Compteur à moulinet
Le brevet principal a pour objet un compteur du type à moulinet pour la mesure des volumes de fluide écoulés dans un circuit de distribution, comprenant, d'une part, une enveloppe tubulaire, limitée intérieurement par une surface cylindrique, et dans laquelle est disposé, du côté de l'arrivée du fluide dont on veut mesurer le débit volumique, un stabilisateur à palettes hélicoïdales fixes, destiné à imprimer au fluide qui le traverse un mouvement de rotation dans une direction fixe par rapport à l'axe général du compteur, quel que soit le débit de ce fluide et, d'autre part, un organe de mesure comprenant un moulinet monté à rotation libre autour de l'axe général du compteur à la suite dudit stabilisateur, l'axe de ce moulinet entraînant un compte-tours pour l'enregistrement du débit volumique du fluide traversant le compteur,
caractérisé par le fait que le moulinet est constitué par une turbine à ailettes conformées de façon à pouvoir dévier le fluide de la trajectoire qui lui a été imposée par le stabilisateur et recueillir ainsi une puissance aux dépens de ce fluide, ladite turbine étant en outre assujettie à un dispositif régulateur comprenant un organe de freinage destiné à créer un couple résistant variable sur la turbine, et un organe placé à l'arrière de ladite turbine pour détecter la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de cette turbine, et régler la variation du couple résistant de l'organe de freinage en fonction de ladite vitesse de rotation résiduelle du fluide pour ramener et maintenir constamment cette vitesse à une valeur nulle,
de façon que le compteur fonctionne dans les conditions de rendement maximum de la turbine pour lesquelles la vitesse de rotation de celle-ci est proportionnelle au débit volumique du fluide traversant le compteur.
Lorsque le fluide sort du moulinet à une vitesse de rotation résiduelle nulle, la puissance recueillie par le moulinet aux dépens du fluide qui le traverse est maximum. Dans ces conditions, le rendement du moulinet, c'est-à-dire le quotient de la puissance recueillie sur son axe par la puissance initiale du fluide du fait de la force vive de celui-ci à l'entrée dudit moulinet, est maximum. Dans les conditions de rendement maximum du moulinet, la vitesse de rotation de celui-ci est proportionnelle au débit volumique du fluide qui traverse le compteur, et le compte-tours entraîné par l'axe du moulinet peut alors intégrer le débit de fluide par rapport au temps et indiquer directement les volumes de fluide écoulés.
La présente invention concerne un perfectionnement au compteur de ce type, portant essentiellement sur le dispositif régulateur et permettant, entre autres avantages, d'élargir les limites d'utilisation du compteur aux faibles débits.
La présente invention a pour objet un compteur du type à moulinet pour la mesure de fluides écoulés dans un circuit de distribution, comprenant, d'une part, une enveloppe tubulaire, limitée intérieurement par une surface cylindrique et dans laquelle est disposé, du côté de l'arrivée du fluide dont on veut mesurer le débit volumique, un stabilisateur à palettes hélicoïdales, destiné à imprimer au fluide qui le traverse un mouvement de rotation autour de l'axe général du compteur et, d'autre part, un organe de mesure comprenant un moulinet monté à rotation libre autour de l'axe général du compteur à la suite dudit stabilisateur, l'axe de ce moulinet entraînant un compte-tours pour l'enregistrement du débit vo ludique du fluide traversant le compteur,
ledit moulinet étant constitué par une turbine à ailettes conformées de façon à pouvoir dévier le fluide de la trajectoire qui lui a été imposée par le stabilisateur et recueillir ainsi une puissance importante aux dépens de ce fluide, ladite turbine étant en outre assu jettie à un dispositif régulateur comprenant un organe détecteur placé à l'arrière de ladite turbine pour détecter la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de la turbine, ledit dispositif régulateur agissant sur la turbine pour ramener et maintenir constamment la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de la turbine à une valeur nulle, de façon que-le compteur fonctionne dans les conditions de rendement maximum de la turbine, pour lesquelles la vitesse de rotation de celle-ci est proportionnelle au débit volumique du fluide traversant le compteur.
