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COMPTEUR A ROUE DE MESURE POUR LIQUIDES OU GAZ.
La présente invention concerne des compteurs à roue de mesure, pour évaluer par la mesure d'une impulsion les quantités de liquide ou de gaz s'écoulant dans une conduite tubulaire.
Dans ce genre de compteurs, la base de la mesure est., dans la plupart des casa constituée par la proportionnalité entre la vitesse à la- quelle le milieu soumis à la mesure arrive sur la roue de mesure et l'inten- sité de passage ou débit (quantité passant par seconde.) L3impulsion que l' écoulement du milieu soumis à la mesure exerce sur la roue,, varie donc com- me le carré de la vitesse d'écoulement.
Cette loi a toutefois pour conséquence qu'à pourcentage de va- riation égale de la vitesse d'écoulement., les variations d'impulsion sont d' autant plus petites que le débit est plus faible,, et d'autant plus grandes que le débit est plus élevée ceci en proportion quadratique.
Par suite de cette. circonstances due à la nature même du comp- tage par mesure d'impulsion les compteurs du genre sus-nommé -présentent l' inconvénient que leur courbe d'erreur, dans la partie inférieure du domaine de mesure:, sort bien trop tôt, le plus souvent déjà pour des valeurs de l' ordre de 25 à 20% de la charge nominale;
, et avec, une erreur par défaut for- tement progressive, des limites fixées d'après des nécessités d'ordre pratique, cela nécessite en outre l'emploi de dispositifs à structure compliquée pour re- pousser la limite inférieure d'utilisation de ces compteurs jusqu'à environ 10% de leur charge nominaleDe plus, la, densité du milieu soumis à la mesu- re a une influence sur l'impulsion, de sorte que les erreurs de mise au point de la vitesse de rotation augmentent d'autant plus que le milieu soumis à la mesure est plus léger.
Pour les gaz et vapeurs, agit encore,,enfin, la déten- te à la sortie des orifices d'étranglement. qui augmente comme le carré de la vitesse d'écoulement et quia donc;, dans la partie supérieure du domaine de mesure, fait croître progressivement l'impulsion lorsque le débit croît, ce qui fait apparaître une forte erreur par excès
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On a déjà proposé de nombreux moyens pour obtenir la correction de ces erreurs. Ils se sont toutefois tous révélés impropres car ils sont soit très coûteux soit d'une efficacité insuffisante pour remplir les con- ditions qu'on leur pose.
Ce qui précède vaut aussi pour les dispositifs connus dans les- quels la proportionnalité entre la vitesse de rotation de la roue de mesure et le'débit ne repose pas sur la loi exposée plus haut, mais doit être pro- duite à l'aide de dispositifs auxiliaires,, et dans lesquels, par exemple., un flotteur agencé en rotor de turbine sert de roue de mesure,, flotteur qui., se- lon les diverses positions en hauteur qu'il occupe libère des sections de pas- sage de grandeurs différentes.
Il en résulte ainsi d'abord une vitesse de sor- tie approximativement constante pour toutes les charges, et la proportionnali- té entre le débit et la vitesse de rotation doit être obtenue, dans un cas, du fait que le rotor a à vaincre des résistances de fluide de valeurs diffé- rentes dans ses diverses positions en hauteur et dans un autre cas.. par emploi d'un frein à courant de Foucault.
Ces dispositifs ne peuvent conduire à aucun résultat utilisable en pratique., car les lois., aussi bien de l'entraînement que de la résistance,, conduisent à des positions d'équilibre entre ces deux facteurs, qui empêchent d'atteindre la proportionnalité voulue-et,, en outre., lorsque le débit décroîts entraînent une imprécision toujours croissante de la vitesse de rotation résul- tante.
De plus, ces dispositifs sont inutilisables pour Inapplication à des milieux analogues à l'air car, d'une part, les densités déterminantes pour la résistance par freinage ou ventilation sont,,, en chiffres ronds, mille fois plus faibles pour ces milieux que pour l'eau et,, d'autre part, les résis- tances croissent selon le cube de la vitesse de rotation de sorte que pour des compteurs à gaz il résulterait des vitesses de rotation environ dix fois plus grandes par rapport à celles des compteurs de liquides,,, ce qui est inaccepta- ble. du point de vue de la sécurité de service exigible.
La présente invention élimine ces difficultés et permet de cons- truire des compteurs à roue de mesure dont la limite inférieure du domaine de mesure est située aux environs de 2-3% de la charge nominale. Elle concerne également des compteurs à roue de mesure de l'espèce dans laquelle un flotteur agencé à la manière d'un rotor de turbine sert de mesure.,, flotteur qui obture la conduite d'entrée, lorsqu'il occupe sa position la plus basse et libère des sections de passage de grandeurs diverses dans ses diverses positions en hau- teur.
Selon l'invention le rotor de turbine se présente sous la forme d'une cloche aplatie munie sur son pourtour d'aubes dirigées vers le bas,, tan- dis que l'extrémité de la conduite d'entrée coopérant avec ce rotor, porte une couronne d'aubes dirigées vers le haut disposées en regard des aubes du rotor., sur un rayon quelque peu plus courte pour former des aubes directrices et s' engageant plus ou moins profondément dans le flotteur en cloche,, selon la po- sition de ce dernier. La proportionnalité entre la vitesse de rotation du ro- tor et le débit est atteinte du fait que la-direction d'écoulement du milieu soumis à la mesure contre les aubes- du rotor varie selon la position de la cloche du rotor.
On obtient ce-résultat,, sans employer de dispositifs auxiliai- res qui consomment de l'énergie.\) de préférence par vois* cinématique en donnant aux aubes d'au moins l'une des deux couronnes une forme torse par suite de la- quelle les sections d'aubes directrices et d'aubes du rotor situées dans la section de sortie en regard les unes des autres donnent des triangles de vites- ses différents selon les diverses positions en hauteur du flotteur., ladite for- me pouvant être déterminée graphiquement de façon que la vitesse de rotation obtenue pour le rotor soit proportionnelle au débit.
La description qui va suivre en regard du dessin annexés donné à titre d'exemple non limitatif., fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien entendu partie de ladite invention.
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La fig. 1 est une coupe verticale axiale du compteur dont le boî- tier se compose., dans le présent exemples de trois parties 1, 2 et 3 dispo- sées selon le même axe et rigidement reliées'les unes aux autres. La partie inférieure porte la tubulure d'entrée-4, la partie moyenne 2 a une structure en volute à la manière d'un ventilateur ou d'une pompe centrifuge et porte
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la tubulure de sortie 5, indiquée par un cercle sur la moitiél droite de la figure. La figure 2 est une coupe horizontale., à échelle réduites de la par- tie 2 du boîtiers selon la ligne I-I de la figure 1.
La partie supérieure 3 du boîtier forme un couvercle,, en forme de cloche pour la partie moyenne 2. Entre cette dernière et la partie infé=
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rieure le est monté en 6s à l'aide d'une bride, un tube cylindrique 7 dont l'extrémité supérieure 8 est évasée en forme de trompe et porte une., couron- ne d'aubes directrices verticales 9, de même axe que le tube. Une. "douille 11
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fixée à l'aide de nervures radiales 10, dans l'axe du tube cylindrique 7. for- me un palier 12 à collet quiavec un palier analogue 13, prévu dans la partie supérieure 3, assure le guidage de 1 arbre 14 du rotor.
