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La précision des indications fournies par les compteurs comportant une roue de mesure est d'autant plus grande que le facteur de l'énergie du courant de fluide, nécessaire pour entraîner la roue, est plus faible. De ce fait, une mesure satisfaisante du débit de fluides gazeux légers exige une vitesse d'écoulement aussi élevée que
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possible à proximité de la roue. Par ailleurs, étant donné que pour les.raisons ci-dessus ainsi qu'en raison des prescriptions d'homologation, la dépense de pression d'un compteur doit être faible, il importe que le fluide parcoure à l'intérieur du compteur une trajectoire qui, tout en déter- minant un potentiel maximum dans la région de la roue de mesure, assure en même temps un minimum de pertes de charge.
Il convient donc de rechercher d'abord une bonne récupération de pression, comme dans un tube de Venturi par exemple, et d'éviter toutes les causes éventuelles de résistance à l'écoulement telles que variations brusques de la section d'écoulement, et espaces morts dans lesquels se déplacent ¯les aubes de la roue de mesure où circule le fluide.
Si on a besoin, comme c'est le cas actuellement de plus en plus, vu l'effet d'accumulation des réseaux très complexes, de compteurs capables de mesurer avec la même précision des courants directs et inverses, les diffi- cultés et-les influences qu'il fallait déjà vaincre dans les compteurs unidirectionnels se multiplient considérablement et il. devient très difficile d'obtenir des courbes de réponse ayant la précision voulue pour satisfaire aux examens d'homologation. C'est la raison pour laquelle aucun.compteur à roue, destiné notamment à la mesure de fluides gazeux légers, n'a reçu d'homologation pour la mesure dans les deux sens d'écoulement (direct et inverse).
La présente invention permet de résoudre ces difficultés et de réaliser un compteur à roue adapté aussi bien à la mesure de débits directs qu'à celle de débits inverses. A partir d'un compteur à roue de construction connue dont l'organe de mesure reçoit une poussée tangentielle, selon l'invention on donne à la trajectoire d'écoulement du
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fluide tant en amoht qu'en aval de la roue de mesure, une forme :Il.spirale, les deux spirales, celle d'entrée et celle de sortie, se rejoignant sur la roue de mesure, leur sec- tion allant en décroissant vers l'amont de l'écoulement pour croître à nouveau vers l'aval.
L"expression"trajectoire en spirale" utilisée pour définir l'invention embrasse tous les éléments tels qu'enveloppe, raccords et, le cas échéant, éléments directeurs, qui amènent le fluide à la roue de mesure sous forme d'un courant accéléré en spirale et l'en éloignent sous forme d'un courant ralenti en spirale, de manière à assurer, de part et d'autre de la roue, une transformation, d'énergie suivant les mêmes lois.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les par- ticularités qui ressortent tant du texte que du dessin fai-' sant, bien entendu, partie de la dite invention.
Dans le mode de réalisation de l'invention représenté avec diverses coupes et sous divers angles sur les figures 1 et 3, on voit la roue de mesure 1 d'un comp- teur à courant tangentiel dont le boîtier se compose de deux parties en spirale 2 et 3, l'une en amont et l'autre en aval de la roue. La partie 2 est pourvue d'un raccord 4, la partie 3 d'un raccord 5. La face supérieure de la partie 2 du boit-ier est constituée par un collet 6 formant couvercle, la partie 3 du boîtier étant fermée par un collet cor- respondant 7. Le collet 6 comporte un prolongement cylin- drique 8 et le collet 7 un prolongement correspondant 9.
Ces prolongements sont formés par des fonds 10 et 11 sur lesquels sont montés les paliers 12 et 13 de 1'arbre fixe 14 de la roue ' de me sure . La roue 11 comporte un disque central 15 pourvu d'une couronne à profil concave
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16 dans laquelle les aubes 17 sont montées, de préférence radialement par rapport à l'arbre 14 de la roue de mesure (figure.3). Le mouvement de rotation de l'arbre 14 est transmis, comme dans les modes dé réalisation connus, au . moyen d'une vis sans fin 18 et d'engrenages de transmission habituels à un mécanisme indicateur 21 logé dans un capot 19.