Ce compteur est caractérisé en ce que ledit dispositif régulateur comprend un organe de réglage commandé par cet organe détecteur et agissant directement sur le fluide à l'entrée de la turbine pour modifier sa vitesse de rotation en fonction de la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de cette turbine, de façon à ramener constamment cette vitesse de rotation résiduelle à une valeur nulle, sans faire varier le débit du fluide qui traverse le compteur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Le compteur, tel qu'il est représenté au dessin, comprend une enveloppe généralement cylindrique 1, à l'intérieur de laquelle est monté un stabilisateur 2 à palettes mobiles 2a montées à pivotement entre l'enveloppe 1 et un carter central 3, au niveau de renflements la, 3a, prévus pour permettre le débattement des dites palettes ; le carter est maintenu en place par des pattes 3b soudées à la paroi intérieure de l'enveloppe 1. A la suite du stabilisateur est placé un moulinet constitué par une turbine axiale à action pure 4 composée d'un moyeu 4a, d'un flasque 4b et d'ailettes 4c portées par ledit moyeu et remplissant tout l'espace libre entre ce moyeu et l'enveloppe, au jeu mécanique près.
L'axe 5 de la turbine tourne dans deux paliers 6, 7 ménagés respectivement dans la paroi arrière et dans la paroi avant du carter 3, et entraîne, par l'intermédiaire d'un système à vis 8 et roue dentée 9, l'axe 10 d'un compte-tours qui tourne dans des paliers 11, 12 portés respectivement par le carter 3 et par l'enveloppe 1.
Le dispositif régulateur comporte une girouette 13 composée d'un moyeu 13a, d'un flasque 13objet d'ailettes radiales planes 13c, servant d'organe détecteur de la vitesse de rotation du fluide à la sortie de la turbine 4; l'axe 14 de la girouette tourne dans des paliers 15, 16 prévus respectivement dans la paroi avant et dans la paroi arrière du carter 17, maintenu en place par des pattes 17a soudées à la paroi intérieure de l'enveloppe 1 ; cet axe porte une vis sans fin 18 entraînant une roue dentée 19 calée sur un levier coudé 20 tourillonnant dans deux paliers 21, 22 portés respectivement par le carter 17 et l'enveloppe 1.
L'extrémité libre 20a du levier traverse une bague circulaire 23 au niveau d'un trou 23a et commande par l'intermédiaire de cette bague un jeu de leviers coudés 24 montés à pivotement dans des paliers 25 portés par l'enveloppe 1 et servant de pivots aux palettes 2a du stabilisateur; les extrémités libres 24a de ces leviers traversent la bague 23 au niveau des trous 23b.
En fonctionnement, le fluide dont on désire mesurer le débit volumique traverse l'enveloppe 1 dans le sens indiqué par les flèches f, f est orienté par le stabilisateur 2 qui lui imprime un mouvement de rotation; le fluide orienté est dévié de sa trajectoire par la turbine 4 qui recueille ainsi une puissance importante aux dépens de ce fluide; la puissance recueillie par cette turbine est maximum lorsque le fluide sort de ladite turbine à une vitesse de rotation nulle, c'est-à-dire qu'il sort de la turbine en filets parallèles à l'axe du compteur. Dans ce cas, la girouette 13 ne recevant aucune impulsion reste immobile.
Le compteur fonctionne alors dans les conditions de rendement maximum de la turbine, et la vitesse de rotation de celle-ci est proportionnelle à la vitesse de rotation du fluide à la sortie du stabilisateur 2 ; le compte-tours peut donc intégrer le débit de fluide par rapport au temps et indiquer directement les volumes de fluide écoulés.
Dans le cas contraire où le rendement de la turbine n'est pas maximum, le fluide sortant de la turbine 4 aura encore une certaine vitesse de rotation et il imprimera une rotation dans le mme sens que le sien à la girouette 13. Celle-ci fera pivoter le levier 20 dans le sens correspondant entraînant ainsi la rotation de la bague 23 et par suite le pivotement des leviers 24 assujettis à cette bague. Les palettes 2a du stabilisateur sont simultanément pivotées dbun mme angle, faisant varier ainsi la vitesse de rotation du fluide à l'entrée de la turbine 4 et par suite la vitesse de rotation de cette turbine dans le sens qui permet de ramener la vitesse de rotation résiduelle du fluide à la sortie de ladite turbine à une valeur nulle. Le compteur fonctionne alors dans les conditions de rendement maximum de la turbine.