Le support du palier à collet supérieur 13 est constitué par une cloche 16 montée par une bride entre les parties 2 et 3, coaxialement à. ces dernières et munie d'ouvertures de passage 15 pour le milieu soumis à la mesure
La roue de mesure est fixée sur l'arbre 14 à 1-'aide d'un moyeu 17. Elle est constituée par un flotteur agencé en rotor de turbine et ayant la forme d'une cloche aplatie 18, à la paroi extérieure 19 de laquelle sont fixés une couronne périphérique d'aubes 20 dirigées vers le bas et concentri- quement à cette dernière un anneau cylindrique 21 de diamètre un peu plus grande muni à sa partie inférieure d'un rebord en forme de bride 22. A cet anneau correspond un anneau 23 prévu sur la partie 2 du boîtiers exactement
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en face du premier.
L9anneau 23 entoure la partie 8 évasée en forme de trom- pe du tube cylindrique 7, en laissant un espace dans lequel s'engagent les aubes 20 du rotor.
Un autre anneau cylindrique 24 est fixé sur la face intérieure de la cloche 180 Il sert à assurer à la fois un écoulement ordonné dans la zone des couronnes d9aubes 9 et 20 et une protection efficace contre les souillures.Dans la partie 2 du boîtier sont encore prévues des tôles direc- trices obliques 25, disposées concentriquement à 1-'axe de 1-'arbre 14 du ro- tor. A partir de leur bord extérieur la partie 2 du boîtier a la forme d'une volutes comme on l'a déjà dit.
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L 9 az bre 14 du rotor peut se déplacer aisément dans le sens ver- tical dans les paliers à collet 12 et 13 et, avec luis le rotor de turbine et tous ses accessoires (pièces 17 à 22 et 24),cette latitude de déplacement é- tant limitée par des butées (non représentées).Sur la moitié droite de la fi-
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gur9 le rotor de turbine est représenté au voisinage de sa position limite inférieure très peu avant l'obturation de la conduite d'entrée et., la moitié gauche de la figure le représente dans une position moyenne.La douille 11
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comporte, à son extrémité supérieure deux coupelles concentriques 26 et 27 d9ouvertures différentes et collaborant avec un anneau cylindrique 28 prévu sur le moyeu 17 pour faire office d'éliminateur de souillures protégeant 1' arbre du rotor et ses moyens de guidage.
En outres la coupelle 27 sert égale- ment à diriger le courant de milieu soumis à la mesure vers 1-'espace annulai- re limité d'une part par les parties 19, 22 et 24 du rotor et d'autre part., par la bride 23, espace qui forme la section de mesureo
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La bride de la cloche 16 de la partie 3 du boîtier est agencée>' â, son bord intérieur z9 de façon à assurer un joint d'étanchéité fonction- nant à la manière d'un labyrinthe et grâce auquel les espaces 30 et 31 sont
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séparés de 1-lespace de sortie 32 de la partie 2 du boîtier.
Par contre, les espaces 30 et 31 sont en liaison avec la section d'écoulement dans laquelle se déplace la couronne d'aubes 20 du rotor par l'intermédiaire de 1-'espace an- nulaire 33 ménagé entre les cylindres 19 et 21. La partie 3 du boîtier porté un prolongement supérieur 34. dans lequel pénètre 1-'extrémité supérieure de 1,'arbre 14 du rotor., prolongement à partir duquel se fait la transmission du mouvement de rotation de 1-'arbre au mécanisme compteurs par des moyens (non
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représentés) de type couramment utilisé dans la technique des compteurs.
Le milieu soumis à la mesure, entrant par la tubulure 4, tra- verse d'abord l'espace annulaire ménagé entre le boîtier 1 et le tube cy- lindrique 7 puis pénètre par le bas à 1?intérieur du cylindre 7 et arrive sous la cloche 18 du rotor, pour s'écouler par la section de mesure à vi- tesse plus élevée en passant d'abord sur la couronne d'aubes directrices 9, puis sur la couronne d'aubes 20 du rotor., et? enfin,, après avoir dépassé les tôles directrices 25, se diriger à travers l'espace en volute 32 vers la tubulure de sortie 5.
Sur la couronne d'aubes 20 du rotor., le fluide soumis à la mesure atteint sa vitesse maximum et? par suite sa pression minimum? tandis que,, sous le rotor en forme de cloche de la roue de mesure,, étant donné 1-'effet d'accumu- lation qui s'y produit il possède une faible vitesse mais., par contre., ap- proximativement sa pression maximum.
Etant donné que la faible pression ré- gnant dans la section de mesure se transmet par l'espace annulaire 33, aux espaces 30 et 31, une différence de pression agit sur les deux faces de la roue de mesurée Lorsque cette différence de pression est devenue suffisante pour vaincre le poids du rotor de turbine et de tous ses accessoires, alors le tout se soulève et le cylindre 19 se sépare de la partie supérieure 8 du tube cylindrique 7, rendant ainsi possible le passage du milieu soumis à la mesure vers les aubes 20 du rotor;
le rotor de la roue de mesure qui flot- te alors sur le milieu soumis à la mesure., commence à tournero
Plus le débit du milieu soumis à la mesure est importante et plus le système rotatif est soulevé sans que? pour cela,, la différence ou chu- te de pression active devant et derrière la section de mesure et donc,,, au- dessus et au-dessous de la turbine, varie. En effet, ni le poids du système rotatif ni sa section frappée par le milieu soumis à la mesure ne varient et par suites la vitesse d'écoulement du milieu soumis à la mesure est cons- tante dans la zone des couronnes d'aubes 9 et 20 pour toutes les valeurs de charge du compteur. Seule la section d'écoulement varie, et ce? proportion- nellement au débit.
De ce fait, si la position angulaire des aubes directri- ces et des aubes du rotor était invariable., la roue de mesure tournerait tou- jours à la même vitesse indépendamment du débit momentané qui ne détermine que sa position en hauteur. Le freinage par ventilation qui se produit alors peut, étant donné sa petitesse, être considéré comme négligeable.
Toutefois, dans le présent exemple., aussi bien les aubes direc- trices que les aubes du rotor ont une forme torse, en conséquence de laquel- le les sections d'aubes situées en regard les unes des autres dans la sec- tion de mesure présentent des angles d'attaque différents selon les diverses positions en hauteur du rotor et donnent ainsi des triangles de vitesses dif- férents. De plus la forme des aubes est déterminée graphiquement de telle sorte que les vitesses de rotation obtenues pour le rotor soient proportion- nelles au débit.
En outre,, le réglage automatique de cette proportionalité s'ef- fectue avec une exactitude extrême? car lors du mouvement vertical du rotor,. aucune résistance n'est à vaincre étant donné que ce rotor tourne et que? donc, les frottements dans les paliers de guidage 12 et 13 sont nuls et qu'aucune réaction ne se produit.
Pour que 1-'on puisse mieux comprendre-l'invention les condi- tions de fonctionnement qui., étant donné 19 agencement objet de l'invention se produisent dans la section de mesure, vont être expliquées en détail en le- gard des figures 3 et 4, où 1-'on supposera encore que les aubes du rotor aus- si bien que les aubes directrices ont reçu la forme torse déjà mentionnée.
La fig. 3 représente la roue de mesure (rotor) dans saposition la plus haute. La flèche X indique le sens d'écoulement. Si l'on imagine a- lors des coupes horizontales a, b, c, d, e, à travers les autres directrices 9 et les aubes du rotor 20, on obtient les sections d'aubes ag, bg, eg dg, eg que,, par raison de simplicité., on a représentée les unes à côté des autres
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en plan développée sur la figo 4.