La figure 2 représente, par sa partie gauche, une vue en plan comprenant le couvercle 6 et une coupe par le prolongement cylindrique 8, et du coté droit une coupe horizontale à travers la partie 2 du boîtier. On voit le tracé en spirale de la paroi extérieure 2' et de la paroi intérieure 2" dont la continuation du côté gauche de la fi- gure a été indiquée en traits mixtes. La figure 1 montre . ces deux parois en coupe verticale.
Le fluide s'engageant entre elles est, défléchi par les aubes directrices 22, 23, 24 qui, sur la partie gauche de la figure 2, ont également été indiquées en lignes discontinues, et par la paroi 2" du boîtier sous forme d'un courant accéléré se dirigeant vers la zone de mesure 1 à travers des canaux en spirale débouchant presque tangentiellement, c'est-à-dire perpen- diculairement aux surfaces des aubes 17. Ce courant, en conservant le même sens giratoire que la roue, s'écoule vers le raccord 5,'par la partie 3 du bottier, en ralentissant,
On voit sur la figure 2 le tracé de la paroi extérieure 3t et de la paroi intérieure 3" de la partie 3 du boitier.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1-3, l'accélération et le ralentissement du cou- rant résultent de la diminution de la section des canaux en spirale ménagés entre les parois intérieure et extérieure en se rapprochant de la roue. Les figures 4 et 5 repré- sentent un mode de réalisation qui est cinématiquement équi- valent à celui des figures l à 3. Toutefois, dans cette variante, les parois intérieure et extérieure délimitant
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les canaux en spirale sont concentriques,donc à espace- ment constant, et c'est la hauteur de la trajectoire d'écoulement qui diminue en se rapprochant du tambour.
Dans les exemples de réalisation des figures 1 et 4, les parties 2 et 3 du boîtier ont u.ne forme conique, la partie 2 faisant avec le plan de symétrie I-I du tambour 1 un angle , tandis que la partie 3 fait avec celui-ci un angle/3. Cette disposition a pour but, conjointement au profil convexe de la couronne 16 de la roue, de faire passer le fluide dont on mesure le débit d'une partie du boîtier à l'autre en perturbant l'écoulement le moins possible. Il est facile de voir que ce passage s'effectue avec un minimum de perturbation quand c = ss et que les axes de sy- métrie II et III des deux parties du boîtier sont parallèles ou passent par le point 0 sur l'axe.
Lorsque les angles @ et ss ont des valeurs différentes, le courant de fluide subit à son passage d'une partie du boîtier à l'autre une déflexion à l'intérieur de la couronne 16 de la roue de mesure et produit une poussée axiale qui peut être utilisée pour soulager le palier d'appui de l'arbre 14. Il va sans dire que l'on peut donner à la section d'écoulement d'autres profils par exemple unprofil hémisphérique, elliptique, parabolique à calotte sectionnée ou toute autre forme appropriée. Dans tous les cas, on obtient un écoulement libre dans les deux sens.
Dans les modes de réalisation décrits, on a prévu de courtes aubes directrices 22, 23, 24 qui peuvent avoir une forme appropriée quelconque. C'est ainsi, par exemple, que l'on peut diviser une aube continue en plusieurs sections qui seront montées décalées entre elles pour obtenir un meilleur arrosage de sa paroi et rendre plus difficile le dépôt d'impuretés. Afin de pouvoir corriger le
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profil des vitesses du fluide à son entrée dans"la roue de mesure, il est possible de donner une forme rectiligne ou ou tourbée/à décrochement à la dernière partie des aubes directri- ces.
Etant donné qu'il n'est pas exclu que les ca- naux présentent des résistances à l'écoulement différentes, il est possible d'y prévoir des obstacles supplémentaires (clapets, étranglements, etc..) permettant de modifier ces résistances. Le moyen le plus simple consiste à utiliser des vis, ou des éléments équivalents, s'insérant dans les canaux à travers la paroi d'enveloppe. Ces résistances supplémentaires permettent de compenser d'éventuelles inégalités de charge sur le pourtour ou sur les aubes de la roue de mesure 1.