Grâce au perfectionnement ci-dessus décrit, la construction du compteur est simplifiée, étant t donné que l'on a pu supprimer tout le dispositif de freinage préconisé dans le brevet principal.
De plus, les limites d'utilisation du compteur ainsi perfectionné se trouvent élargies, notamment dans les zones de faibles débits, du fait que l'orientation des palettes permet de régler la section de passage pour conserver au fluide sortant du stabilisateur une vitesse convenable pour agir sur la turbine.
En variante, on pourrait remplacer la turbine axiale à action pure par une turbine d'un type quelconque, par exemple une turbine radiale, une turbine Pelton, etc.
Pinwheel meter
The main patent relates to a meter of the pinwheel type for measuring the volumes of fluid flowing in a distribution circuit, comprising, on the one hand, a tubular casing, internally limited by a cylindrical surface, and in which is arranged, on the side of the arrival of the fluid whose volume flow is to be measured, a stabilizer with fixed helical vanes, intended to impart to the fluid passing through it a rotational movement in a fixed direction relative to the general axis of the meter, which regardless of the flow rate of this fluid and, on the other hand, a measuring member comprising a reel mounted for free rotation around the general axis of the meter following said stabilizer, the axis of this reel driving a tachometer for recording the volume flow rate of the fluid passing through the meter,
characterized by the fact that the reel is constituted by a turbine with fins shaped so as to be able to deflect the fluid from the path which has been imposed on it by the stabilizer and thus collect power at the expense of this fluid, said turbine being furthermore subject to a regulating device comprising a braking member intended to create a variable resistive torque on the turbine, and a member placed at the rear of said turbine to detect the residual speed of rotation of the fluid at the outlet of this turbine, and to adjust the variation of the resistive torque of the braking member as a function of said residual speed of rotation of the fluid in order to constantly bring and maintain this speed to a zero value,
so that the meter operates under the conditions of maximum efficiency of the turbine for which the speed of rotation of the latter is proportional to the volume flow rate of the fluid passing through the meter.
When the fluid leaves the reel at zero residual rotational speed, the power collected by the reel at the expense of the fluid passing through it is maximum. Under these conditions, the efficiency of the reel, that is to say the quotient of the power collected on its axis by the initial power of the fluid due to the live force of the latter at the inlet of said reel, is maximum . Under the conditions of maximum efficiency of the reel, the speed of rotation of the latter is proportional to the volume flow of the fluid passing through the meter, and the tachometer driven by the axis of the reel can then integrate the flow of fluid relative to time and directly indicate the volumes of fluid flowed.
The present invention relates to an improvement to the meter of this type, essentially relating to the regulating device and making it possible, among other advantages, to widen the limits of use of the meter at low flow rates.
The present invention relates to a meter of the pinwheel type for measuring fluids flowing in a distribution circuit, comprising, on the one hand, a tubular casing, internally limited by a cylindrical surface and in which is arranged, on the side of the arrival of the fluid whose volume flow is to be measured, a stabilizer with helical vanes, intended to impart to the fluid passing through it a rotational movement around the general axis of the meter and, on the other hand, a measuring device comprising a reel mounted to rotate freely around the general axis of the meter following said stabilizer, the axis of this reel driving a tachometer for recording the fun flow rate of the fluid passing through the meter,
said reel being constituted by a turbine with fins shaped so as to be able to deflect the fluid from the trajectory which has been imposed on it by the stabilizer and thus collect a significant power at the expense of this fluid, said turbine being furthermore attached to a device regulator comprising a detector member placed at the rear of said turbine for detecting the residual speed of rotation of the fluid at the outlet of the turbine, said regulator device acting on the turbine to bring and constantly maintain the residual speed of rotation of the fluid at the output of the turbine to a zero value, so that the meter operates under the conditions of maximum efficiency of the turbine, for which the speed of rotation of the latter is proportional to the volume flow rate of the fluid passing through the meter.