Les sections correspondantes des aubes 9 et 20 situées en regard l'une de 1?autre sont ici simplement choisies de façon que les vitesses périphériques des aubes 20 du rotor, qui résultent des diagrammes des vitesses soient d'une grandeur à peu près égale. On peut naturellement les choisir différentes Ce qui est essentiel c'est que l'on obtienne une variation de la vitesse de rotation proportionnelle au débit.
Il est parfaitement clairet ceci ressort de manière très sim- ple de la considération des triangles de vitesses correspondants,\) que la roue de mesure., lorsqu'elle occupe la position représentée sur la figo 3, possède sa vitesse maximum, tandis que ladite vitesse prend une très fai- ble valeur lorsque 19 anneau cylindrique 19 approchant du bord 23 de 19 ouverture,la section ag des aubes 20 du rotor et la section eg des aubes directrices 9 viennent en regard l'une de l'autreo La vitesse de rotation de la roue de mesure varie donc entre un minimum correspondant à la plus faible section de mesure et un maximum pour la plus forte section de mesu- re, proportionnellement au débit, u cours de toutes ces variations, toute- fois.,
la vitesse d9écoulement du fluide, dans la section de mesure reste- la même.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation repré- sentés sur les figo 1 à 4, mais elle peut être modifiée et perfectionnée des manières les plus diverseso
C'est ainsi quepar exemple, on peut donner au compteur deux ou un plus grand nombre d'étages.
Sur la fig. 5, on a représenté un exemple de réalisation dans lequel (dans le sens d'écoulement du milieu soumis à la mesure), une seconde couronne d'aubes directrices est prévue derrière la cou- ronne d'aubes 20 du rotor., couronne d'aubes directrices qui dirige le milieu soumis à la mesure sur une seconde couronne d'aubes également fixée à la clo- che 18 du rotoro La seconde couronne d9aubes directrices 35 est fixée sur une nervure annulai- re 36 prévue sur la bride 6 et la seconde couronne d'aubes du rotor 37 est montée sur'un second anneau cylindrique 38 du rotoro L'ouverture 33, qui assure la communication entre l'espace situé au-dessus du rotor en cloche 18 et la section de mesure, est ici prévue entre les deux an- neaux cylindriques 38 et 39 du rotor,
mais elle peut aussi être située entre les anneaux 38 et 21.
La seconde paire de couronnes d'aubes 35-37 est protégée d'une manière particulièrement efficace contre les souillureso Sous Inaction de son grand bras de levier, le moment de rotation du rotor est considérablement aug- menté et 19influence de résistances éventuelles sur le rotor est notablement diminuée par rapport au moment de rotation., ce qui procure un aplatissement important de la courbe d'erreur. La déviation de l'écoulement assurée par la deuxième couronne d'aubes directrices doit être déterminée compte tenu de la vitesse périphérique plus élevée de la deuxième couronne d9aubes 37. Les an- gles d'entrée nécessaires doivent être de préférence déterminés empiriquement (à l'aide des triangles des vitesses) et de telle manière que centrée obte- nue soit aussi exempte de chocs que possible.
En utilisant un rotor à trois étages comme roue de mesure,, on peut établir des conditions encore plus favo- rables.
Pour éviter que, lors de fortes variations de charge subites il se produise un déplacement brusque du rotor dans le sens axiale on peut en outre prévoir un dispositif amortisseur qui (voir aussi sur la fig. 1) peut être fixé à l'extrémité supérieure de l'arbre 14 et ne posséder que très peu de jeu par rapport aux parois du prolongement 34.Cet agencement est représen- té sur la figo 6. Pour renforcer l'effet d'amortissement 1-'on peut donner à 1-'ouverture 41, par laquelle 1-'arbre 14 pénètre dans le prolongement 34, de faibles dimensions appropriées.
Pour beaucoup d'applications pratiqueson peut se contenter de réalisations plus simples de 1-'invention,, telles que celle que l'on a représen-
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tée sur la fig. 7, dans laquelle on a renoncé à la structure en ventila- teur de la zone de sortie et dans laquelle on a monté la partie inférieure du boîtier 1 concentriquement dans un boîtier de sortie 42 qui porte la tubulure de sortie 430 Cette variante simplifiée peut également être appliquée à 1-'agencement repré- senté sur la fig. 1, où on l'a indiquée en traits interrompus. Dans le mode de réalisation représenté sur la figo 7, au lieu d'une couronne d'aubes di- rectrices fixe (référence 9 sur la fig. 1) on a prévu un corps 44 muni d'au- bes directrices dans le tube d'entrée 7.
Ce corps 44 impartit au milieu soumis à la mesure qui s'écoule de bas en haut, un mouvement de rotation qui est d'autant plus grand que le débit et., partante la vitesse d'écoulement,, sont plus grands dans le tube.
La douille 11 porte à sa partie supérieure une sorte de capu- chon 45 qui protège les moyens de guidage de l'arbre contre les souillures.
L'anneau extérieur 21 du rotor est recourbé vers le haut où il forme avec le bord intérieur 29 de la cloche 16 une sorte de joint en labyrinthe. Sous le couvercle 3 se trouve le mécanisme compteur (non représenté) dont l'entraîne- ment est figuré par un couple vis sans fin-pignon 46-47. Le boîtier 42 porte une ouverture de montage 48 par laquelle on introduit la tubulure d'entrée 4 pour raccorder le boîtier à la conduite d'entrée Pour le reste fi l'agencement et le mode de fonctionnement sont les mêmes que ceux de la fig. 1.
Le mode de réalisation que 1-'on vient de décrire est plus parti- culièrement destiné à être utilisé avec des gaz purifiéso Si 1?on doit faire des mesures sur des gaz non purs,, il faut alors préférer un agencement de la cloche du rotor selon les figo 1 et 5 avec plusieurs anneaux cylindriques qui protègent mieux la section de mesure contre les souillures.
La figo 8 représente un autre mode de réalisation de 1-'invention.
Dans cet exemple, la roue de mesure se compose de deux cloches de rotors 18 et 49 agencées télescopiquement, seule la cloche inférieure 18 constituant un flotteur à déplacement vertical qui peut prendre diverses positions en .hau- teur sous Inaction de la différence des pressions régnant sur ses deux faces, et s'engager ainsi plus ou moins profondément dans la cloche supérieure 49 qui porte les aubes 20 et est disposé à une hauteur invariable.
Dans ce mode de réalisation, les aubes directrices 9 et les aubes du rotor 20 sont plus ou moins recouvertes par les anneaux cylindriques 24 et 19 de la cloche 18, la section de mesure et les surfaces d9attaque étant réglées selon le débit instantanéo Dans ce cas., la cloche inférieure 18 ne servant qu'au ré- glage de la section d'écoulement, tandis que le rotor supérieur 49 assure l' entraînement du mécanisme compteur. les triangles des vitesses correspondant aux diverses sections s'écartent bien les uns des autres mais il suffit que l'impulsion résultante impartisse au rotor une vitesse de rotation proportion- nelle au débit.