Dans certains cas, il est nécessaire de prévoir des moyens pour régler le débit du fluide traversant le compteur, par exemple afin d'adapter sa gamme de mesure aux faibles consommations nocturnes. On peut utiliser à cette fin un cylindre mobile à parois minces (cylindre double) disposé coaxialement à l'arbre 14 entre les parties 2 et 3 du boîtier et la roue 1, ce cylindre étant mobile axia- lement de manière à modifier par son mouvement, soit d'une manière continue, soit par échelons, les sections d'admission et d'échappement, tandis qu'intervient simultanément un changement de rapport dans le train d'engrenages accouplé au mécanisme indicateur. Il a semblé superflu de représenter cette variante sur le dessin.
La roue de mesure 1, qui est très légère, comporte des aubes dont les faces sont perpendiculaires à la direction d'écoulement et qui, selon le sens de l'écoulement, font fonction de surfaces d'entraînement ou de freinage.
Pour que cette différence soit plus marquée, il est
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possible de diminuer considérablement l'inertie de la roue 1 en supprimant la couronne 16, de telle sorte que la roue ne comprenne plus que le disque 15 et les aubes 17. On divise en ce cas la couronne 16 en deux parties suivant le plan 1-1 et l'on en fixe la moitié supérieure au couvercle 6 et la moitié inférieure au couvercle 7. Lntre ces deux demi- couronnes, on ménage une étroite fente circulaire dans la- quelle le disque 16 de la roue 1 peut se déplacer libre- ment avec un jeu réduit, en traînant les aubes 17 dans l'espace annula.ire délimité par la couronne divisée 16.
Cet agencement est facile à comprendre et à imaginer, et il a semblé superflu de le représenter par un dessin. -
Etant donné qu'il est possible de s'arranger pour que la roue 1 soit très légère et'tourne très facilement, et que le fluide frappe la surface des aubes presque perpendiculairement, cette roue entre en rotation pour de très faibles vitesses d'écoulement quelle que soit la direction du flux frappant les aubes 17. Etant donné, en outre, que les parties 2 et 3 du boîtier sont calculées de manière que des débits identiques de fluide arrivent à la roue de mesure 1 à la même vitesse quel que soit le sens d'écoulement du fluide, on comprend aisément que le compteur de l'invention ait une bonne précision dans' les deux sens.
Le rapport de transmission entre la roue 1 et le mécanisme indicateur 21 reste inchangé quelle que soit la direction de l'écoulement et les faces des aubes 17 de la roue 1 ne dévient pas le courant de fluide qui les frappe presque perpendiculairement, mais sont entraînés par lui.
Cette égalité d'indication du compteur dans les deux sens d'écoulement peut être utilisée pour contrôler celui-ci.
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après un certain temps de service, en intervertissant son entrée et sa sortie, soit par une rotation à 180 , soit par une commutation convenable des canalisations auxquelles il est raccordé. Les résultats doivent être identiques dans les deux sens d'écoulement, sinon une révision s'impose.
Dans les exemples de réalisation représentés sur les figures 1 à 5: la paroi inférieure de la partie 2 du boîtier et la paroi supérieure de la partie 3 du boîtier se prolongent directement (cf. en 25 figure 1). Nais ces parties d'enveloppe pourraient également être espacées et reliées par un tube cylindrique coaxial à l'arbre 14 de la roue de mesure.
Dans cette variante (non représentée) la couronne 10 de la roue 1 ou les deux demi-couronnes fixées aux collets 6 et 7 devront être pourvues de prolongements cylindriques correspondants. Il en résulte une extension de la surface des aubes 17, entraînant une augmentation correspondante du couple transmis par le fluide à la roue 1 et, par conséquent, de la précision des mesures.
Les modes de réalisation décrits jusqu'ici ont tous un boîtier en spirale, mais il va de soi que celui-ci pourrait avoir n'importe quelle autre forme appropriée à condition que les trajectoires d'écoulement à l'entrée et à la sortie soient agencées, au moyen de dispositifs ou d'éléments directeurs, conformément à l'invention. A cet égard, il importe peu que chaque élément directeur, tel qu'une aube, soit monté isolément (par exemple au moyen d'arrêts, de rainures, de pivots, etc. ) dans le boîtier, ou que des appareils directeurs complets soient incorporés
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r au boîtier du compteur, toutes ces variantes de construc- tion et d'autres étant possibles sans sortir du cadre de l'invention.