This counter is characterized in that said regulating device comprises an adjustment member controlled by this detector member and acting directly on the fluid at the inlet of the turbine to modify its speed of rotation as a function of the residual speed of rotation of the fluid at the outlet of this turbine, so as to constantly reduce this residual speed of rotation to a zero value, without varying the flow rate of the fluid passing through the meter.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
The meter, as shown in the drawing, comprises a generally cylindrical casing 1, inside which is mounted a stabilizer 2 with movable vanes 2a pivotally mounted between the casing 1 and a central casing 3, at the level bulges la, 3a, provided to allow the movement of said pallets; the casing is held in place by lugs 3b welded to the inner wall of the casing 1. Following the stabilizer is placed a reel consisting of a pure-acting axial turbine 4 composed of a hub 4a, a flange 4b and 4c fins carried by said hub and filling all the free space between this hub and the casing, except for mechanical play.
The axis 5 of the turbine rotates in two bearings 6, 7 formed respectively in the rear wall and in the front wall of the casing 3, and drives, by means of a screw system 8 and toothed wheel 9, the axis 10 of a tachometer which rotates in bearings 11, 12 carried respectively by the housing 3 and by the casing 1.
The regulator device comprises a wind vane 13 composed of a hub 13a, a flange 13objet of planar radial fins 13c, serving as an organ for detecting the speed of rotation of the fluid at the outlet of the turbine 4; the axis 14 of the vane rotates in bearings 15, 16 provided respectively in the front wall and in the rear wall of the casing 17, held in place by lugs 17a welded to the inner wall of the casing 1; this axis carries a worm 18 driving a toothed wheel 19 wedged on an elbow lever 20 journaled in two bearings 21, 22 carried respectively by the housing 17 and the casing 1.
The free end 20a of the lever passes through a circular ring 23 at the level of a hole 23a and controls through this ring a set of angled levers 24 pivotally mounted in bearings 25 carried by the casing 1 and serving as pivots on the stabilizer paddles 2a; the free ends 24a of these levers pass through the ring 23 at the level of the holes 23b.
In operation, the fluid whose volume flow is to be measured passes through the casing 1 in the direction indicated by the arrows f, f is oriented by the stabilizer 2 which gives it a rotational movement; the oriented fluid is deviated from its path by the turbine 4 which thus collects a significant power at the expense of this fluid; the power collected by this turbine is maximum when the fluid leaves said turbine at zero rotational speed, that is to say that it leaves the turbine in threads parallel to the axis of the meter. In this case, the vane 13 receiving no impulse remains stationary.
The meter then operates under the conditions of maximum efficiency of the turbine, and the speed of rotation of the latter is proportional to the speed of rotation of the fluid at the outlet of the stabilizer 2; the tachometer can therefore integrate the fluid flow rate with respect to time and directly indicate the volumes of fluid flowed.
Otherwise, where the efficiency of the turbine is not maximum, the fluid leaving the turbine 4 will still have a certain speed of rotation and it will impart a rotation in the same direction as its own to the wind vane 13. The latter will pivot the lever 20 in the corresponding direction thus causing the rotation of the ring 23 and consequently the pivoting of the levers 24 secured to this ring. The vanes 2a of the stabilizer are simultaneously rotated by the same angle, thus varying the speed of rotation of the fluid at the inlet of the turbine 4 and consequently the speed of rotation of this turbine in the direction which makes it possible to reduce the speed of rotation residual fluid at the outlet of said turbine to a zero value. The meter then operates under maximum turbine efficiency conditions.
Thanks to the improvement described above, the construction of the counter is simplified, given that it has been possible to eliminate all the braking device recommended in the main patent.
In addition, the limits of use of the meter thus improved are widened, in particular in areas of low flow rates, due to the fact that the orientation of the vanes makes it possible to adjust the passage section to keep the fluid leaving the stabilizer at a speed suitable for act on the turbine.
As a variant, the pure-acting axial turbine could be replaced by a turbine of any type, for example a radial turbine, a Pelton turbine, etc.