Compteur de fluide à rotor
La présente invention se rapporte à un compteur de fluide à rotor présentant des aubes disposées en deux hélices coaxiales de pas contraires et montées de part et d'autre d'un tube solidaire du rotor, une pièce d'inversion du sens du courant du fluide étant disposée d'un côté du rotor, les sections d'entrée et de sortie du fluide dans et hors du rotor se trouvant de ce fait de l'autre côté de celui-ci.
Ce compteur de fluide est caractérisé en ce que ladite section d'entrée est plus petite que ladite section de sortie.
Dans le dessin, la fig. 1 représente un compteur d'eau d'un type connu ne faisant pas l'objet de la présente invention. L'eau entre par la tubulure 1 et est dirigée sur les aubes de l'hélice intérieure 3 par le convergent 2 présentant des aubes fixes 4. A la sortie de l'hélice intérieure, une pièce d'inversion ou déflecteur 5, muni ou non d'aubes fixes 6, inverse le courant d'eau et le dirige en filets sur les aubes de l'hélice extérieure 7.
Les aubes 7 et les aubes 3 sont l'une au pas à droite et l'autre au pas à gauche.
A la sortie de l'hélice extérieure le courant d'eau est divisé en filets parallèles à l'axe de rotation par les aubes fixes 8, également solidaires du convergent 2 ; l'eau est évacuée par la tubulure de sortie 10.
Les aubes fixes 4 supportent une pièce centrale 11 tenant lieu de palier du pivot inférieur du rotor.
Les aubes fixes 8 supportent un tube fixe 9 ; la section de passage sur l'hélice extérieure est égale à la section de passage sur l'hélice intérieure. Par suite de la perte de charge, il existe donc une différence de pression de part et d'autre de l'espace annulaire 16, c'est-à-dire entre l'enrée dans l'hélice intérieure et la sortie de l'hélice extérieure.
Cette différence de pression produit:
a) Une fuite d'eau fonction de la hauteur de l'espace 16, d'où résulte des erreurs de comptage et une perte de sensibilité du compteur.
b) Une poussée axiale sur le rotor provoquant une usure rapide des pivots, d'où résulte un manque de fidélité du compteur, l'usure des pivots entraînant une variation de la hauteur de l'espace 16.
Les fig. 2 à 9 du dessin, représentent diverses formes d'exécution et variantes du compteur objet de l'invention, données à titre d'exemple.
La fig. 2 représente un compteur de fluide.
Les fig. 3 à 5 représentent des variantes de construction.
La fig. 6 est une vue d'une partie du compteur fig. 2.
Les fig. 7 et 8 sont des vues analogues, mais avec d'autres dispositions des aubes.
La fig. 9 représente une autre variante de construction.
La fig. 2 représente un compteur d'eau dont le rotor comporte une hélice intérieure 3 ayant un nombre n de pales au pas P et une hauteur H et une hélice extérieure 7' ayant un nombre n de pales au pas et une hauteur h . Les valeurs N, n, P, p,
H, h sont choisies de telle manière que la somme des surfaces exposées au frottement de l'eau et relative à l'hélice intérieure, soit égale à la somme de ces surfaces relative à l'hélice extérieure, cela afin d'équilibrer les poussées axiales.
D'autre part, on choisit la section d'entrée
Se plus petite que la section de sortie Ss. Ces sections se trouvent dans le plan A1 B1 qu'on a appelées plan de fuite .
On voit ainsi qu'en 16, le flux d'entrée Se dans le rotor communique avec le flux de sortie Ss du rotor.
On voit que si la section Ss est plus grande que la section Se, il y a évidemment diminution de vitesse côté sortie, donc effet Bernoulli, ce qui tend à égaliser les pressions dans les deux sections et à supprimer ou à réduire la fuite.
La quantité de fluide fuyant entre l'amont et l'aval du rotor n'est donc pas comptée; cette erreur de comptage est fonction de la différence de pression entre l'amont et l'aval, différence de pression due uniquement à la perte de charge de l'appareil dans le cas où les sections de Se et Ss sont égales.