La figure 6 illustre une série d'autres modes de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les parties 26 et 27 du boîtier correspondent aux parties 2 et 3 des figures 1 et 4. Dans la partie 26 est monté coaxialement un élément de guidage conique 28 pourvu d'une lame direc- trice 29 de forme hélicoïdale appuyée contre la paroi 26.
Le fluide entrant par le bas se trouve constamment accéléré par suite du rétrécissement continu de la trajectoire d'écoulement et atteint sa vitesse maximum au moment de s'engager tangentiellement dans la roue de mesure 1.
Ensuite, le fluide pénètre dans la partie 27 du boîtier. Afin de représenter plusieurs variantes d'exé- cution sur la même figure, on a réalisé la trajectoire su- périeure, non pas comme la trajectoire inférieure (parois 26, 28, 29), mais au moyen d'une partie de boîtier 27 s'évasant en un cône qui renferme un noyau cylindrique 30.
Ce noyau est supporté par des éléments directeurs 31 ayant le même sens d'enroulement que les éléments directeurs 29 et qui sont agencés de manière à ralentir le courant accéléré dans la partie 26 du boîtier.
Au lieu des parties 27,30 du boîtier, il est également possible d'utiliser la partie 2 du boîtier des figures 2 ou 4 du dessin. Cette variante est également re- présentée. sur la figure 6, à la moitié de gauche de celle- ci, où cette partie du boîtier porte la référence 32. La figure montre la disposition pratique d'un tel mode de réalisation. La roue 1 n'est représentée qu'avec une moitié--
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de sa couronne 16 et ses aubes sont adaptées à la direction d'écoulement du fluide.
Dans tous les exemples de réalisation représentés sur le dessin, on retrouve dans les parties de boîtier 2, 3,26 et 27 ou 26 et 32, en combinaison selon l'invention, l'écoulement (connu) en spirale, l'orientation opposée vers l'intérieur et vers l'extérieur des trajectoires en spirale dans les deux parties du boîtier, le passage d'une trajectoire en spirale à l'autre au niveau de la roue de mesure et la réduction de la section d'écoulement à mesure qu'on se rapproche du pourtour de la roue de mesure.
En principe, un écoulement en spirale, tant qu'on,ne lui retire pas de l'énergie, est régi par la loi des aires qui dit que le produit de la composante périphé- rique cu de la vitesse du courant, en n'importe quel point de sa trajectoire, par la distance r qui sépare ce point du centre de rotation O (voir figure 2) est constant. Ceci donne : r x cu = constante, d'où il découle'que la vitesse -.périphérique ou de rotation est maximum lorsque r est mini- mum, ce qui est le cas au niveau de la roue de mesure 1.
Lorsque les distances verticales Ro séparant les lignes mé- dianes des,raccords 4,5 du centre de rotation 0 sont égales, il est facile de voir que les vitesses d'entrée et de sortie c4 et c5 sont elles aussi égales, dans les raccords, car on a : c4 = cu4 et c5 = cu5. La loi des aires (R8 x cu4 = r x cu = Ro x ou,), la configuration en spirale de la trajectoire et l'équation de continuité F x c = constante, permettant de calculer la section de passage F correspondant à chaque r.
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La composante radiale de vitesse cm, centrifuge ou centripète; est donnée dans les deux cas par l'équation :
EMI11.1
Q cm b . dans laquelle Q est le débit par seconde et b l'espacement des parois latérales de l'enveloppe en spirale le long du cercle 2Òr. Avec des parois latérales parallèles, -comme c'est le cas par exemple sur les figs. 4. et 5) on a Q = constante et b = constante de sorte que : cm x r = constant Du fait que r x cu est constant on a également ; cm. r /c.r constante. Il en résulte cm = constante = tg.8 = cu. r cu d.r/r.d.@ du fait que la direction de la vitesse et celle r. d.@ des lignes d'écoulement coïncident. Dans ce cas r et @ sont les coordonnées polaires rapportées au centre de rotation 0.
Les aubes directrices sont alors, du fait qu'on constante, a tg# = / des spirales logarithmiques. Les aubes directrices pourraient évidemment tout aussi bien avoir une autre forme, celle-ci dépendant de le configuration de la sec- tion le long de la trajectoire en spirale.
