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Dispositif pour le mesurage des vitesses de flux.
On sait que le mesurage volumétrique au moyen d'orifices d'écoulement (tuyères, diaphragmes, trompes de Venturi, clapets, etc.) ne donne des résultats sûrs que pour autant que le coeffi- cient possède une grandeur déterminée et constante, ce coefficient est un facteur exprimant le rapport entre la valeur constatée par mesurage et la valeur déterminée par des considérations théoriques de la vitesse de flux ou de la quantité de passage à l'orifice de mesurage ou analogues. La différence entre ces deux valeurs est fonction de l'influence de la viscosité, de la densité et de la vitesse de la matière à mesurer.
Cette influence peut s'expliquer de la forme différente du jet, se trouvant à 1)intérieur et à l'arrière de l'orifice de mesurage (cavitation, contraction du jet), qu'on peut identifier d'ailleurs au moyen d'auxiliaires déterminés. Mais à côté des propriétés de viscosité et de densité, la construction (la forme géométrique) de l'orifice de mesurage joue encore un grand, rôle.
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Pour les raisons précitées, on s'efforce à transporter le mesurage dans des limites de coefficients constants, c'est-à-dire des vitesses d'écoulement à l'orifice de mesurage, auxquelles le dit coefficient est approximativement constant, Pour des raitsons économiques et techniques, cette condition ne peut; être réalisée dans la plupart des cas, surtout pour des inaltérés à .grande viscosité cinématique, comme par exemple l'hydrogène.
Le mesurage au moyen :le la trompe Venturi, de la tuyère de multiplication et autres, est fait dans presque tous les cas dans la région des valeurs? fortement variables, Ceci vaut de même pour tous les compteurs à ailettes ouà hélices (compteurs à un ou à plusieurs jets) , pour les compteurs Woltman et, pour autant qu'il s'agisse de quantités de recul, pour des comptears à piston rotatif et pour d'autres compteurs capsuler. De.3 essais de tuyères et des mesures à bord de barrage, soit pour déterminder la densité ou analogues, soit pour déterminer les quantités;
ont également lieudans la région des valeurs fortement variables ou dans les limites de ces régions.
Mais avec les exigences actuelles à l'exactitude des mesureges, ces circonstances doivent être prises en considération; etant donné que déjà pour des modifications de température et de pression la densité, la viscosité cinématique friction intérieure) avec cela les valeurs et par conséquent les conditions de passage, varient considérablement, ceci ressort clairement du rapport de la puissance de passage Q (c'est-à-dire la quantité de passage par seconde) :
Q- . F.V. où F est la section de passage et v la vitesse de passage.
Si de cette manière la puissance de passage Q doit rester constante, il est nécessaire, des que le coefficient varie, par exemple par suite de variations de températures, que v varie proportionnellement du même montant, mais en sens inverse, Par contre, comme le facteur est seulement fonction de la matière,
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mais ne dépend nullement de la grandeur v, et influence uniquement la grandeur Q, v seul étant la grandeur qui forme la base pour la détermination du volume de passage Q, on obtient des ré.sultats erronés non seulement pour des mesurages basés uniquement sur la détermination de la vitesse (par exemple avec des compteurs à ailettes, à hélices, compteurs Woltman etc.), mais encore la pression effective variant proportionnellement à v2,
pour des mesurages effectués suivant le procédé, de la différence des pressions, par exemple en utilisant des tuyères, des bords de barrage,, des trompes Venturi, des clapets ou autres, comme indicateurs de pression effective, en outre des mesureurs à flotteurs de toutes sortes et des compteurs à flux partiel.
Pour les phénomènes d'écoulement à un orifice de mesurage, le nombre dit " de xeynold " est un critérium, dans lequel toutes les grandeurs d'influences décisives sont résumées ; il exprime la relation où se trouvent les énergies cinétiques ex-is- tant dans un flux par rapport aux énergies de viscosité- existant dans la matière en question. Ces deux groupes d'énergies détermi- nent l'image d'écoulement (la répartition de la vitesse sur la section totale de mesurage, la contraction du jet) à l'orifice de mesurage.
