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Installation pour la mesure des volumes de gaz passant dans une conduite .
La présente invention concerna un ensemble d'appareils applicables à la mesure des volumes de gaz passant dans une conduite et susceptible d'être employés notamment dans les Usines Métallurgiques, les Hauts-Fourneaux, les Aciéries,etc...
Cet ensemble constitue une installation volumetrique re- présentée partiellement en coupe figure 1 et comprend dans ses parties essentielles :
1 Compteur principal A qui est semblable à un ventila- teur positif du genre ROOTS ou dérivé et possède deux pistons rotatifs P et p' de profil spécial tournant dans des sens oppo- @
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sés autour de deux axes parallèles p et p'.
1 petit compteur sec ou hydraulique B au modèle employé comme conteur de consommation.
1 Régulateur de pression différentiel C représente à plus grande échelle en coupe sur la figure 2.
1 mouvement différentiel D en liaison avec un totali- sateur T.
I Clapet réducteur E intercalé dans la canalisation d'entrée du gaz.
Le compteur principal A fonctionne comme un récepteur dont .Les chambres de mesurage ont une capacité invariable ; cet appareil se suffirait à lui-même si l'étanchéité était rigou- reuse entre les pistons rotatifs P P' et l'enveloppe; cette étanchéité est impossible à réaliser, en pratique, parce que les organes mobiles doivent tourner très librement pour n'op- poser qu'une faible résistance au passage du gaz. Il faut donc ménager un certain jeu pour éviter tout frottement autre que celui des arbres des pistons dans leurs paliers. (Pour réduire ce frottement dans toute la mesure du possible, ces paliers sont à roulements à billes.) Le jeu laisse passer une certaine partie de gaz qui n'est pas mesurée.
L'expérience montre que le volume du gaz passant directement est constant quelle que soit la vitesse des organes rotatifs et dépend seulement du jeu, de la différence des pressions d'entrée et de sortie et, enfin) du poids spécifique du gaz mesuré.
Il s'ensuit que, pour obtenir un mesurage exact, il fau- drait ajouter au nombre de tours n qui correspond au volume théorique du compteur principal, un nombre de tours n' fonc- tion des trois facteurs mentionnés ci-dessus, c'est précisément le rôle que remplissent les appareils accessoires dont le fonc- @
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tionnement est décrit ci-après.
Le petit compteur B est branché en dérivation sur les tubulures d'entrée et de sortie du compteur principal au moyen de tuyaux t et t'.
Sur le tuyau t' se trouve intercalé le régulateur dif- férantiel C lui-même suivi d'une valve de réglage V qui, au moment de l'étalonnage de l'ensemble, permet de faire varier le débit du gaz passant dans cette dérivation et, par suite, la vitesse du petit compteur B.
Le régulateur différentiel 0 (figures 1 et 2) se compo- se d'une petite cloche f équilibrée à zéro par un contrepeids g ; le dessus de la cloche est en communication par un tuyau t" avec la conduite d'entrée en aval du clapet réducteur E.
Le dessous de la cloche f communique avec la conduite t' en amont de la valve de réglage V. La cloche f prend toujours une position d'équilibre telle que la pression à l'entrée de la valve V sclt précisément égale à la pression d'entres du compteur principal; il s'ensuit que, pour une section d'ouverture déter- minée de cette valve V, le débit de la dérivation et, par sui- te, la vitesse du compteur B dépendent seulement de la chute de pression due au compteur principal et de la densité du fluide.
On voit ainsi que le débit dans cette dérivation reste toujours proportionnel au volume de gaz qui passe directement dans le compteur principal sans être mesuré.
Le clapet réducteur E a pour but de créer quel que soit le débit une légère perte de charge constante d'environ 10m/m d'eau, qui permet non seulement de vaincre la résistance du compteur B laquelle varie de 2 à 5 m/m d'eau environ suivant sa, vitesse, mais de disposer également d'un léger excédent de pression à l'entrée du régulateur différentiel de manière que
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ce dernier puisse fonctionner normalement.
Le mouvement différentiel D se compose de deux roues planétaires r et r' et de deux satellites s et s .
La roue r est actionnée mécaniquement par le compteur principal, la roue r est actionnée mécaniquement par le petit compteur B et de telle manière que son action s'exerce dans le même sens que celle de la roue r.
Les satellites sont montes sur l'arbre de la minuterie de sorte que cette dernière est actionnée à une vitesse qui est elle-même égale à la demi-somme des vitesses des deux roues planétaires, en donnant par conséquent des indications qui correspondant au volume réel passant dans la conduite de gaz.
L'absorption de pression dans la compteur principal est la résultante de deux facteurs principaux.
1 ) frottement mécanique des arbres dans les paliers.
2 ) frottement des molécules gazeuses dans l'intérieur de l'appareil.
Le premier terme qui est le plus important dépend lui- même de deux autres facteurs qui sont le poids des organes mobiles et le coefficient de frottement. Or, le poids est canstent et le coefficient de frottement peut être considéré comme pratiquement invariable dans les limites adoptées pour la .vitesse de rotation de ces appareils*-
Quant au deuxième terme, il peut être considéré comme négligeable, attendu que les sections de passage sont relati- vement énormes et ne donnera lieu à aucune perte de charge sen- sible.
Comme conclusion , on peut, sans grande erreur, poser en
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principe que, pour un appareil et un fluide déterminés, et en se plaçant dans les conditions ordinaires de la pratique, le volume de gaz passant directement présente une valeur in- variable; il s'en suit que la roue planétaire r du mouvement différential pourrait être actionnée soit par un mouvement d'horlogerie, soit par un petit moteur électrique synchrone M comme représenté figure 3. sur la ligne d'alimentation de ce petit moteur serait placé un interrupteur de courant I se composant lui-même d'une clocha différentielle h soumise par en bas à la pression d'en- trée et par en haut à celle de sortie du compteur principal et baignant dans une garde de mercure H reliée à l'arrivée du courant.