Lorsqu'un fluide gazeux pénètre dans le compteur sous une pression absolue P1 et en sort sous une pression P3, la pression de sortie P3 devrait selon l'égalité de Bernouilli c4 = c (voir ci-dessus) être égale à la pression d'entrée P1. Pratiquement on serre cette égalité de très près. De même, la vitesse d'écoulement à l'entrée de la roue de mesure 1 permet de déterminer la pression
V P2 qui/règne.La montée de pression de P2 à P3 se produit comme dans un tube de Venturi avec cependant cette différence essentielle et avantageuse, que la remontée de la pression n'est pas due uniquement à l'agrandissement de la section de passage, mais est renforcée par le mou- vement de rotation du fluide suivant la loi des aires.
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La forme en spirale des trajectoires d'entrée et de sortie, la réalisation décrite de la roue de mesure 1 et l'attaque presque perpendiculaire des aubes de la roue par le fluide, permettent d'éliminer les défauts et perturbations qui résultent inévitablement de l'ins- tallation d'une roue à aubes dans la section la plus étroite d'un tube de Venturi et qui non seulement corné promettent la récupération de pression normalement assurée par le tube de Venturi, mais encore, par suite des processus complexes d'écoulement qui en découlent, ne permettent pas de réaliser un appareil de mesure capable de satisfaire aux épreuves d'homologation pour des mesures dans les deux sens d'écoulement.
Dans les modes de réalisation de l'invention cor- respondant aux figs. 1 à 5, on substitue dans une certaine mesure à un tube de Venturi à axe droit, un tube à axe en spirale (parties 2 et 3 du boîtier et couronne 16). Cette idée est également matérialisée dans les autres exemples de réalisation.
Dans les compteurs destinés aux mesures en sens direct et en sens inverse d'écoulement, il ne suffit pas que la précision reste satisfaisante jusqu'à un débit de l'ordre de 10% environ du débit normal. Il faut au contraire que lors du changement du sens de ltécoulement un tel compteur soit encore à même de contrôler des débits inférieurs à la limite ci-dessus. Le domaine de mesure du compteur selon l'invention a été étendu vers le,bas à un point tel que les pertes inévitables qui se produisent lors de l'inversion de marche du compteur sont négligeables comparativement aux indications globales de celui-ci.
'Il va de soi que des,modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être
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décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la. présente invention.
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The precision of the indications supplied by the meters comprising a measuring wheel is all the greater as the factor of the energy of the fluid current, necessary to drive the wheel, is lower. Therefore, satisfactory measurement of the flow rate of light gaseous fluids requires a flow rate as high as
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possible near the wheel. Moreover, given that for the above reasons as well as because of the homologation requirements, the pressure expenditure of a meter must be low, it is important that the fluid travels inside the meter on a trajectory. which, while determining a maximum potential in the region of the measuring wheel, at the same time ensures a minimum of pressure drops.
It is therefore necessary to seek first a good pressure recovery, as in a Venturi tube for example, and to avoid all possible causes of resistance to the flow such as sudden variations in the flow section, and spaces dead in which move the vanes of the measuring wheel where the fluid circulates.
If there is a need, as is the case nowadays more and more, given the accumulation effect of very complex networks, of meters capable of measuring with the same precision direct and reverse currents, the difficulties and- the influences which already had to be overcome in the one-way counters multiply considerably and there. becomes very difficult to obtain response curves with the required precision to pass certification exams. This is the reason why no wheel meter, intended in particular for measuring light gaseous fluids, has received approval for measurement in both directions of flow (direct and reverse).
The present invention makes it possible to resolve these difficulties and to produce a wheel meter suitable both for measuring direct flows and for measuring reverse flows. From a wheel counter of known construction, the measuring member of which receives a tangential thrust, according to the invention, the flow path of the
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fluid both upstream and downstream of the measuring wheel, one form: II spiral, the two spirals, the inlet and the outlet, meeting on the measuring wheel, their section decreasing towards upstream of the flow to grow again downstream.
The expression "spiral path" used to define the invention embraces all elements such as casing, fittings and, where appropriate, directing elements, which supply the fluid to the measuring wheel in the form of an accelerated current in spiral and away from it in the form of a slowed spiral current, so as to ensure, on either side of the wheel, a transformation of energy according to the same laws.