La cloche inférieure 18 est fixée, dans le présent exemple sur un arbre 53 qui peut coulisser dans une douille 52 où il est monté en 50 et 51. La cloche supérieure 49 est portée par un arbre 54 monté en 55 coaxiale- ment à l'arbre 53 mais sans possibilité de coulissement vertical. Les deux cloches 18 et 49 de la roue de mesure forment entre elles en 29 une sorte de joint en labyrinthe qui assure le maintien de la différence de pression néces- saire entre les deux faces de la cloche 18. L'arbre 53 porte à sa partie infé- rieure des pales de ventilateur 56 par lesquelles il est mis en rotation de manière à pouvoir se mouvoir verticalement avec l'aisance nécessaire.
On peut perfectionner les exemples décrits des manières les plus diverses. C'est ainsi que, par exemple l'on peut donner à l'une des arêtes de la section d'écoulement une forme en tuyère et à 1-'autre une forme en diaphrag- me afin d-obtenir ainsi des coefficients d'écoulement approximativement cons- tante.
Un mode de réalisation de ce genre est représenté sur la fig. 9.
L'arête d'écoulement supérieure de l'ouverture de mesure est ici constituée par les bords des anneaux cylindriques 2', 19 et 21 et a donc les propriétés des diaphragmes. Le diaphragme annulaire 57 formant arête d'écoulement infé-
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rieure peut être remplacée conformément à ce que l'on a dit ci=dessus par Panneau en tuyère 58 représenté en traits interrompuso Un autre anneau cy- lindrique 59 fixé à la cloche 18 sert d'écran s'opposant à la souillure des arêtes de écoulement constituées par les bords inférieurs des anneaux 19 et 24.
On peut obtenir un autre perfectionnement par l'agencement d'un dispositif de soufflage auxiliaire devant la couronne d'aubes du rotor, dis- positif qui améliore le démarrage du rotor de turbine et assure la fidélité de la mesure même pour les plus petits débits; ce dispositif est mis hors d'action aussitôt que le rotor s'est soulevé d'une quantité déterminée que l'on peut régler. Dans le mode de réalisation de la fig. 1, ce dispositif de soufflage auxiliaire est constitué par une tuyère réglable 60 protégée des souillures par un filtre 61. On peut calculer et régler cette tuyère de façon quelle impartisse au rotor un moment de rotation approximativement égal au moment résistant qui s'oppose à la rotation du rotor.
On peut également agencer de tels dispositifs de soufflage au- xiliaires de façon telle que lorsque la cloche du rotor occupe une position basse elle recouvre ledit dispositif mais que, par contre, à partir d'une certaine hauteurs ledit dispositif puisse agir librement sur les aubes du rotor; on a ainsi la possibilité d'augmenter ou de diminuer la vitesse de rotation automatiquement., selon les besoins., également dans la partie supé- rieure du domaine de mesure
Plus le diamètre du rotor est faible et plus la fraction du poids total du rotor qui se reporte sur 1?unité de surface de sa base est importante et donc plus la différence de pression entre les deux faces doit être grande si le rotor doit être supporté par cette différence de pression.
Une grande différence de pression est toutefois l'équivalent d'une vitesse de passage élevée, cette dernière étant, en outre, liée à la vitesse de ro- tation du rotor. En d'autres termes, pour de petits compteurs,si l'on ne veut pas limiter le domaine de mesure., on est conduit à des vitesses de ro- tation trop élevées inadmissibles.
D'autres perfectionnements objets de l'invention ont pour but, en conséquence., de permettre d'obtenir, dans les petits compteurs, de fai- bles vitesses d'écoulement et$ par conséquente de faibles vitesses de rotation du rotor. De tels perfectionnements ont été représentés en traits interrompus sur la fig. 1.
L'un d'eux comporte une légère plaque-flotteur ou organe analogue 62,dispo- sée à la partie inférieure du tube d'entrée et fixée à un prolongement appro- prié de l'arbre 14 du rotor. On peut, dans ce cas, prolonger également quel- que peu la douille 11.
La partie inférieure du tube 7 est, par exemple, rétrécie grâ- ce à un anneau 68 de forme appropriée fixé dans ladite tubulure de façon à ce que l'on puisse régler verticalement sa position ; cetanneau rétrécit le tube 7 sous la forme d'un tronc de cône ou d'Un tronc de paraboloide renver- sés. Dans cette partie rétrécie., la plaque 62 se déplace toujours de la même quantité que la cloche 18 du rotor lorsque la position en hauteur de cette dernière varieDe cette façon., la grandeur de la section annulaire ménagée entre la plaque 62 et la partie 63 varie de la même façon que pour les comp- teurs à flotteur. On peut accorder cette valeur avec celle de la section de mesure de. telle sortepar exemple, que les deux sections soient toujours dans un rapport déterminé.
La plaque-flotteur 62, grâce à laquelle., dans une certaine me- sure, la surface active de la cloche 18 du rotor est accrue, subite lors du passage du milieu soumis à la mesure, un supplément de poussée ascendante correspondant à plusieurs fois son poids, poussée qui est transmise à la clo- che 18 par l'arbre 14 et tend à soulever ladite clcchea On peut ainsi diminu- er la différence de pression entre les deux faces de la cloche 18 d'un mon- tant correspondant à ce supplément de poussée sans que le rotor ne tombe, ce qui revient à dire que l'on peut diminuer la vitesse du fluide soumis à la
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mesure et.\) partants la vitesse de rotation du rotor, dans une proportion correspondante .
En donnant une autre forme à l'organe 63,on peut rendre va- riable la différence de pression agissant sur la cloche du rotor de toute autre manière voulue ou selon une loi quelconque par exemple de manière que dans la première partie de la course du rotor la vitesse d'écoulement demeure constante pour augmenter ou diminuer graduellement ou par bonds lorsque le rotor continue de se soulever., selon les exigences de chaque cas particulier.
En outres la possibilité de réglage en hauteur de l'organe 63 permet une mise au point et un réglage de marche plus exacts
On peut toutefois,. pour rendre possibles de petites vitesses de rotation du rotor, dans des petits compteurs,, utiliser des roues de me- sure de plus grand diamètre et l'on doit alors, que ce soit par réglage du poids du rotor ou par masquage partiel d'une partie de la section de mesu- rea adapter la vitesse d'écoulement cet endroit aux nouvelles conditions.
Un tel masque ou écran est représenté en traits interrompus sur la fige 1 et est désigné par 64. Il forme en 65 une sorte de joint en labyrinthe par rap- port à l'anneau cylindrique 24. On peut constituer cet écran par plusieurs segments de cylindre concentriques s'appuyant intérieurement les uns sur les autres et susceptibles de tourner autour de leur axe commun, ce qui donne la possibilité d'augmenter ou de diminuer le masquage selon les besoinso
On peut obtenirpar exemple., un autre perfectionnement en sus- pendant les deux coupelles 26 et 27 au rotor 18 de façon qu'elles se dépla- cent avec ce dernier, à l'opposé de ce qui est représenté sur la fig. 1.
Grâce à ce mode de réalisation,, l'élimination des souillures est toujours par- fait pour toutes les positions du rotor 18 et la coupelle 27 dévie l'écoulement dans la section de mesure toujours en fonction de la hauteur instantanée,
Un autre perfectionnement consiste à renforcer la couronne d'au- bes du rotor par des anneaux transversaux de même axe que cette couronne. Ces anneaux donnent au rotor une rigidité suffisante pour les plus grandes vites- ses de rotation et servent en même temps d'organes de guidage de l'écoulement.
