Dispositif destiné à être utilisé avec un débimètre
La présente invention a pour objet un dispositif destiné à être utilisé avec un débimètre, pour en assurer un bon fonctionnement même à de très faibles taux d'écou- lement.
Tous les débimètres ne maintiennent leurxprécision spécifiée qu'entre des limites de débit bien déterminées e, le dispositif présent est destiné à éviter 1es limitations inhérentes aux faibles débits, limite en-dessous de laquelle un débimètre enregistrerait trop peu ou même ne fonctionnerait plus du tout, ce qui entraînerait pendant une période de temps le passage d'une quantité considérable de fluide sans enregistrement. De tels écoulements lents sont par exemple dûs à des robinets goutte à goutte ou à des brûleurs à veilleuse.
Selon la présente invention, le dispositif destiné à être utilisé avec un débimètre comporte une chambre expansible de stockage, dont au moins une paroi peut se déplacer par rapport à ses autres parois et qui peut être reliée à une conduite de fluide en aval du débimètre, une vanne présentant un mécanisme d'actionnement qui provoque son ouverture ou sa fermeture et qui peut être branchée pour commander l'écoulement du fluide à travers le débimètre, et des moyens actionnés par la paroi déplaçable et qui provoquent l'actionnement du mécanisme de commande de la vanne lorsque cette paroi atteint des positions prédéterminées, espacées l'une de l'autre,
de sorte que la vanne est ouverte ou fermée de e telle manière que le fluide passe à travers le débimètre par flux successifs.
Le dispositif peut être relié, pour son utilisation avec un débimètre, de telle manière que lorsque la chambre de stockage expansible approche ou atteint sa dimension maximum, la vanne de commande est fermée. Le fluide s'écoulera ensuite avec un débit faible à partir de la chambre de stockage. Lorsque la chambre de stockage expansible approche ou atteint un volume minimum prédéterminé, la paroi mobile provoque l'actionnement du mécanisme de commande de la vanne et celle-ci sera ouverte et le fluide pourra s'écouler à une vitesse élevée prédéterminée à travers le débimètre pour remplir la chambre de stockage expansible. Un tel taux d'écoulement élevé constitue une gelées. ou flux prédéterminé de fluide.
Lorsque le débit devant être soutiré croît en-dessus du débit de tels flux successifs, la différence de pression à travers la vanne et le débimètre est suffisante pour maintenir la paroi mobile entièrement dépla cée, même lorsque la vanne est ouverte. De cette manière, la vanne reste ouverte et le fluide continue à passer directement à travers le débimètre jusqu'au moment où le débit est suffisamment réduit pour permettre à la paroi mobile, de revenir en arrière et donc de fermer la vanne.
Le dessin annexé illustre une forme d'exécution du dispositif objet de l'invention à titre d'exemple.
Les fig. 1 et 2 sont des vues schématiques du dispositif relié à une conduite de fluide, le dispositif étant illu stré dans différentes positions de travail.
Les fig. 3 et 4 sont des sections transversales en élé- vation d'un exemple, de réalisation pratique du dispositif situé en position correspondant aux fig. 1 et 2.
La fig. 5 est une vue isomérique d'une partie du dispositif d'actionnement de la vanne et la fig. 6 est une vue éclatée d'une partie du mécanisme d'actionnement de la vanne.
Les fig. 1 et 2 indiquent le principe général suivant lequel le dispositif travaille. Le débimètre est indiqué par la référence 1, la partie amont ; de la conduit de fluide par la référence 2 et la partie, aval par la référence 3. Une vanne 4, disposée dans la conduite, en aval du débimètre 1, et une chambre à volume variable 5, sont reliées à la conduite en aval'de la vanne 4. La chambre à volume variable 5 est munie d'un cylindre 6 qui est , divisé par une paroi mobile 7 constituant ainsi une chambre d'équilibrage 8 disposéeducôtéopposé de la paroi 7 à la chambre de volume variable 5. La chambre d'équilibrage 8 est reliée à la conduite de fluide en amont du débimètre 1.
Le mécanisme d'actionnement de la vanne 9 est relié à la paroi mobile 7 et cette paroi tend à se déplacer en. direction d'une position à l'aide d'un ressort spiral 10, le tout étant arrangé de telle manière que lorsque le ressort 10 est détendu, la vanne 4 soit dans sa position fermée. La vanne est constituée de manière à être du type à bascule mais à rester dans une position donnée jusqu'à ce que son mécanisme d'actionnement 9 ait été déplacé sur sa course complète. Bien que la vanne soit illustrée du côté aval du débimètre, il est évi- dent que celle-ci pourrait aussi bien être disposée en amont si désiré.
La fig. 1 illustre la paroi mobile 7 au début de sa course avec la vanne 4 étant en position fer mée. Dans cet état, le fluide s'écoule à l'intérieur de la chambre d'équilibrage 8, comme illustré par la flèche 11 et s'écoule hors de la chambre de volume variable 5, comme indiqué par la flèche 12 avec un faible débit. La différence de pression à travers la chambre à volume variable comprime celle-ci contre l'action du ressort 10 et le fluide continue à s'écouler à l'intérieur et hors des chambres respectives, jusqu'à ce que la paroi mobile 7 soit déplacée jusqu'à l'extrémité opposée de la chambre et que le ressort soit complètement comprimé comme illustré à la fig. 2.