Le couvercle isolé électriquement du corps de l' inter- rupteur serait pourvu d'une borne de départ de courant.
En fonctionnement normal, cette cloche serait poussée par la pression différentielle à fond de course supérieur en laissant passer librement le courant.
Dès que le courant gazeux cesserait de passer dans la compteur principal} la cloche s'abaisserait et, en coupant le courant électrique, arrêterait le moteur électrique synchrone.
Le but de cet interrupteur serait d'éviter automatiquement que la roue planétaire r'ne continue à tourner et à enregis- trer du volume, lorsque le compteur principal est lui-même à l'arrêt.
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Installation for measuring the volumes of gas passing through a pipe.
The present invention relates to a set of devices applicable to the measurement of the volumes of gas passing through a pipe and likely to be used in particular in Metallurgical factories, Blast Furnaces, Steelworks, etc ...
This assembly constitutes a volumetric installation shown partially in section in Figure 1 and comprises in its essential parts:
1 Main meter A which is similar to a positive fan of the ROOTS or derivative type and has two rotary pistons P and p 'of special profile rotating in opposite directions.
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sés around two parallel axes p and p '.
1 small dry or hydraulic meter B to the model used as consumption storyteller.
1 Differential pressure regulator C is shown on a larger scale in section in Figure 2.
1 differential movement D in conjunction with a totalizer T.
I Reducing valve E inserted in the gas inlet pipe.
The main counter A functions as a receiver whose metering chambers have an invariable capacity; this apparatus would be sufficient on its own if the seal was rigorous between the rotary pistons P P 'and the casing; this sealing is impossible to achieve, in practice, because the movable members must turn very freely in order to offer only low resistance to the passage of gas. It is therefore necessary to provide a certain clearance to avoid any friction other than that of the piston shafts in their bearings. (To reduce this friction as much as possible, these bearings are ball bearings.) The clearance allows some gas to pass through which is not measured.
Experience shows that the volume of the gas passing directly is constant whatever the speed of the rotating members and depends only on the clearance, the difference in inlet and outlet pressures and, finally) on the specific weight of the gas measured.
It follows that, in order to obtain an exact measurement, it would be necessary to add to the number of revolutions n which corresponds to the theoretical volume of the main counter, a number of revolutions n 'depending on the three factors mentioned above, c' is precisely the role fulfilled by accessory devices whose function @
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operation is described below.
The small meter B is branched off from the inlet and outlet pipes of the main meter by means of pipes t and t '.
On the pipe t 'is interposed the differential regulator C itself followed by an adjustment valve V which, at the time of the calibration of the assembly, makes it possible to vary the flow of gas passing through this bypass. and, consequently, the speed of the small counter B.
The differential regulator 0 (figures 1 and 2) consists of a small bell f balanced to zero by a counterweight g; the top of the bell is in communication by a pipe t "with the inlet pipe downstream of the reducing valve E.
The underside of the bell f communicates with the pipe t 'upstream of the adjustment valve V. The bell f always assumes an equilibrium position such that the pressure at the inlet of the valve V is precisely equal to the pressure d 'main meter inputs; it follows that, for a determined opening section of this valve V, the flow rate of the bypass and, consequently, the speed of the meter B depend only on the pressure drop due to the main meter and on the density of the fluid.
It can thus be seen that the flow rate in this bypass always remains proportional to the volume of gas which passes directly into the main meter without being measured.
The purpose of the reducing valve E is to create, whatever the flow, a slight constant pressure drop of about 10 m / m of water, which not only makes it possible to overcome the resistance of the meter B which varies from 2 to 5 m / m water depending on its speed, but also have a slight excess of pressure at the inlet of the differential regulator so that
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the latter can function normally.
The differential movement D is made up of two planetary wheels r and r 'and two satellites s and s.
The wheel r is actuated mechanically by the main counter, the wheel r is actuated mechanically by the small counter B and in such a way that its action is exerted in the same direction as that of the wheel r.
The satellites are mounted on the shaft of the timer so that the latter is operated at a speed which is itself equal to the half-sum of the speeds of the two planetary wheels, thus giving indications which correspond to the actual volume passing through the gas line.
The pressure absorption in the main meter is the result of two main factors.
1) mechanical friction of the shafts in the bearings.
2) friction of gas molecules in the interior of the device.
The first term, which is the most important, itself depends on two other factors, which are the weight of the moving parts and the coefficient of friction. However, the weight is constant and the coefficient of friction can be considered as practically invariable within the limits adopted for the speed of rotation of these devices * -
As for the second term, it can be considered as negligible, since the passage sections are relatively enormous and will not give rise to any appreciable pressure drop.
As a conclusion, we can, without great error, pose
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principle that, for a given device and a given fluid, and taking into account ordinary conditions of practice, the volume of gas passing directly presents an invariable value; it follows that the planetary wheel r of the differential movement could be actuated either by a clockwork movement or by a small synchronous electric motor M as shown in figure 3. on the supply line of this small motor would be placed a current switch I itself consisting of a differential bell h subjected from below to the input pressure and from above to the output pressure of the main meter and bathed in a mercury guard H connected to the arrival of current.
The electrically insulated cover of the switch body would be provided with a current starting terminal.
In normal operation, this bell would be pushed by the differential pressure to the upper end of travel, allowing the current to flow freely.
As soon as the gas current ceases to pass through the main meter} the bell would lower and, cutting off the electric current, would stop the synchronous electric motor.
The purpose of this switch would be to automatically prevent the planetary wheel from continuing to rotate and register volume, when the main meter itself is stopped.