The description which will follow with reference to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will clearly explain how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing, of course. , part of said invention.
In the embodiment of the invention shown with various cross sections and at various angles in Figures 1 and 3, the measuring wheel 1 of a tangential current meter is seen, the housing of which consists of two spiral parts. 2 and 3, one upstream and the other downstream of the wheel. Part 2 is provided with a fitting 4, part 3 with a fitting 5. The upper face of part 2 of the box is constituted by a collar 6 forming a cover, part 3 of the box being closed by a collar corresponding 7. The collar 6 comprises a cylindrical extension 8 and the collar 7 a corresponding extension 9.
These extensions are formed by bases 10 and 11 on which the bearings 12 and 13 of the fixed shaft 14 of the measuring wheel are mounted. The wheel 11 comprises a central disc 15 provided with a crown with a concave profile
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16 in which the vanes 17 are mounted, preferably radially with respect to the shaft 14 of the measuring wheel (FIG. 3). The rotational movement of the shaft 14 is transmitted, as in the known embodiments, to. by means of a worm 18 and the usual transmission gears to an indicator mechanism 21 housed in a cover 19.
FIG. 2 shows, by its left part, a plan view comprising the cover 6 and a section through the cylindrical extension 8, and on the right side a horizontal section through the part 2 of the housing. The spiral outline of the outer wall 2 'and the inner wall 2 "can be seen, the continuation of which on the left side of the figure has been indicated in phantom. Figure 1 shows these two walls in vertical section.
The fluid engaging between them is deflected by the guide vanes 22, 23, 24 which, on the left part of Figure 2, have also been indicated in broken lines, and by the wall 2 "of the housing in the form of an accelerated current going towards the measurement zone 1 through spiral channels opening almost tangentially, that is to say perpendicular to the surfaces of the blades 17. This current, keeping the same gyratory direction as the wheel, flows towards fitting 5, 'through part 3 of the casing, slowing down,
We see in Figure 2 the outline of the outer wall 3t and the inner wall 3 "of part 3 of the housing.
In the embodiment shown in FIGS. 1-3, the acceleration and deceleration of the current result from the reduction in the cross section of the spiral channels formed between the inner and outer walls as they approach the wheel. Figures 4 and 5 show an embodiment which is kinematically equivalent to that of Figures 1 to 3. However, in this variant, the inner and outer walls delimiting
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the spiral channels are concentric, therefore at constant spacing, and it is the height of the flow path which decreases as it approaches the drum.
In the embodiments of Figures 1 and 4, parts 2 and 3 of the housing have a conical shape, part 2 forming an angle with the plane of symmetry II of the drum 1, while part 3 forms with it. ci an angle / 3. The purpose of this arrangement, together with the convex profile of the crown 16 of the wheel, is to pass the fluid whose flow rate is measured from one part of the housing to the other while disturbing the flow as little as possible. It is easy to see that this passage takes place with a minimum of disturbance when c = ss and the symmetry axes II and III of the two parts of the housing are parallel or pass through point 0 on the axis.
When the angles @ and ss have different values, the flow of fluid undergoes on its passage from one part of the housing to the other a deflection inside the ring 16 of the measuring wheel and produces an axial thrust which can be used to relieve the support bearing of the shaft 14. It goes without saying that the flow section can be given other profiles, for example a hemispherical, elliptical, parabolic profile with a sectioned cap or any other profile. appropriate form. In all cases, a free flow is obtained in both directions.
In the embodiments described, short guide vanes 22, 23, 24 are provided which may have any suitable shape. Thus, for example, a continuous blade can be divided into several sections which will be mounted offset from one another to obtain better watering of its wall and make it more difficult to deposit impurities. In order to be able to correct the
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profile of the velocities of the fluid at its entry into the measuring wheel, it is possible to give a rectilinear or or peaty / stepped shape to the last part of the directional vanes.
Since it is not excluded that the channels have different resistance to flow, it is possible to provide additional obstacles (valves, throttles, etc.) allowing these resistances to be modified. The easiest way is to use screws, or the like, that fit into the channels through the casing wall. These additional resistors make it possible to compensate for any unevenness in load on the periphery or on the vanes of the measuring wheel 1.