Il existe par conséquent un rapport direct entre le coefficient et le nombre de Reynold, qui permet de reconnai- tre comment la viscosité et la densité, d'un côté et les énergies dynamiques de l'autre côté influencent le coefficient dans un jet sortant de l'orifice de mesurage.
En vue d'éliminer de l'opération des mesurages.la réaction indésirable du coefficient dans la zone des limites ou pour des valeurs inférieures du nombre de Reynold, on a essayé d'atténuer au moins partiellement dans les mesurages à différence de pression au moyen de diaphragmes à arêtes vives, l'influence des grandeurs physiques agissant spécialement sur la contraction du jet, en disposant le point de prise de la basse pression directement dans le plan de la section la plus étroite du diaphragme.
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Même encore pour ces dispositifs connus, il persiste une certaine variabilité du coefficient le dit dispositif supprimant seulement la déformation du jet provoquée par des énergies dynamiques, mais non pas celle fonction des influences de la viscosité.
Comme la,dépendance de ce coefficient du nombre de "Reynold" est pour les tuyères de sens inverse à celle pour les diaphragmes, on a préconisé de créer un orifice de mesurage, agissant en tuyère dans sa première partie traversée et comme diaphragme dans la partie traversée ensuite. Dans ce cas, la tuyère est constituée par une chemise à cône tronqué d'un angle d'ouverture d'environ 1000 et le diaphragme par la surface terminale, adjacente à la pointe du cône tronqué, coupée à angles vifs à ces fins.
De tels dispositifs présentent cependant le grand inconvénient qu'à la moindre souillure, il est obtenu non seulement une forte modification en soi du coefficienté, mais encore une dépendance imprévisible du coefficient é par rapport au nombre de "Reynold", Ainsi les résultats de mesurage sont non seulement faussés dans un sens ou dans l'autre, mais ils sont complètement incontrôlables en général.
On a préconisé de même de compenser 1'influence de la visco- sité variable de l'huile de combustion sur son arrivée au brûleur, en intercalant dans la conduite d'alimentation, entre un réservoir d'huile maintenu sous pression constante et le brûleur' un orifice d'étranglement à arêtes vives, de construction connue, entrant en action réciproque avec la conduite d'alimentation de telle sorte que les pertes de pression variables, naissant dans cette conduite par suite de changements de la viscosité de l'huile de combustion, diminuent la différence de pression à l'orifice d'étranglement lors de chaque augmentation de la viscosité,et augmentent la dite différence lors de chaque diminution.
Ce procédé connu permet seulement de compenser des variations très faibles de la viscosité. Sa possibilité d'emploi reste essentiellement limitée à la question de la régulation de l'amenée des
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liquides à l'intérieur de conduites relativement courtes, par exemple pour l'alimentation de brûleurs à huile, de carburateurs ou autres avec de l'huile de combustion etc., dont les différen- tes marques du commerce varient souvent du point de vue viscosité.
Par contre, il est impossible de compenser de cette manière l'influence de différences plus grandes de viscosité, par exemple lors du passage de l'huile à un autre liquide, De même ce procédé connu ne peut pas être employé pour des mesurages volumétriques du flux, surtout pour les gaz,l'effet compensateur de la condui- te de mesurage étant trop réduit par suite de l'ordre de grandeur des différences de viscosité entrant en jeu dans ces cas.
L'objet de la présente invention ne présente pas les incon- vénients des procédés connus jusqu'à présent. Il consiste en un dispositif, servant à la détermination de la vitesse de flux - (comme pàr exemple des compteurs à différence de pression, des compteurs à jet unique ou à plusieurs jets, des anémomètres, des moulinets à ailettes ou à hélices, des compteurs Woltman, des compteurs à flotteurs, à clapets, etc.) - dans lesquels deux ou plusieurs orifices de-passage (tuyères, trompes Venturi, diaphra- gmes, étrangleurs capillaires) avec un coefficient à dépendan- ce inversement proportionnelle à la viscosité cinématique resp.
au nombre de "Reynold ", sont montés parallèlement, de sorte 'que la coopération des deux orifices produise une compensation du coefficient de passage pour toutes les valeurs du nombre de "Rey- nold".
