drawbacks and to do this, it relates to a method which is characterized in that the absolute upstream pressure is maintained at a constant value greater than twice the absolute downstream pressure and I 'on makes circulate: ie ErZ according to a circuit oar which one interposes one of the orifices of a series of calibrated orifices corresponding to the various predetermined flow rates.

Elle a également pour objet un générateur de dé.bit pour la mise en oeuvre de ce procédé qui se caractérise en ce que son circuit comprend un disque interposé entre un corps recevant les tubulures d'entrée et de sortie et un bouchon rotatif, disque pourvu d'un passage axial communiquant avec une première tubulure du corps et des orifices calibrés reliés à la deuxième tubulure, le bouchon comportant une saignée frontale faisant communiquer le passage axial avec, par rotation, l'un quelconque des orifices. It also relates to a flow generator for the implementation of this process which is characterized in that its circuit comprises a disc interposed between a body receiving the inlet and outlet pipes and a rotary plug, disc provided an axial passage communicating with a first tube of the body and calibrated orifices connected to the second tube, the plug having a front groove communicating the axial passage with, by rotation, any one of the orifices.

On sait que le débit d'un gaz à travers un organe déprimogène, tel un circuit contenant un diaphragme, répond à la formule

dans laquelle α et # sont des coefficients dépendant de la géométrie du circuit. We know that the flow of a gas through a pressure-reducing organ, such as a circuit containing a diaphragm, meets the formula

in which α and # are coefficients depending on the geometry of the circuit.

S est la section du diaphragme. S is the section of the diaphragm.

est est la masse volumétrique du gaz, elle--même fonction de la pression et de la température. is is the density of the gas, itself a function of pressure and temperature.

Pi et P2 sont respectivement les pressiors absolues en amont et en aval du diaphmEme. Pi and P2 are respectively the absolute pressiors upstream and downstream of the diaphmEme.

Comme on le voit, dans le cas d'un circuit de même géométrie, pour un meme diaphragme
et un gaz de même nature, le débit est directement fonction des pressions amont et aval, les variatiors de température absolue en conditions d'utilisation norrBles n' ayant que peu d'influence
sur la masse volumique du ErZ. As we can see, in the case of a circuit of the same geometry, for the same diaphragm
and a gas of the same nature, the flow rate is directly a function of the upstream and downstream pressures, the absolute temperature variations under normal conditions of use having little influence.
on the density of ErZ.

En d'autres termes, les pertes de chargé liées aux conditions d'utilisation du diaphragme ont une incidence directe sur le débit et interdisent sa répétabilité. In other words, the load losses linked to the conditions of use of the diaphragm have a direct impact on the flow rate and prevent its repeatability.

Par contre, en régime critique ou sonique, c'est-à-dire lorsque la pression amont absolue est au moins égale au double et de préférence dans la zone du triple de la pression aval absolue, le débit ne dépend que de la pression amont, les fluctuations de la pression aval ne l'influencant pas. En effet, la formule définissant le débit est alors de la forme

dans laquelle g et i sont encore des coefficients dépendant de la géométrie et de la nature du circuit, S la section du diaphragme, P1 la pression absolue amont et T1 la température absolue amont.On the other hand, in critical or sonic regime, that is to say when the absolute upstream pressure is at least twice and preferably in the region of three times the absolute downstream pressure, the flow rate depends only on the upstream pressure , fluctuations in the downstream pressure do not influence it. Indeed, the formula defining the flow is then of the form

in which g and i are still coefficients depending on the geometry and the nature of the circuit, S the diaphragm section, P1 the upstream absolute pressure and T1 the upstream absolute temperature.

Dans ce régime sonique l'incidence des variations de la température est extrêmement faible et, pour un gaz et un circuit déterminés, le débit ne dépend que de la section du diaphragme. In this sonic regime, the incidence of temperature variations is extremely low and, for a given gas and circuit, the flow rate only depends on the section of the diaphragm.

Le procédé et le générateur selon l'invention s'inspirent de ces constatations pour mettre à la disposition des utilisateurs un générateur de débit dans lequel ils pourront, par simple rotation, mettre en oeuvre l'un des orifices calibrés d'un disque rotatif et, pourvu qu'ils disposent en amont d'une source à pression absolue constante supérieure au double de la pression absolue aval d'utilisation. The method and the generator according to the invention are inspired by these observations to provide users with a flow generator in which they can, by simple rotation, use one of the calibrated orifices of a rotating disc and , provided that they have upstream a source with constant absolute pressure greater than twice the absolute pressure downstream of use.

Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les orifices calibrés débouchent tous dans une gorge annulaire du corps reliée à la deuxième tubulure. Cette disposition aboutit à plus de simplicité pour le circuit du gaz, puisque cette gorge annulaire permet de relier tous les orifices calibrés à une seule~et meme tubulure. In an advantageous embodiment of the invention, the calibrated orifices all open into an annular groove in the body connected to the second tube. This arrangement results in more simplicity for the gas circuit, since this annular groove makes it possible to connect all the calibrated orifices to a single ~ and same tubing.

Avantageusement, la première tubulure est reliée à l'entrée et la deuxième à la sortie. On dispose ainsi d'un générateur dont l'entrée est axiale et la sortie radiale. Advantageously, the first tube is connected to the inlet and the second to the outlet. There is thus a generator whose inlet is axial and the outlet radial.

Selon encore un perfèctionnement entrant dans le cadre de l'invention, le bouchon est pressé contre le disque par un organe élastique s'appuyant sur un capot vissé sur le corps, et pourvu de lumières pour la manoeuvre du bouchon. Cette disposition permet de réaliser de façon simple et efficace l'étanchéité de tout le circuit interne-du générateur sans nuire à la facilité de manoeuvre. According to another improvement falling within the scope of the invention, the plug is pressed against the disc by an elastic member resting on a cover screwed onto the body, and provided with lights for the operation of the plug. This arrangement makes it possible to achieve in a simple and effective manner the sealing of the entire internal circuit of the generator without detracting from the ease of operation.

Avantageusement, le.bouchon rotatif est pourvu d'un indicateur de débit constitué de symboles défilant par- rotation devant une lumière du capot. L'opérateur, grace aux symboles qui défilent sous ses yeux obtient ainsi le débit désiré sans le -moindre risque d'erreur. Advantageously, the rotary plug is provided with a flow indicator consisting of symbols scrolling in rotation in front of a light in the cover. The operator, thanks to the symbols which pass before his eyes thus obtains the desired flow without the least risk of error.

Un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une installation pour l'obtention
de débits de gaz constants prédéterminés conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de côté du générateur de débits, - la figure 3 est une vue de face du même générateur, - la figure 4 est une coupe axiale, - la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4, et - la figure 6 représente le disque à orifices calibrés du générateur.An embodiment of the invention is now described by way of nonlimiting example with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a schematic view of an installation for obtaining
of predetermined constant gas flows according to the invention, - Figure 2 is a side view of the flow generator, - Figure 3 is a front view of the same generator, - Figure 4 is an axial section, - the Figure 5 is a section along line VV of Figure 4, and - Figure 6 shows the disk with calibrated orifices of the generator.

Si l'on se réfère tout d'abord à la figure 1, on voit que l'installation comprend, en amont du générateur de débit (G) une source de gaz (S) équipée d'un régulateur. de pression (R) et en aval du générateur de débit (G) un dispositif quelconque d'utilisation du gaz (U). Des canalisations convenables cl et c2 relient la source (S) au générateur (G)'et le générateur (G) à l'utilisation (U). If we refer first to Figure 1, we see that the installation comprises, upstream of the flow generator (G) a gas source (S) equipped with a regulator. pressure (R) and downstream of the flow generator (G) any device for using gas (U). Suitable pipes cl and c2 connect the source (S) to the generator (G) 'and the generator (G) to the use (U).

La figure 2 montre à plus grande échelle le générateur de débit conforme à l'invention, composé essentiellement d'un corps (C), d'un bouchon (B) et d'un capot (K) ainsi que d'un disque (D) illustré à la figure 6. FIG. 2 shows on a larger scale the flow generator according to the invention, essentially composed of a body (C), a plug (B) and a cover (K) as well as a disc ( D) illustrated in Figure 6.