L'invention a pour but de réduire le plus possible cette différence de pression, donc à augmenter la pression statique à l'aval. Or, la formule Bernoulli s'écrit:
VE2 PE ¯ VS2 + PS Pf 2g ô b 2g ô + ö
VE et Vs étant les vitesses à l'entrée et à la sortie, PE et Ps étant les pressions statiques à l'entrée et à la sortie, P1 étant la perte de charge due aux frottements, ô étant le poids spécifique du liquide.
Si donc, à la sortie, on diminue Vs, la pression statique P5 augmentera et pourra se rapprocher de PE. et réduire ainsi la fuite.
La fig. 3 est une variante pouvant se combiner ou non avec la forme d'exécution décrite ci-dessus dans laquelle on réalise la réduction de vitesse de l'eau à la hauteur de l'espace 16, côté sortie de l'hélice extérieure à l'aide d'une partie conique divergente 18, le tube 17 séparant les deux hélices du rotor étant aminci à cet effet.
La fig 4 est une autre variante pouvant entrer en combinaison avec les dispositions représentées sur les fig. 2 et 3. La partie divergente 20 étant réalisée par évasement du tube 9'. Dans cette variante, pour faciliter la réalisation des pièces, qui doivent offrir à l'eau en mouvement des surfaces polies, afin de diminuer les frottements, on ne rend pas solidaire l'un de l'autre les aubes fixes 8' et le tube 9', ce qui permet l'usinage du cône 20.
La fig. 5 représente une autre façon d'agir sur la différence de section de passage à l'entrée de l'hélice intérieure et à la sortie de l'hélice extérieure: on choisit le diamètre d, plus petit que le diamètre D et le diamètre dl, plus grand que le diamètre D1, cela indépendamment ou conjointement.
La fig. 6 est une vue partielle sans le corps de la boîte de mesure du compteur fig. 2.
Cette fig. 6 montre une réalisation dans laquelle est créée une différence de vitesse entre l'entrée et la sortie du rotor, à l'aide des aubes fixes 4' et 8', la somme des sections droites étant plus grande pour les aubes fixes 4' que pour les aubes fixes 8', du fait que leur nombre est plus grand et leur épaisseur plus forte. Cette disposition réalise bien la différence de section de Bernoulli dans le sens convenable, c'est-à-dire section à la sortie plus grande qu'à l'entrée.
La fig. 7 montre également une vue partielle sans le corps de la boîte de mesure du compteur fig. 2 (vue par-dessus) ; cette disposition particulière des aubes fixes a pour but d'éliminer les vibrations (source d'usure des pivots qui pourraient se produire si le nombre de ces aubes était égal à celui des pales de l'hélice correspondante.
La fig. 8 est une vue partielle analogue, mais par-dessous, du déflecteur. Elle montre une disposition particulière des aubes fixes 6' du déflecteur 5', ayant également pour but d'éliminer les vibrations qui pourraient se produire si le nombre de ces aubes était égal au nombre des pales de l'hélice intérieure ou de l'hélice extérieure ou des deux hélices.
La fig. 9 représente une disposition particulière de l'espace annulaire 16 dans laquelle l'usure du pivot n'a que peu d'influence sur la grandeur de la fuite. En effet, dans cette solution, le convergent 2' recouvre sans frottement la base du tube 17' avec un jeu faible, mais toutefois suffisant pour assurer un bon fonctionnement du compteur (0,5 mm environ).
La perte de charge créée par cette chicane reste sensiblement constante pour de faibles variations de hauteur de l'espace 16. Cette action de la chicane peut être complétée en disposant la base du tube 9" au-dessus du plan contenant l'espace 16, ceci dans le but de réaliser une augmentation de section à la sortie.
Dans la formule de Bernoulli indiquée cidessus, P, est la perte de charge due au frottement des filets de fluide l'un sur l'autre, au frottement de la veine sur les diverses parois tant mobiles (comme sur 14 fig. 2), que fixes (comme sur 23 fig. 2); enfin, à la perte dans la pièce de renversement de sens du flux 5' et sur les barrettes se trouvant dans cette pièce.