In certain cases, it is necessary to provide means for adjusting the flow rate of the fluid passing through the meter, for example in order to adapt its measurement range to low nighttime consumption. A thin-walled movable cylinder (double cylinder) can be used for this purpose, arranged coaxially with the shaft 14 between parts 2 and 3 of the housing and the wheel 1, this cylinder being axially movable so as to modify by its movement , either continuously or in stages, the intake and exhaust sections, while simultaneously a change of ratio occurs in the gear train coupled to the indicator mechanism. It seemed superfluous to represent this variant in the drawing.
The measuring wheel 1, which is very light, comprises vanes whose faces are perpendicular to the direction of flow and which, depending on the direction of flow, act as driving or braking surfaces.
To make this difference more pronounced, it is
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possible to considerably reduce the inertia of the wheel 1 by removing the crown 16, so that the wheel only comprises the disc 15 and the vanes 17. In this case, the crown 16 is divided into two parts along the plane 1 -1 and the upper half is fixed to the cover 6 and the lower half to the cover 7. Between these two half-crowns, a narrow circular slot is made in which the disc 16 of the wheel 1 can move freely. - ment with a reduced clearance, by dragging the blades 17 in the annula.ire space delimited by the divided crown 16.
This arrangement is easy to understand and imagine, and it seemed superfluous to represent it in a drawing. -
Since it is possible to arrange that impeller 1 is very light and turns very easily, and that the fluid hits the surface of the blades almost perpendicularly, this impeller rotates at very low flow speeds. whatever the direction of the flow striking the vanes 17. Given, moreover, that the parts 2 and 3 of the housing are calculated so that identical flows of fluid arrive at the measuring wheel 1 at the same speed whatever the direction of flow of the fluid, it is easily understood that the meter of the invention has good precision in both directions.
The transmission ratio between impeller 1 and indicator mechanism 21 remains unchanged regardless of the direction of flow and the faces of the vanes 17 of impeller 1 do not deflect the flow of fluid which strikes them almost perpendicularly, but are driven. by him.
This equal indication of the meter in both directions of flow can be used to control the flow.
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after a certain service time, by reversing its inlet and outlet, either by a 180-degree rotation, or by suitable switching of the pipes to which it is connected. The results must be identical in both directions of flow, otherwise a revision is necessary.
In the embodiments shown in FIGS. 1 to 5: the lower wall of part 2 of the housing and the upper wall of part 3 of the housing extend directly (cf. in FIG. 1). But these casing parts could also be spaced apart and connected by a cylindrical tube coaxial with the shaft 14 of the measuring wheel.
In this variant (not shown) the crown 10 of the wheel 1 or the two half-crowns fixed to the collars 6 and 7 must be provided with corresponding cylindrical extensions. This results in an extension of the surface of the blades 17, resulting in a corresponding increase in the torque transmitted by the fluid to the wheel 1 and, consequently, in the precision of the measurements.
The embodiments described so far all have a spiral casing, but it goes without saying that this could have any other suitable shape as long as the inlet and outlet flow paths are. arranged by means of devices or directing elements, in accordance with the invention. In this regard, it does not matter whether each directing element, such as a vane, is mounted in isolation (e.g. by means of stops, grooves, pivots, etc.) in the housing, or whether complete directing devices are incorporated
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r to the meter housing, all of these construction variants and others being possible without departing from the scope of the invention.
Figure 6 illustrates a series of other embodiments of the invention. In this figure, the parts 26 and 27 of the housing correspond to parts 2 and 3 of Figures 1 and 4. In the part 26 is mounted coaxially a conical guide element 28 provided with a guide blade 29 of helical shape pressed against. the wall 26.
The fluid entering from below is constantly accelerated as a result of the continuous narrowing of the flow path and reaches its maximum speed when tangentially engaging the measuring wheel 1.
Then the fluid enters part 27 of the housing. In order to represent several variant executions in the same figure, the upper trajectory has been produced, not like the lower trajectory (walls 26, 28, 29), but by means of a part of the housing 27 s 'flaring into a cone which encloses a cylindrical core 30.
This core is supported by directing elements 31 having the same direction of winding as the directing elements 29 and which are arranged so as to slow down the accelerated current in the part 26 of the housing.