On peut aussi prévoir avantageusement des anneaux transversaux correspondants pour la couronne d'aubes directrices afin d'apaiser les courants secondaires qui peuvent éventuellement se produire. Il n'a pas semblé nécessaire de re- présenter cette particularité sur le dessin.
Les divers modes de réalisation et perfectionnements décrits et représentés peuvent être utilisés sous diverses combinaisons dont on ne donne- ra ci-après que quelques exemples. Gest ainsi que l'on peut utiliser la pla- que-flotteur 62 déjà décrite dans le mode de réalisation de la fig. 8 où elle porterait le rotor en cloche supérieur 49,, de la roue de mesure en deux parties 18-49? à la place du palier d'appui 55.Dans ce casa les deux cloches 18 et 49 peuvent coulisser axialement indépendamment l'une de 1-'autre. L'arbre 53 de la cloche inférieure 18 est alors creux et traversé par l'arbre 54 de la cloche supérieure 49.Un dessin représentant cette variante semble superflu.
La figo 10 montre une autre possibilité de combinaison. Dans ce cas,, on prévoit à la fois la plaque-flotteur 62 et le refroidissement 63 du tube cylindrique 7 déjà décrits et des pales de ventilateur 56. En outre,com- me pales de ventilateur, on utilise des pales de ventilateur de Woltman bien connues, précédées d'un redresseur d'écoulement 66. Les pales de Woltman agis- sent ici sur l'arbre 14 du rotor et créent une réserve de moment de rotation importante pour le cas où l'entraînement du mécanisme compteur serait rendu difficile par suite d'une unfluence perturbatrice quelconque, ce qui permet d'éviter en pareil cas, des erreurs d'indication inadmissibles.
En outre on prévoit une tuyère de réaction 67 disposée sur la plaque-flotteur 62 et participant à la mise en rotation de cette dernière.
Grâce au compteur à roue de mesure objet de la présente invention, on peut abaisser la limite inférieure du domaine de mesure à un point qui n'a jamais encore été atteinto
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Même des quantités infimes de milieu soumis à la mesure peuvent être mesurées par le compteur car., par suite de sa fermeture étanche en position zéro, il ne laisse passer aucun fluide jusqu'à ce que., par suite de la chute de pres- sion dans la conduite qui le suit, la différence entre les deux faces du ro- tor ait atteint la valeur nécessaire ou obtenue par réglage pour la libéra- tion de 1?ouverture d'écoulement.
Même lorsque la cloche du rotor ne donne pas une obturation to- tale, on est assuré d'une mesure impeccable dans la partie inférieure du do- maine de mesure.Dans ce cas,, le rotor commence à tourner même avant que la différence de pression correspondant au réglage soit atteinteEn outre,, la section d'écoulement demeure d'abord constante et la vitesse d'écoulement y est proportionnelle au débit. Ce nest que lorsque la différence de pression correspondant au réglage est atteinte que le rotor se soulève; la mesure s' effectue alors selon l'invention avec une vitesse d'écoulement constante pour une section d'écoulement variable.
Parmi d'autres avantages du compteur à roue de mesure objet de l'inventions il faut citer sa capacité de surcharge élevéeEn effet lorsque la cloche du rotor a atteint sa position supérieure (qui est réglée selon les besoins correspondant à chaque cas, et dont le réglage, la plupart du temps, correspond à 1, 2-1, 5 fois la charge nominale) on n'est pas complètement ar- rivé à la limite supérieure des possibilités d'utilisation du compteur. On peut au contraire augmenter encore considérablement le débita Dans ce cas toutefois, la section de mesure reste constante, c'est-à-dire que la mesure s'effectue alors avec une vitesse d'écoulement proportionnelle au débit com- me dans un compteur à roue de mesure usuel.
Etant donnée cependant.: ques jusqu9à, ce pointa le compteur fonc- tionne pour de très faibles différences de pression constantes, lorsque 1' on dépasse ce pointa les différences de pression qui deviennent variables sont encore si faibles que dans ce domaine., les erreurs de volume des compteurs à roue de mesure usuels, dont on a parlé au début du présent mémoire, ne se font pas sentir de manière appréciable lorsque l'on double ou triple le débit. Ain- Si lorsque l'on franchit la limite dont on vient de parler, le principe de la mesure change., mais ce passage se fait pratiquement sans erreur.
Par ailleurs., on peut encore mentionner que., naturellement,,, on peut utiliser la plaque-flotteur 62 au lieu de la cloche 18 du rotor pour ob- turer, en position basse, la conduite d'entréeo On obtient davantage de réa- liser une obturation très hermétique et de pouvoir éviter l'usure du rebord de la cloche et les variations du coefficient d'écoulement que cela entraîne.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées au compteur qui vient d'être décrite notamment par substitution de moyens tech- niques équivalents sans sortir pour cela du cadre de la présente invention.
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WHEEL METER FOR LIQUIDS OR GAS.
The present invention relates to measuring wheel counters for evaluating the quantities of liquid or gas flowing in a tubular pipe by measuring a pulse.
In this type of meter, the basis of the measurement is., In most cases constituted by the proportionality between the speed at which the medium subjected to the measurement arrives on the measuring wheel and the intensity of passage or flow rate (quantity passing per second.) The impulse which the flow of the medium subjected to measurement exerts on the impeller, therefore varies as the square of the flow velocity.
This law has the consequence, however, that at an equal percentage change in the flow velocity, the variations in impulse are all the smaller as the flow rate is lower, and all the greater as the flow rate is. flow is higher this in quadratic proportion.
As a result of this. Circumstances due to the very nature of counting by pulse measurement, counters of the above-named type have the disadvantage that their error curve, in the lower part of the measurement range :, comes out much too soon, the more often already for values of the order of 25 to 20% of the nominal load;
, and with a strongly progressive default error, limits fixed according to practical necessities, this further necessitates the use of devices with complicated structure to extend the lower limit of use of these. meters up to about 10% of their nominal load In addition, the density of the medium under measurement has an influence on the impulse, so that the adjustment errors of the rotational speed increase accordingly lighter than the medium subjected to measurement.
For gases and vapors, there is still action, finally, the expansion valve at the outlet of the throttle orifices. which increases as the square of the flow velocity and which therefore ;, in the upper part of the measurement range, gradually increases the pulse when the flow rate increases, which causes a large excess error to appear
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Numerous means have already been proposed for obtaining the correction of these errors. However, they have all been found to be unsuitable because they are either very expensive or insufficiently effective to fulfill the conditions imposed on them.
The above also applies to the known devices in which the proportionality between the speed of rotation of the measuring wheel and the flow rate is not based on the law explained above, but must be produced using auxiliary devices ,, and in which, for example., a float arranged as a turbine rotor serves as a measuring wheel ,, float which., depending on the various height positions it occupies, frees up passage sections of different sizes.
This first results in an approximately constant output speed for all loads, and the proportionality between flow rate and rotational speed must be achieved, in one case, because the rotor has to overcome fluid resistances of different values in its various height positions and in another case by use of an eddy current brake.
These devices cannot lead to any practical result, because the laws, both of training and of resistance, lead to positions of equilibrium between these two factors, which prevent the achievement of the desired proportionality -and ,, moreover., when the flow decreases lead to an ever increasing inaccuracy of the resulting rotational speed.