Au moyen d'un tracé graphique, représentant le coefficient l pour le profil tuyère et',,,,,,2 pour le profil diaphragme en dépendance du nombre de Reynold et du rapport des orifices, il est facile de déterminer le rapport, auquel doivent se trouver 1F1 et 2F2, c'est-à-dire les orifices de passage à caractéris- tique de tuyère et ceux à caractéristique de diaphragme, en vue d'obtenir une compensation complète.
Si, en utilisant une section de passage conforme à l'inven-
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tion, on fait agir le jet sortant directement sur une roue à h lices alors la vitesse de rotation de cette roue est une mesure indépendante de la viscosité pour la vitesse d'écoulement du flux, de même en faisant agir la différence de pression, existant des deux cotés de la section de mesure, sur un compteur à différence
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de pression, ses indications ne sont plus infl.iencéas par les mo- difications de la. viscosité.
Dans tous ces cas, aussi bien pour les tuyères que pour les diaphragmes, les trompes venturi, les tuyères a multiplication, les étrangleurs capillaires et autres, le rapport entre le coeffi-
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cient /ú et le nombre de Iliejri,-1(ill reste maintenu, mcuze dans le cas où une souillure importante de 1'orifice a eu lieu, ces rapports se complémeutant, resp. se co=..;p#nza:- 1 t ,:2.r ::'2. 'Vc-l--,r2ti8n simultanée et le choix exact de la tuyère et du. diaphragme de manière telle que le coe±ìcieni;< reste a.pprsximz:t,1.vc;;,<=-->1 cons- tant pour toutes les valeurs du nombre de "Reynold", C'est exclusivement dans ce genre de liaison ou de montage
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-compound suivant l'invention de la. t-1yé#,e avec le ,ji2.vL',S'.::),;
e ou de la. trompe venturi avec le diaphragme etc., dans lequel ces orjfices de mesurage, présén-uant des caracté:'ist iy.zE.s, oppunées; sont traversés côté à coté par la totalité de la matière à mesurer ou d'un flux partiel de cette matière, qu'une constance suffisante du cofficient é resp. du produit de la section de passade par le
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coe±ìcient /ò est assurée, même lors d'une souillure éventuelle.
Parmi le groupe des orifices de ,;8Su.raè..(-) constitués .:;u,iJ",nt l'invention en partie comme tuyère et en partie comme diaphragme etc,, il faut compter aussi des orifices annulaires, à bord inté-
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rieur en forme de tuyère et à bord extéric,;.r '"D fermj de diaphrag- me ou inversement ; il faut compter au outre des orifices de mesurage, constitués par exemple par un diaphragme, munis dans leur section de mesuraged'une surface de guidage, de plus des plaques munies d'une multitude d'orifices, utilisées en l'espèce comme indicateurs de pression effective ou montées devant des
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roues à ailettes et dont les orifices présentent ou bien le caractère de tuyères, ou bien celui de diaphragmes.
Le progrès du dispositif suivant l'invention consiste dans la certitude d'une stabilité de l'exactitude du mesurage, jamais atteinte jusqu'à présent et ne pouvant être atteinte avec d'autres moyens que ceux préconisés suivant l'invention, même pour des débits très réduits. Même en présence d'une forte souillure, le résultat de mesurage ne perd rien de son utilité, parce qu'une faute éventuelle en résultant reste constante pour tous les nombres de "Reynold". Pour ces raisons, la présente invention permet d'utiliser à volonté le même dispositif de mesurage, sans autre jaugeage, pour les matières les plus différentes et de pouvoir mesurer même de très faibles quantités de débit.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple et d'une manière schématique plusieurs formes d'exécution: fig.l est une section à travers deux orifices de passage à montage parallèle et de caractéristiques-différente, fig.2 est une section à travers un orifice annulaire de passage, à bord intérieur à caractère de tuyère, à bord extérieur à caractère de diaphragme, ainsi qu'à travers une roue à ailette y conjuguée, fig.3 est une forme d'exécution, dans laquelle la compensation est réalisée entre une trompe venturi et un étrangleur disposé dans une déviation et à une 'caractéristique opposée à celle de la trompe, fig.4 montre à titre d'exemple l'application de l'invention dans un compteur Woltman.