Comme on le voit mieux dans la vue en coupe selon la figure 4, le corps (C) de structure essentiellement cylindrique est fileté en 1 sur sa partie droite selon la figue pour recevoir le capot (K) pourvu d'un filetage interne correspondant. Le corps C est pourvu d'une tubulure intérieure axiale (2) débouchant à l'une de ses extrêmités dans l'embout (3) d'arrivée à filetage externe. Il est également pourvu d'une tubulure de sortie(4)non axiale débouchant dans une cavité filetée intérieurement(5) apte à recevoir lterlbout de la canalisation (c2). Les deux tubulures (2) et (4)
débouchent à leur autre extrémité dans le fond(6) d'un logement qui re çoit successivement le disque (D) et ltextrêmite du bouchon rotatif (B).As best seen in the sectional view according to Figure 4, the body (C) of essentially cylindrical structure is threaded in 1 on its right part according to the fig to receive the cover (K) provided with a corresponding internal thread. The body C is provided with an axial internal tube (2) opening at one of its ends in the end piece (3) with external thread. It is also provided with a non-axial outlet pipe (4) opening into an internally threaded cavity (5) capable of receiving the end of the pipe (c2). The two pipes (2) and (4)
open at their other end into the bottom (6) of a housing which successively receives the disc (D) and the end of the rotary plug (B).

Si la tubulure 2 se termine normalement dans l'axe de l'appareil, par contre la tubulure (4) se termine dans une gorge annulaire 7.If the tubing 2 ends normally in the axis of the device, on the other hand the tubing (4) ends in an annular groove 7.

Le bouchon B est essentiellement constitué d'une portion de moindre diamètre s'introduisant avec interposition d'un joint d'étanchéité 8 dans le logement du corps et d'une portion de plus grand diamètre molletée extérieurement. The plug B essentially consists of a portion of smaller diameter which is introduced with the interposition of a seal 8 in the housing of the body and of a portion of larger diameter which is externally knurled.

Comme on le voit mieux en figure 5 ,la face frontale 9 du bouchon (B) est pourvue d'une saignée radiale (10) s'étendant du centre vers la périphérie. L'autre face du bouchon comporte un logement (11) pour un ressort (12) comprimé par le capot (K). As best seen in Figure 5, the front face 9 of the plug (B) is provided with a radial groove (10) extending from the center to the periphery. The other face of the plug has a housing (11) for a spring (12) compressed by the cover (K).

Entre le fond (6) du logement du corps (C) et la face frontale (9) du bouchon (B) est interposé le disque (D) maintenu en position par une ou plusieurs vis (13). Ce disque (D) illustré en figure 6 est pourvu d'un passage axial (14) et d'une série d'orifices calibrés (15) de section croissante, la plus grande de ces sections étant toutefois nettement inférieure à la section de l'une quelconque des portions du circuit du gaz, à l'intérieur ou à l'extérieur du générateur. Between the bottom (6) of the body housing (C) and the front face (9) of the plug (B) is interposed the disc (D) held in position by one or more screws (13). This disc (D) illustrated in FIG. 6 is provided with an axial passage (14) and a series of calibrated orifices (15) of increasing section, the largest of these sections however being clearly less than the section of the 'Any part of the gas circuit, inside or outside the generator.

Enfin, le capot (K) vissé comme on l'a vu sur le corps (C) comprend une partie cylindrique pourvue de deux ouvertures symétriques (16) et (17) et un fond percé d'une lumière ( 18 ), au niveau de laquelle le bouchon rotatif (B) porte autant de symboles que le disque (D) comporte d'orifices calibrés (15). Finally, the cover (K) screwed as seen on the body (C) comprises a cylindrical part provided with two symmetrical openings (16) and (17) and a bottom pierced with a light (18), at the level of which the rotary plug (B) has as many symbols as the disc (D) has calibrated orifices (15).

On voit que si l'on a réalisé le montage selon la figure 1, le gaz provenant de la source (S) circule d'abord dans l'embout (3) sur lequel est vissée la canalisation (cl) puis dans la tubulure (2), le passage axial (14), la saignée ( 10 ) puis ensuite selon la position du bouchon, à travers l'un des orifices calibrés (15) et de là dans la gorge (7). On notera que pour toute cette partie du circuit, l'étanchéité est réalisée de façon parfaite vers l'extérieur grâce au joint (8) et à l'intérieur du générateur même grâce au ressort (12) qui appuie fermement d'une part le bouchon (B) sur le disque (D) et d'autre part ce disque-(D) sur le fond (6) du logement du corps (C), dans la mesure-où la ou les vis 12 n'y suffisent pas. It can be seen that if the assembly according to FIG. 1 has been carried out, the gas coming from the source (S) first circulates in the nozzle (3) on which the pipe (cl) is screwed then in the tubing ( 2), the axial passage (14), the groove (10) then, depending on the position of the plug, through one of the calibrated orifices (15) and from there into the groove (7). It will be noted that for all this part of the circuit, the sealing is carried out in a perfect way towards the outside thanks to the seal (8) and inside the generator even thanks to the spring (12) which firmly supports on the one hand the plug (B) on the disc (D) and on the other hand this disc - (D) on the bottom (6) of the housing of the body (C), insofar as the screw or screws 12 are not sufficient .