II y a intérêt à égaliser le plus possible les frottements de part et d'autre du tube solidaire du rotor, de façon que les poussées sur les pivots du rotor se compensent; c'est dans ce but qu'on a disposé un tube 23 autour de l'hélice de sortie.
I1 est possible d'associer deux ou plusieurs des solutions décrites ci-dessus ou d'employer des moyens équivalents pour obtenir le même effet Bernoulli par la combinaison de la chambre de sortie de l'hélice extérieure avec un système divergent.
En particulier, l'entrée de l'eau peut se faire par l'hélice extérieure. Dans ce cas tous les dispositifs divergents doivent être appliqués à l'hélice intérieure qui se trouve côté sortie.
La combinaison des divergents avec l'hélice de sortie peut être appliquée à un compteur qui aurait ses deux hélices coaxiales mais dans le prolongement l'une de l'autre au lieu de les avoir à la même hauteur.
Rotor fluid meter
The present invention relates to a rotor fluid meter having vanes arranged in two coaxial propellers of opposite pitches and mounted on either side of a tube integral with the rotor, a part for reversing the direction of the fluid flow. being disposed on one side of the rotor, the fluid inlet and outlet sections in and out of the rotor thereby being located on the other side thereof.
This fluid meter is characterized in that said inlet section is smaller than said outlet section.
In the drawing, fig. 1 shows a water meter of a known type not forming the subject of the present invention. The water enters through the pipe 1 and is directed onto the vanes of the inner propeller 3 by the convergent 2 having fixed vanes 4. At the outlet of the inner propeller, an inversion part or deflector 5, fitted or no fixed blades 6, reverses the flow of water and directs it in threads on the blades of the outer propeller 7.
The vanes 7 and the vanes 3 are one in pitch to the right and the other in pitch to the left.
At the exit of the external propeller, the stream of water is divided into streams parallel to the axis of rotation by the fixed vanes 8, also integral with the convergent 2; the water is evacuated by the outlet pipe 10.
The fixed vanes 4 support a central part 11 serving as a bearing for the lower pivot of the rotor.
The fixed vanes 8 support a fixed tube 9; the passage section on the outer propeller is equal to the passage section on the internal propeller. As a result of the pressure drop, there is therefore a pressure difference on either side of the annular space 16, that is to say between the input into the internal propeller and the output of the outer propeller.
This pressure difference produces:
a) A water leak as a function of the height of space 16, resulting in counting errors and a loss of sensitivity of the meter.
b) An axial thrust on the rotor causing rapid wear of the pivots, resulting in a lack of fidelity of the meter, the wear of the pivots causing a variation in the height of the space 16.
Figs. 2 to 9 of the drawing show various embodiments and variants of the counter which is the subject of the invention, given by way of example.
Fig. 2 represents a fluid meter.
Figs. 3 to 5 represent construction variants.
Fig. 6 is a view of part of the counter FIG. 2.
Figs. 7 and 8 are similar views, but with other blade arrangements.
Fig. 9 shows another construction variant.
Fig. 2 shows a water meter, the rotor of which comprises an inner propeller 3 having a number n of blades at pitch P and a height H and an outer propeller 7 'having a number n of blades at pitch and a height h. The values N, n, P, p,
H, h are chosen such that the sum of the surfaces exposed to the friction of the water and relating to the internal propeller, is equal to the sum of these surfaces relating to the external propeller, in order to balance the thrusts axial.
On the other hand, we choose the entry section
Se smaller than the output section Ss. These sections are found in the plane A1 B1 which we called the flight plane.
It can thus be seen that in 16, the input flow Se in the rotor communicates with the output flow Ss of the rotor.
It can be seen that if the section Ss is greater than the section Se, there is obviously a reduction in speed on the outlet side, therefore the Bernoulli effect, which tends to equalize the pressures in the two sections and to eliminate or reduce the leak.