Il est expressément'remarqué que les dispositifs suivant les figures 1 et 2 ne représentent qu'une sélection de la multitude des combinaisons possibles, dans lesquelles des orifices sont montés parallèlement resp. sont assemblés suivant l'invention, une de leur partie correspondant à l'une des caractéristiques , l'autre partie correspondant à la caractéristique oppo-
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sée. Il semble inutile de citer en détail et de représenter aux dessins toutes ces possibilités.
La figure 1 représente un orifice de passade 1 en forme de tuyère, monté parallèlement dans une tuyauterie 3, ensemble avec un orifice de passage en forme de diaphragme, Il est encore possible de considérer cette figure comme coupe d'un orifice annulaire réalisé suivant l'invention, dont une partie est a profil de tuyère, l'autre à profil de diaphragme, une cloison de sépara- tion 4 (écran, tube etc.) empêche que les flux à travers les orifices 1 et 2, resp. à travers la partie de l'orifice annulaire à profil de tuyère et à travers celle à profil de diaphragme exercent des influences réciproques et mutuelles. La flèche indique la direction du flux.
Dans l'orifice annulaire de passage, d'une forme d'exécution suivant la figure 2, il est représenté un moulinet à ailettes 5, exposé à la totalité du flux ; son arbre est monté en paliers en 7, dans la paroi munie de l'orifice, et en 8 dans un croisillon ou une traverse. La partie intérieure 10 de l'orifice de passade a la forme d'un corps hydrodynamique (paraboloide de révolution ou analogue), le bord extérieur est à arête vive, identique à un diaphragme.
Un côté de la fente annulaire, c'est-a-dire son bord extérieur 11, se comporte comme un diaphragme par rapport à la valeur son autre côté, c'est-a-dire son bord intérieur (arête d'entrée 10) se comporte comme une tuyère ; il va sans dire qu'on peut prévoir aussi bien l'orifice d'entrée arrondie à la partie 11 et attribuer l'arête vive d'entrée à la partie 10,
En déterminant la différence de pression existant des deux côtés de la section annulaire, ainsi que le volume de passage par le jaugeage, on peut contrôler d'une manière très simple la constance du coefficient d'écoulement pour la totalité de la section annulaire et suivant la déviation positive ou nagative de la valeur , on peut déterminer, pour des valeurs réduites du nom- bre de "Reynold",
le rapport que doivent présenter les parties de
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la section annulaire avec l'un et l'autre profil, resp. dans quelle proportion elles doivent être modifiées, afin de pouvoir atteindre la constance du coefficient .
Par un choix judicieux de ces rapports et des diamètres 12, 13,14, il est possible d'atteindre une compensation complète des erreurs provoquées par des modifications de la viscosité de la matière à mesurer.
La figure 3 représente à titre d'exemple, une forme d'exécution pour une trompe venturi.
Un compteur de débit 102 à organe rotatif de mesurage (un compteur Woltman ou un autre compteur au moulinet, des compteurs à un ou plusieurs jets, des compteurs à piston rotatif et d'autres compteurs capsulés) est relié dans une conduite de déviation 103, 105, d'une manière connue en soi, à une trompe venturi 101. La conduite d'amenée 103 au compteur 102 est déviée de la'partie normale de la conduite 104 en amont du rétrécissement de la trompe Venturi 101, la déviation 105 débouche à la section la plus étroi- te.