De la gorge (7) le gaz atteint la sortie (5) par la tubulure (4) et enfin l'utilisation (U) par la canalisation c2 dont l'embout est vissé dans la cavité (5). From the groove (7) the gas reaches the outlet (5) through the pipe (4) and finally the use (U) through the pipe c2 whose nozzle is screwed into the cavity (5).

Comme on l'a expliqué plus haut et dans la mesure où le régulateur (R) maintient au sein de la source (S) une pression absolue constante supe- rieure au double de la pression absolue d'utilisation, le débit en aval de -l'appareil n'est conditionné que par lassection de l'orifice calibré choisi, ceci bien entendu pour un gaz déterminé et à une températurc aussi constante que possible. As explained above and insofar as the regulator (R) maintains within the source (S) a constant absolute pressure greater than twice the absolute operating pressure, the flow downstream of - the device is only conditioned by the selection of the chosen calibrated orifice, this of course for a specific gas and at a temperature as constant as possible.

Par rotation du bouchon (B) obtenue à la main grâce au molletage accessible par les orifices 16 et 17, l'opérateur peut choisir l'orifice calibré (15) qu'il désire mettre en oeuvre et qui est celui qui se trouve face å la saignée 10. By rotation of the plug (B) obtained by hand thanks to the knurling accessible by the orifices 16 and 17, the operator can choose the calibrated orifice (15) which he wishes to use and which is the one which is facing å bleeding 10.

Au cours de la rotation, les symboles correspondants portés par le bouchon (B)- défilent devant la lumière (18) du capot (K) et permettent d'obtenir aisément et sans risque d'erreur le positionnement de la saignée et donc le débit désiré. During rotation, the corresponding symbols carried by the plug (B) - scroll past the light (18) of the cover (K) and allow the positioning of the groove and therefore the flow to be obtained easily and without risk of error longed for.

L'opérateur dispose ainsi d'un générateur permettant d'obtenir sans manoeuvre préalable de façon simple et sûre, à la seule condition que la pression amont soit maintenue constante par le régulateur ( R ),tous débits prédéterminés désirés, avec l'assurance que le débit choisi se maintiendra constant. The operator thus has a generator making it possible to obtain, without prior operation, in a simple and safe manner, on the sole condition that the upstream pressure is kept constant by the regulator (R), all desired predetermined flow rates, with the assurance that the chosen flow will remain constant.

Claims

1. Method for obtaining predetermined constant gas flow rates from a gas source under upstream pressure to an outlet under downstream pressure, which is characterized in that the absolute upstream pressure is maintained at a constant value greater than twice the absolute downstream pressure and the gas is circulated in a circuit in which one of the orifices is interposed in a series of calibrated orifices corresponding to the various predetermined flow rates.

2. Flow generator for implementing the method according to claim i. comprising an inlet (3) capable of being connected to a source of gas at constant pressure (S), an outlet (5) and a circuit connecting the inlet and the outlet, characterized in that the circuit comprises a disc ( D) interposed between a body (C) receiving the inlet (2) and outlet (4) pipes and a rotary plug (B), disc provided with an axial passage (14) communicating with a first body pipe and calibrated orifices (15) connected to the second tube, the plug having a front groove (10) communicating the axial passage with, by rotation, any one of the orifices.

3. Flow generator according to claim 1, characterized in that the calibrated orifices (15) all open into an annular groove (7) of the body connected to the second tube.

4. Generator according to claim 2 or claim 3, characterized in that the first tube (2) is connected to the inlet (3) and the second (4) to the outlet (5).

5. Generator according to one of claims 2 to 4, characterized in that the plug (B) is pressed against the disc (C) by an elastic member (12) resting on a cover (K) screwed onto the body (C) and provided with lights (16, 17) for the operation of the plug.

6. Generator according to claim 4, characterized in that the rotary plug (B) is provided with a flow indicator consisting of symbols scrolling by rotation in front of a light (18) of the cover (K).