In addition, these devices cannot be used for application to environments similar to air because, on the one hand, the determining densities for the resistance by braking or ventilation are ,,, in round figures, a thousand times lower for these environments than for water and, on the other hand, the resistances increase according to the cube of the speed of rotation so that for gas meters it would result in speeds of rotation about ten times greater compared to those of the meters of liquids ,,, which is unacceptable. from the point of view of the required service security.
The present invention eliminates these difficulties and makes it possible to construct measuring wheel counters whose lower limit of the measuring range is located around 2-3% of the nominal load. It also relates to measuring wheel counters of the kind in which a float arranged in the manner of a turbine rotor serves as a measure. ,, float which closes the inlet pipe, when it occupies its most position. low and frees passage sections of various sizes in its various height positions.
According to the invention, the turbine rotor is in the form of a flattened bell provided on its periphery with vanes directed downwards, while the end of the inlet duct cooperating with this rotor, carries a crown of upwardly directed vanes arranged opposite the rotor vanes, over a somewhat shorter radius to form guide vanes and engaging more or less deeply in the bell-shaped float, depending on the position of the last. The proportionality between the rotational speed of the rotor and the flow rate is achieved because the direction of flow of the medium subjected to the measurement against the blades of the rotor varies according to the position of the rotor bell.
This result is obtained, without using any auxiliary devices which consume energy. \) Preferably by kinematic voicing, giving the blades of at least one of the two rings a twisted shape as a result of the - which sections of guide vanes and rotor vanes located in the outlet section facing each other give triangles of different speeds according to the various height positions of the float., said shape possibly being determined graphically so that the speed of rotation obtained for the rotor is proportional to the flow.
The description which will follow with regard to the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and from the text naturally forming part of said invention.
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Fig. 1 is an axial vertical section of the meter of which the housing is composed., In the present examples of three parts 1, 2 and 3 arranged along the same axis and rigidly connected to each other. The lower part carries the inlet tubing-4, the middle part 2 has a volute structure like a fan or a centrifugal pump and carries
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the outlet tubing 5, indicated by a circle on the right half of the figure. FIG. 2 is a horizontal section, on a reduced scale, of part 2 of the housings along the line I-I of FIG. 1.
The upper part 3 of the case forms a cover ,, bell-shaped for the middle part 2. Between the latter and the lower part =
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higher is mounted in 6s using a flange, a cylindrical tube 7, the upper end 8 of which is flared in the shape of a proboscis and carries a crown of vertical guide vanes 9, with the same axis as the tube. A. "socket 11
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fixed by means of radial ribs 10, in the axis of the cylindrical tube 7. forms a collar bearing 12 which, with a similar bearing 13, provided in the upper part 3, ensures the guiding of 1 shaft 14 of the rotor.
The support of the upper collar bearing 13 consists of a bell 16 mounted by a flange between the parts 2 and 3, coaxially with. the latter and provided with passage openings 15 for the medium subjected to the measurement
The measuring wheel is fixed to the shaft 14 by means of a hub 17. It consists of a float arranged as a turbine rotor and having the shape of a flattened bell 18, on the outer wall 19 of which are attached a peripheral ring of vanes 20 directed downwards and concentrically to the latter a cylindrical ring 21 of slightly larger diameter provided at its lower part with a flange-shaped rim 22. This ring corresponds a ring 23 provided on part 2 of the boxes exactly
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opposite the first.
The ring 23 surrounds the flared, trumpet-shaped portion 8 of the cylindrical tube 7, leaving a space in which the rotor blades 20 engage.
Another cylindrical ring 24 is fixed to the inner face of the bell 180 It serves to ensure both an orderly flow in the area of the vane rings 9 and 20 and an effective protection against soiling. In part 2 of the housing are still oblique guide plates 25 are provided, arranged concentrically to the axis of the shaft 14 of the rotor. From their outer edge part 2 of the case has the shape of a volutes as has already been said.
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The 9 az bre 14 of the rotor can easily move in the vertical direction in the flange bearings 12 and 13 and, with it the turbine rotor and all its accessories (parts 17 to 22 and 24), this latitude of displacement being limited by stops (not shown). On the right half of the
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gur9 the turbine rotor is shown in the vicinity of its lower limit position very shortly before the plugging of the inlet pipe and., the left half of the figure shows it in a middle position.
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comprises, at its upper end two concentric cups 26 and 27 different openings and collaborating with a cylindrical ring 28 provided on the hub 17 to act as a dirt eliminator protecting the rotor shaft and its guide means.
In addition, the cup 27 also serves to direct the current of medium subjected to the measurement towards the annulment space limited on the one hand by the parts 19, 22 and 24 of the rotor and on the other hand. flange 23, space which forms the measuring section
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The flange of the bell 16 of part 3 of the housing is arranged> 'â, its inner edge z9 so as to provide a seal functioning in the manner of a labyrinth and by which the spaces 30 and 31 are
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separated by 1-outlet space 32 of part 2 of the housing.
On the other hand, the spaces 30 and 31 are connected with the flow section in which the ring of blades 20 of the rotor moves via the annular space 33 formed between the cylinders 19 and 21. Part 3 of the housing carries an upper extension 34. into which the upper end of 1, 'shaft 14 of the rotor penetrates., Extension from which is the transmission of the rotational movement of 1-'arbre to the counter mechanism by means (no
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shown) of a type commonly used in the technique of meters.
The medium subjected to the measurement, entering via the tube 4, first passes through the annular space formed between the housing 1 and the cylindrical tube 7 then enters from below inside the cylinder 7 and arrives below. the bell 18 of the rotor, to flow through the measuring section at higher speed, passing first over the ring of guide vanes 9, then over the ring of blades 20 of the rotor., and? finally, after having passed the guide plates 25, move through the volute space 32 towards the outlet pipe 5.
On the crown of blades 20 of the rotor., The fluid subjected to the measurement reaches its maximum speed and? consequently its minimum pressure? while, under the bell-shaped rotor of the measuring wheel, due to the accumulation effect which occurs there it has a low speed but, on the other hand, approximately its speed. maximum pressure.
Since the low pressure in the measuring section is transmitted through the annular space 33, to the spaces 30 and 31, a pressure difference acts on the two faces of the measuring wheel. When this pressure difference has become sufficient to overcome the weight of the turbine rotor and all its accessories, then the whole is lifted and the cylinder 19 separates from the upper part 8 of the cylindrical tube 7, thus making possible the passage of the medium subjected to the measurement towards the vanes 20 of the rotor;
the rotor of the measuring wheel, which then floats on the medium subjected to measurement., begins to rotate
The greater the flow rate of the medium subjected to the measurement, the more the rotary system is lifted without? for this, the difference or drop in active pressure in front of and behind the measuring section and therefore ,,, above and below the turbine, varies. In fact, neither the weight of the rotary system nor its section affected by the medium subjected to the measurement varies and consequently the flow speed of the medium subjected to the measurement is constant in the area of the vane rings 9 and 20 for all meter load values. Only the flow section varies, and what? in proportion to the flow.
Therefore, if the angular position of the steering vanes and the rotor vanes were invariable, the measuring wheel would always rotate at the same speed regardless of the momentary flow rate which only determines its height position. The ventilator braking which then occurs can, given its small size, be considered negligible.
However, in the present example, both the direction vanes and the rotor vanes have a torso shape, as a consequence of which the vane sections located opposite each other in the measuring section. present different angles of attack according to the various height positions of the rotor and thus give different speed triangles. In addition, the shape of the blades is determined graphically so that the rotational speeds obtained for the rotor are proportional to the flow rate.