On sait que suivant les lois de 1''hydrodynamique, les indications du compteur 102 représentent une mesure pour les quantités totales du débit. Mais suivant les considérations d'introduction, cette règle ne vaut que pour autant que les quantités traversant 102 et 101 ne sont pas influencées par la viscosité cinématique,
En d'autres termes : le coefficient de passage à l'orifice de mesurage doit être constant pour toutes les grandeurs de débit dans les limites mesurées. Si les indications de l'instrument de mesure 102 sont déjà indépendantes des modifications de la viscosité, il suffit, quand les coefficients de passage dans toutes les grandeurs de débit se trouvent entre eux dans un rapport constant déterminé, que les valeurs lors de la modification du nombre de "Reynold" varient proportionnellemerit de la même valeur.
Afin de donner suite à ces considérations, on prévoit suivant l'invention une conduite de déviation 106, déviant à une dis-
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tance suffisante de la trompe Venturi 101, pour retourner derrière cette trompe, resp. à un endroit quelconque du diffuseur à la conduite principale. Cet emplacement est determin avantageusement par des essais de telle sorte que la différence de pression constatée au départ et à la rentrée de la conduite de déviation 106 puisse être considérée d'une manière approximative comme mesure de la vitesse de passage. Un diaphragme 107 est prévu dans la dite conduite de déviation.
Les rapports doivent être cnoisis de manièreque pour une modification du nombre de Reynold la diminution de la valour pour la trompe Venturi 101 soit proportionnelle a l'augmentation de la valeur pour le diaphragme 107 et inversement, de sorte qu'une compensation de l'influence de la viscosité soit atteinte dans le sens de la présente invention.
De même que l'influence du coefficient de passage pour la, trompe Venturi loi a été neutralisée par un monage parallèle de l'orifice de mesurage 107, il est logique qu'on peut, de la¯ même manière, prévoir un orifice 108 (celui-ci caractère de tuyère ou de diaphragme, selon les besoins) monté parallèlement au compteur 102. Par ce dispositif soule ent es cations du compteur 102 constituent une mesure exacte pour a quantité de débit total.
L'orifice d'étranglement 107 peut encore être disposé à l'embouchure de la conduite 106 dans la conduite principale 104, De même, on peut prévoir une disposition dans laquelle l'entrée possède la forme d'un tamis ayant un effet identique à celui d'un bord de barrage.
Un dispositif identique à celui prévu ci-dessus pour la déviation 107 et le compteur 102 peut encore être utilisé, si en remplacement du compteur 102 (ou en combinaison avec celui-ci), on utilise un compteur à différence de pression (tube U.109) Dans ce cas également, les indications du manomètre différentiel sont une mesure exacte pour la grandeur du débit en question,
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étant dans ce cas indépendantes des modifications, de la viscosité de la matière à mesurer. Il va sans dire que le diaphragme 107 peut.être. remplacé par une vanne, possédant approximativement la caractéristique d'un diaphragme. Cette disposition présente Davantage 'qu'on peut disposer d'une manière réglable le rapport d'ouverture 107/101.
La figure 4 présente à titre d'exemple une forme différente de l'application de l'invention pour un compteur Woltman (compteur- à hélices, moulinet à ailettes).
Dans la conduite principale 104, on a monté un compteur Woltman 133 et prévu une déviation 134 avec orifice 135. par rapport à son coefficient de passager , le compteur Woltman se. com- , porte d'une manière identique à celle d'une trompe Venturi. pour ces raisons dans ce cas aussi, il doit être prévu un orifice 135, dont la. valeur. en présence de modifications de la viscosité cinématique, varie d'une manière inversement proportionnelle à celle de la valeur du compteur Woltman.
Si alors, pour une valeur constante- de la grandeur du débit, le coefficient par exemple du compteur Woltman diminue, tandis. que celui du diaphragme 135 dans la déviation augmente, alors, sans que la vitesse totale de passage soit modifiée, les quantités aux deux sections de passage se déplacent réciproquement d'une manière telle que les indications du compteur Woltman soient in- dépendantes des variations de la viscosité.