The quantity of fluid leaking between the upstream and downstream side of the rotor is therefore not counted; this counting error is a function of the pressure difference between the upstream and the downstream, a pressure difference due solely to the pressure drop of the device in the case where the sections of Se and Ss are equal.
The object of the invention is to reduce this pressure difference as much as possible, and therefore to increase the static pressure downstream. However, the Bernoulli formula is written:
VE2 PE ¯ VS2 + PS Pf 2g ô b 2g ô + ö
VE and Vs being the inlet and outlet speeds, PE and Ps being the static pressures at the inlet and at the outlet, P1 being the pressure drop due to friction, le being the specific weight of the liquid.
If therefore, at the exit, Vs is reduced, the static pressure P5 will increase and will be able to approach PE. and thereby reduce the leakage.
Fig. 3 is a variant which may or may not be combined with the embodiment described above in which the reduction in water speed is achieved at the height of the space 16, on the outlet side of the propeller outside the using a divergent conical part 18, the tube 17 separating the two propellers of the rotor being thinned for this purpose.
FIG. 4 is another variant which can be combined with the arrangements shown in FIGS. 2 and 3. The divergent part 20 being produced by flaring the tube 9 '. In this variant, to facilitate the production of the parts, which must provide the moving water with polished surfaces, in order to reduce friction, the fixed blades 8 'and the tube are not made integral with one another. 9 ', which allows the machining of the cone 20.
Fig. 5 shows another way of acting on the difference in passage section at the inlet of the inner propeller and at the outlet of the outer propeller: the diameter d is chosen, smaller than the diameter D and the diameter dl , larger than the diameter D1, independently or jointly.
Fig. 6 is a partial view without the body of the meter measurement box FIG. 2.
This fig. 6 shows an embodiment in which a speed difference is created between the inlet and the outlet of the rotor, using the fixed vanes 4 'and 8', the sum of the straight sections being greater for the fixed vanes 4 'than for the fixed vanes 8 ', because their number is greater and their thickness greater. This arrangement well realizes the difference in Bernoulli section in the proper direction, that is to say section at the exit greater than at the entrance.
Fig. 7 also shows a partial view without the body of the meter measurement box fig. 2 (view from above); the purpose of this particular arrangement of the fixed blades is to eliminate vibrations (a source of wear of the pivots which could occur if the number of these blades were equal to that of the blades of the corresponding propeller.
Fig. 8 is a similar partial view, but from below, of the deflector. It shows a particular arrangement of the fixed blades 6 'of the deflector 5', also having the aim of eliminating the vibrations which could occur if the number of these blades were equal to the number of the blades of the inner propeller or of the propeller. external or both propellers.
Fig. 9 shows a particular arrangement of the annular space 16 in which the wear of the pivot has only little influence on the size of the leak. In fact, in this solution, the convergent 2 ′ covers the base of the tube 17 ′ without friction with a small clearance, but still sufficient to ensure proper operation of the meter (approximately 0.5 mm).
The pressure drop created by this baffle remains substantially constant for small variations in the height of the space 16. This action of the baffle can be completed by placing the base of the tube 9 "above the plane containing the space 16, this in order to achieve an increase in section at the outlet.
In Bernoulli's formula given above, P, is the pressure drop due to the friction of the fluid streams one on the other, to the friction of the vein on the various mobile walls (as in 14 fig. 2), than fixed (as in 23 fig. 2); finally, to the loss in the flow direction reversal part 5 'and on the bars located in this part.
It is advantageous to equalize as much as possible the friction on either side of the tube integral with the rotor, so that the thrusts on the pivots of the rotor are compensated for; it is for this purpose that a tube 23 has been placed around the output propeller.
It is possible to combine two or more of the solutions described above or to employ equivalent means to obtain the same Bernoulli effect by combining the outlet chamber of the outer propeller with a divergent system.
In particular, the entry of water can be made by the external propeller. In this case all divergent devices must be applied to the inner propeller which is on the output side.
The combination of the divergences with the output propeller can be applied to a counter which would have its two coaxial propellers but in the extension of one another instead of having them at the same height.