Furthermore, the automatic adjustment of this proportionality is carried out with extreme accuracy? because during the vertical movement of the rotor ,. no resistance is to be overcome since this rotor turns and that? therefore, the friction in the guide bearings 12 and 13 is zero and no reaction occurs.
In order that the invention may be better understood the operating conditions which, due to the arrangement object of the invention occur in the measuring section, will be explained in detail with reference to the figures. 3 and 4, where it will still be assumed that the rotor blades as well as the guide vanes have been given the torso shape already mentioned.
Fig. 3 shows the measuring wheel (rotor) in its highest position. The arrow X indicates the direction of flow. If we imagine a- during the horizontal cuts a, b, c, d, e, through the other guide lines 9 and the blades of the rotor 20, we obtain the blade sections ag, bg, eg dg, eg that ,, for the sake of simplicity., we have shown next to each other
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in plan developed in fig. 4.
The corresponding sections of the vanes 9 and 20 located opposite one another are here simply chosen so that the peripheral speeds of the blades 20 of the rotor, which result from the speed diagrams, are of approximately equal magnitude. We can naturally choose them different What is essential is that we obtain a variation of the speed of rotation proportional to the flow.
It is perfectly clear, and this emerges very simply from the consideration of the corresponding speed triangles, \) that the measuring wheel, when it occupies the position shown in figo 3, has its maximum speed, while said speed takes on a very low value when 19 cylindrical ring 19 approaching the opening edge 23 of 19, the section ag of the blades 20 of the rotor and the section eg of the guide vanes 9 come opposite each other o The speed of rotation of the measuring wheel therefore varies between a minimum corresponding to the smallest measuring section and a maximum for the largest measuring section, in proportion to the flow rate, during all these variations, however.
the fluid flow velocity in the measuring section remains the same.
The invention is not limited to the exemplary embodiments shown in Figures 1 to 4, but it can be modified and improved in the most diverse ways.
This is how, for example, the meter can be given two or more floors.
In fig. 5, an exemplary embodiment is shown in which (in the direction of flow of the medium subjected to the measurement), a second ring of guide vanes is provided behind the crown of blades 20 of the rotor. 'guide vanes which direct the medium subjected to the measurement onto a second ring of blades also fixed to the bell 18 of the rotoro. The second ring of guide vanes 35 is fixed to an annular rib 36 provided on the flange 6 and the second rotor blade ring 37 is mounted on a second cylindrical ring 38 of the rotoro The opening 33, which provides communication between the space above the bell rotor 18 and the measuring section, is provided here between the two cylindrical rings 38 and 39 of the rotor,
but it can also be located between the rings 38 and 21.
The second pair of blade crowns 35-37 is protected in a particularly effective way against contamination. Under the inaction of its large lever arm, the rotational moment of the rotor is considerably increased and the influence of any resistances on the rotor is considerably increased. is significantly reduced with respect to the torque., which provides a significant flattening of the error curve. The flow deflection provided by the second guide vane ring should be determined taking into account the higher peripheral speed of the second vane crown 37. The required inlet angles should preferably be determined empirically (at (using speed triangles) and in such a way that the obtained centering is as free from shocks as possible.
By using a three-stage rotor as a measuring wheel, even more favorable conditions can be established.
To prevent sudden strong load variations from occurring in the axial direction of the rotor, it is also possible to provide a damping device which (see also in fig. 1) can be fixed to the upper end of the rotor. the shaft 14 and have very little play with respect to the walls of the extension 34.This arrangement is shown in fig. 6. To reinforce the damping effect 1-'on can give 1-'ouverture 41, through which 1-'arbre 14 enters the extension 34, of small suitable dimensions.
For many practical applications one can be satisfied with simpler embodiments of the invention, such as that which has been shown.
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tee in fig. 7, in which the ventilator structure of the outlet zone has been dispensed with and in which the lower part of the casing 1 has been mounted concentrically in an outlet casing 42 which carries the outlet pipe 430 This simplified variant can also be applied to the arrangement shown in FIG. 1, where it was indicated in broken lines. In the embodiment shown in fig. 7, instead of a ring of fixed guide vanes (reference 9 in fig. 1) there is provided a body 44 provided with guide vanes in the tube d. 'entry 7.
This body 44 imparts to the medium subjected to the measurement which flows from bottom to top, a rotational movement which is all the greater as the flow rate and. Hence the flow speed, are greater in the tube. .
The bush 11 carries at its upper part a kind of cap 45 which protects the guide means of the shaft against soiling.
The outer ring 21 of the rotor is curved upwards where it forms with the inner edge 29 of the bell 16 a sort of labyrinth seal. Under cover 3 is the counter mechanism (not shown), the drive of which is represented by a worm-pinion pair 46-47. The housing 42 carries a mounting opening 48 through which the inlet pipe 4 is introduced to connect the housing to the inlet pipe. Otherwise the arrangement and the mode of operation are the same as in FIG. 1.
The embodiment which has just been described is more particularly intended for use with purified gases. If measurements are to be made on non-pure gases, then an arrangement of the bell of the gas should be preferred. rotor according to fig. 1 and 5 with several cylindrical rings which better protect the measuring section against soiling.
Figo 8 shows another embodiment of 1-'invention.
In this example, the measuring wheel consists of two rotor bells 18 and 49 arranged telescopically, only the lower bell 18 constituting a vertically displacement float which can assume various height positions under the influence of the difference in pressures prevailing. on both sides, and thus engage more or less deeply in the upper bell 49 which carries the blades 20 and is arranged at an invariable height.
In this embodiment, the guide vanes 9 and the blades of the rotor 20 are more or less covered by the cylindrical rings 24 and 19 of the bell 18, the measuring section and the attack surfaces being adjusted according to the instantaneous flow. ., the lower bell 18 only serving to adjust the flow section, while the upper rotor 49 drives the counter mechanism. the speed triangles corresponding to the various sections do not differ from each other, but it suffices for the resulting impulse to impart to the rotor a speed of rotation proportional to the flow rate.
The lower bell 18 is fixed, in the present example on a shaft 53 which can slide in a socket 52 where it is mounted at 50 and 51. The upper bell 49 is carried by a shaft 54 mounted at 55 coaxially with the shaft. shaft 53 but without the possibility of vertical sliding. The two bells 18 and 49 of the measuring wheel form between them at 29 a kind of labyrinth seal which maintains the necessary pressure difference between the two faces of the bell 18. The shaft 53 bears at its lower part of the fan blades 56 by which it is rotated so as to be able to move vertically with the necessary ease.
The examples described can be improved in a variety of ways. Thus, for example, one of the edges of the flow section can be given a nozzle shape and the other a diaphragm shape in order to thereby obtain coefficients of. flow approximately constant.
One such embodiment is shown in FIG. 9.
The upper flow ridge of the measuring opening here consists of the edges of the cylindrical rings 2 ', 19 and 21 and therefore has the properties of diaphragms. The annular diaphragm 57 forming the lower flow ridge
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The upper part can be replaced in accordance with what has been said above by a nozzle panel 58 shown in broken lines o Another cylindrical ring 59 fixed to the bell 18 serves as a screen against the soiling of the edges of the tube. flow formed by the lower edges of the rings 19 and 24.