Instead of parts 27,30 of the housing, it is also possible to use part 2 of the housing of Figures 2 or 4 of the drawing. This variant is also shown. in FIG. 6, at the left half thereof, where this part of the case bears the reference 32. The figure shows the practical arrangement of such an embodiment. Wheel 1 is only shown with one half -
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of its crown 16 and its vanes are adapted to the direction of flow of the fluid.
In all the exemplary embodiments shown in the drawing, we find in the housing parts 2, 3,26 and 27 or 26 and 32, in combination according to the invention, the (known) spiral flow, the opposite orientation inward and outward spiral paths in both parts of the housing, changing from one spiral path to another at the measuring wheel and reducing the flow section as that we get closer to the circumference of the measuring wheel.
In principle, a spiral flow, as long as energy is not removed from it, is governed by the law of areas which says that the product of the peripheral component cu of the speed of the current, in n ' any point of its trajectory, by the distance r which separates this point from the center of rotation O (see figure 2) is constant. This gives: r x cu = constant, from which it follows that the peripheral or rotational speed is maximum when r is minimum, which is the case at the level of the measuring wheel 1.
When the vertical distances Ro separating the midlines of the fittings 4,5 from the center of rotation 0 are equal, it is easy to see that the inlet and outlet speeds c4 and c5 are also equal, in the fittings , because we have: c4 = cu4 and c5 = cu5. The law of areas (R8 x cu4 = r x cu = Ro x or,), the spiral configuration of the trajectory and the continuity equation F x c = constant, making it possible to calculate the passage section F corresponding to each r.
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The radial component of velocity cm, centrifugal or centripetal; is given in both cases by the equation:
EMI11.1
Q cm b. where Q is the flow rate per second and b the spacing of the sidewalls of the spiral casing along the circle 2Òr. With parallel side walls, -as is the case for example in Figs. 4. and 5) we have Q = constant and b = constant so that: cm x r = constant Because r x cu is constant we also have; cm. r /c.r constant. This results in cm = constant = tg. 8 = cu. r cu d.r / r.d. @ due to the fact that the direction of the speed and that r. d. @ flow lines coincide. In this case r and @ are the polar coordinates referred to the center of rotation 0.
The guide vanes are then, because we are constant, a tg # = / logarithmic spirals. The guide vanes could of course have another shape as well, this depending on the configuration of the section along the spiral path.
When a gaseous fluid enters the meter under an absolute pressure P1 and leaves it under a pressure P3, the outlet pressure P3 should according to Bernouilli's equality c4 = c (see above) be equal to the pressure of input P1. In practice, we tighten this equality very closely. Likewise, the flow velocity at the inlet of the measuring wheel 1 makes it possible to determine the pressure
V P2 which reigns The rise in pressure from P2 to P3 occurs as in a Venturi tube with, however, this essential and advantageous difference, that the rise in pressure is not due solely to the enlargement of the section of passage, but is reinforced by the rotational movement of the fluid according to the law of areas.
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The spiral shape of the entry and exit paths, the described embodiment of the measuring wheel 1 and the almost perpendicular attack of the impeller vanes by the fluid, make it possible to eliminate the faults and disturbances which inevitably result from the 'installation of an impeller in the narrowest section of a Venturi tube and which not only promises the pressure recovery normally provided by the Venturi tube, but also, as a result of the complex processes of flow resulting therefrom do not allow a measuring device capable of satisfying the homologation tests for measurements in both directions of flow.
In the embodiments of the invention corresponding to FIGS. 1 to 5, a tube with a straight axis is replaced to a certain extent by a tube with a spiral axis (parts 2 and 3 of the case and crown 16). This idea is also embodied in the other exemplary embodiments.
In meters intended for measurements in the forward direction and in the reverse direction of flow, it is not sufficient for the precision to remain satisfactory up to a flow rate of the order of about 10% of the normal flow rate. On the contrary, when changing the direction of flow, such a meter must still be able to control flow rates below the above limit. The measuring range of the meter according to the invention has been extended downwards to such an extent that the inevitable losses which occur during the reversal of operation of the meter are negligible compared to the overall indications of the latter.
It goes without saying that modifications can be made to the embodiments which have just been
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described, in particular by substitution of equivalent technical means, without going beyond the scope of. present invention.