Another improvement can be obtained by the arrangement of an auxiliary blowing device in front of the ring of blades of the rotor, a device which improves the starting of the turbine rotor and ensures the fidelity of the measurement even for the smallest flow rates. ; this device is put out of action as soon as the rotor is raised by a determined amount which can be adjusted. In the embodiment of FIG. 1, this auxiliary blowing device consists of an adjustable nozzle 60 protected from contamination by a filter 61. This nozzle can be calculated and adjusted so that it imparts to the rotor a torque approximately equal to the resistance moment which opposes the rotor rotation.
It is also possible to arrange such auxiliary blowing devices in such a way that when the bell of the rotor occupies a low position it covers said device but, on the other hand, from a certain heights said device can act freely on the blades. of the rotor; this gives the possibility of increasing or decreasing the speed automatically., as required., also in the upper part of the measuring range
The smaller the diameter of the rotor, the greater the fraction of the total weight of the rotor which relates to the unit area of its base, and therefore the greater the pressure difference between the two faces must be if the rotor is to be supported. by this pressure difference.
A large pressure difference is however the equivalent of a high passage speed, the latter being, moreover, linked to the speed of rotation of the rotor. In other words, for small meters, if one does not want to limit the measuring range, one is led to inadmissible excessively high rotational speeds.
Other improvements which are the subject of the invention are therefore aimed at making it possible to obtain, in small meters, low flow rates and consequently low rotational speeds of the rotor. Such improvements have been shown in broken lines in FIG. 1.
One of them comprises a light float plate or the like 62, disposed at the lower part of the inlet tube and fixed to a suitable extension of the shaft 14 of the rotor. In this case, the sleeve 11 can also be extended a little.
The lower part of the tube 7 is, for example, narrowed by means of a ring 68 of suitable shape fixed in said tube so that its position can be adjusted vertically; this ring narrows the tube 7 in the form of a truncated cone or a truncated paraboloid upside down. In this narrowed part., The plate 62 always moves by the same amount as the bell 18 of the rotor when the height position of the latter varies. In this way, the size of the annular section formed between the plate 62 and the part 63 varies in the same way as for float meters. This value can be matched with that of the measurement section of. such sort for example, that the two sections are always in a determined relation.
The float plate 62, thanks to which, to a certain extent, the active surface of the bell 18 of the rotor is increased, suddenly during the passage of the medium subjected to the measurement, an additional upward thrust corresponding to several times its weight, thrust which is transmitted to the bell 18 by the shaft 14 and tends to lift said clcchea. The pressure difference between the two faces of the bell 18 can thus be reduced by an amount corresponding to this additional thrust without the rotor falling, which amounts to saying that we can reduce the speed of the fluid subjected to the
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measuring and. \) starting the speed of rotation of the rotor, in a corresponding proportion.
By giving another shape to the member 63, the pressure difference acting on the rotor bell can be made variable in any other desired manner or according to any law, for example so that in the first part of the stroke of the rotor. rotor the flow speed remains constant to increase or decrease gradually or in leaps as the rotor continues to lift., depending on the requirements of each particular case.
In addition, the possibility of height adjustment of the component 63 allows a more exact focusing and rate adjustment.
We can, however ,. to make small rotational speeds of the rotor possible, in small meters, use measuring wheels of larger diameter and one must then, either by adjusting the weight of the rotor or by partially masking the rotor. part of the measuring section to adapt the flow velocity at this location to the new conditions.
Such a mask or screen is represented in broken lines on fig 1 and is designated by 64. It forms at 65 a sort of labyrinth seal with respect to the cylindrical ring 24. This screen can be formed by several segments of concentric cylinders resting internally on each other and capable of rotating around their common axis, which gives the possibility of increasing or decreasing the masking as required
For example, a further improvement can be obtained by suspending the two cups 26 and 27 from the rotor 18 so that they move with the latter, opposite to what is shown in FIG. 1.
Thanks to this embodiment, the elimination of soiling is always perfect for all the positions of the rotor 18 and the cup 27 deflects the flow in the measuring section, always as a function of the instantaneous height,
Another improvement consists in reinforcing the rotor blade crown by transverse rings having the same axis as this crown. These rings give the rotor sufficient rigidity for the highest rotational speeds and at the same time serve as flow guiding members.
It is also advantageously possible to provide corresponding transverse rings for the crown of guide vanes in order to calm the secondary currents which may possibly occur. It did not seem necessary to represent this feature in the drawing.
The various embodiments and improvements described and shown can be used in various combinations, of which only a few examples will be given below. Thus, it is possible to use the float plate 62 already described in the embodiment of FIG. 8 where it would carry the upper bell rotor 49 ,, of the two-part measuring wheel 18-49? instead of the support bearing 55.Dans this case the two bells 18 and 49 can slide axially independently of one another. The shaft 53 of the lower bell 18 is then hollow and crossed by the shaft 54 of the upper bell 49. A drawing representing this variant seems superfluous.
Fig. 10 shows another possible combination. In this case, both the float plate 62 and the cooling 63 of the cylindrical tube 7 already described and fan blades 56 are provided. In addition, as the fan blades, Woltman fan blades are used. well known, preceded by a flow straightener 66. The Woltman blades here act on the rotor shaft 14 and create a large reserve of torque in the event that driving the counter mechanism is made difficult. as a result of any disturbing influence, which in such a case avoids inadmissible errors of indication.
In addition, there is provided a reaction nozzle 67 disposed on the float plate 62 and participating in the rotation of the latter.
Thanks to the measuring wheel counter object of the present invention, it is possible to lower the lower limit of the measuring range to a point which has never yet been reached.
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Even minute quantities of the medium subjected to measurement can be measured by the meter because, due to its tight closure in the zero position, it does not allow any fluid to pass until., Due to the drop in pressure In the following pipe, the difference between the two faces of the rotor has reached the value required or obtained by adjustment for the release of the flow opening.
Even when the rotor bell does not give a complete seal, an impeccable measurement is ensured in the lower part of the measuring range. In this case, the rotor starts to rotate even before the difference in pressure corresponding to the setting is reached. In addition, the flow cross section remains initially constant and the flow velocity is proportional to the flow. It is only when the pressure difference corresponding to the setting is reached that the rotor is raised; the measurement is then carried out according to the invention with a constant flow speed for a variable flow section.
Among other advantages of the measuring wheel counter object of the inventions, it is necessary to mention its high overload capacity Indeed when the rotor bell has reached its upper position (which is adjusted according to the needs corresponding to each case, and whose setting, most of the time, corresponds to 1, 2-1, 5 times the nominal load) we have not completely reached the upper limit of the possibilities of use of the meter. On the contrary, the flow rate can be further increased considerablya In this case, however, the measuring cross section remains constant, i.e. the measurement is then carried out with a flow velocity proportional to the flow rate as in a meter with usual measuring wheel.
Given, however, that until this point the meter operates for very small constant pressure differences, when this point is exceeded the pressure differences which become variable are still so small that in this area the errors The volume of conventional measuring wheel meters, which was discussed at the beginning of this specification, are not appreciably felt when the flow rate is doubled or tripled. So when we cross the limit just mentioned, the principle of measurement changes, but this passage is practically error-free.
On the other hand, we can also mention that, naturally ,,, the float plate 62 can be used instead of the bell 18 of the rotor to close, in the lower position, the inlet pipe. More sheave is obtained. - Liser a very hermetic sealing and to be able to avoid the wear of the edge of the bell and the variations of the flow coefficient which this entails.
It goes without saying that modifications can be made to the meter which has just been described, in particular by substituting equivalent technical means without departing for this from the scope of the present invention.