A ce moment, le dispositif de commande de la vanne 9, ayant parcouru toute sa course, provoquera l'ouverture de la vanne 4 et la paroi mobile 7 commence sa course de retour sous l'action du ressort 10, forçant ainsi du fluide avec un fort débit à partir de la chambre d'équilibrage 8 à travers le débimètre 1 à l'intérieur de la chambre aval 5 comme indiqué par les flèches 13 et 14. Un faible débit de fluide, indiqué par la flèche 15, continue à être soutiré du dispositif.
Le ressort 10 est dimensionné de manière que le fort débit de fluide soit suffisant pour faire travailler le débi- mètre dans une partie de sa courbe d'étalonnage située à l'intérieur des limites de précision désirées. Le fluide continue à s'écouler à travers le débimètre jusqu'à ce que la paroi mobile 7 soit retournée dans sa position illustrée à la fig. 1, moment auquel la vanne sera de nouveau basculée dans sa position fermée et le cycle recommence. Il faut noter que la chambre de volume variable 5 constitue une chambre de stockage pour le fluide, mais que ce fluide passe à travers le débimètre en on flux successifs qui peuvent être mesurées.
Les fig. 3 et 4 illustrent une disposition pratique du mécanisme, qui peut être logé dans le fond d'un débimè- tre à l'intérieur de son boîtier extérieur 16, l'aiguille de cet instrument de mesure étant indiquée schématiquement en 17 sur le dessin. La chambre de mesure 18 du débimètre est munie à son extrémité inférieure avec des orifices d'entrée et de sortie 19, 20, l'orifice d'entrée 19 étant relié par un perçage pratiqué dans le boiter du débimètre à un orifice d'entrée fileté 21 et l'orifice de sortie 20 étant relié au corps de vanne 22, qui sera dé- crit plus loin.
Le corps de vanne 22 est porté dans une chambre de vanne 23, disposée en-dessous de la paroi inférieure 24 de la chambre de mesure 18 et cette chambre de vanne est située immédiatement en-dessus d'une chambre présentant la forme d'un cylindre 25, pratiqué dans le boîtier 16 et duquel elle est séparée par une paroi 26. Une ouverture 27 s'étend à travers la paroi de division 26 à l'intérieur du cylindre 25, de sorte qu'il existe une communication directe entre la chambre de vanne 23 et le cylindre, tandis que la paroi latérale 28 de la chambre de vanne est munie d'un orifice de sortie 29 fileté d'une manière similaire à l'orifice d'entrée 21 en vue de la connection directe à la conuite de fluide avec laquelle le débimètre doit être utilisé.
L'extrémité du cylindre 25 éloignée de la paroi de division 26, est fermée par un couvercle à rebord 30 dont les rebords coopèrent avec les parois latérales du boîtier général 16, en vue de continuer la longueur du cylindre, et un passage 31 est prévu dans la paroi latérale ainsi que dans le couvercle, de sorte qu'il y a une ouverture dans le cylindre 25, à proximité de son extrémité fermée. L'autre extrémité du passage 31 s'ouvre à l'intérieur du passage d'entrée 19, qui est relié à la chambre de mesure 18.
Un diaphragme 32 est pincé entre le couvercle d'extrémité 30 et la paroi principale du boîtier 16 du debimètre et s'étend au-travers du cylindre 25 pour le diviser en deux chambres, la chambre supérieure communiquant avec la chambre de vanne 23 et qui sera appelée dans ce qui suit chambre de stockage de fluide expansible 33 et la chambre infé rieure qui sera appelée dans ce qui suit par chambre d'éqwilibrage 34 .
Un piston en forme de coupelle 35 est relié au diaphragme 32 à l'intérieur de la chambre de stockage de fluide et une plaque plate 36 est reliée au diaphragme sur son autre face, de sorte que pour la majeure partie de la surface de la section de la chambre, le diaphragme soit maintenu. Un anneau est ainsi formé entre le piston 35 et la paroi du cylindre, dans laquelle le diaphragme est libre. S'étendant à partir du centre du diaphragme et reliée rigidement avec la plaque 36 ainsi que le piston 35 s, e trouve une tige d'actionnement 37, qui passe par une ouverture pratiquée dans la paroi de division 26 et s'étend à l'intérieur de la chambre de vanne 23. Une paire de bagues annulaires de positionnement 38 sont disposées autour de la tige d'actionnement 37 et peuvent coulisser le long de celle-ci à l'intérieur de la chambre de stockage de fluide 33.
Ces bagues servent à positionner une paire de ressorts en épingle à cheveux alignés 39 à plusieurs spires qui agissent pour déplacer le piston 35, et donc le diaphragme 32, en direction de l'extrémité inférieure du cylindre 25. L'extrémité supérieure de la tige d'actionnement 37, située à l'intérieur de la chambre de vanne 33 porte une goupille d'actionnement 40 qui s'étend à l'intérieur du jeu situé entre deux bras 41, 42 d'un organe 43 en forme de joug qui est relié à un bras d'actionnement 44 du mécanisme d'actionnement de la vanne.
La vanne est illustrée en détail aux fig. 5 et 6 et comporte un corps de vanne 22 présentant un téton 45 muni d'un trou 46 communiquant avec la chambre de mesure 18 du debimetre. Ce téton 45 est fixé de manière étanche à l'intérieur de chambre de mesure à l'aide d ? un O ring 47 placé à l'extrémité du téton. Le corps de vanne 22 est percé de manière à ce que l'ouverture de vanne 48 soit formée et disposée à angle droit par rapport à un orifice d'entrée 20, également pratiqué dans le corps de vanne, donnant. accès à la chambre de mesure 18. Il faut noteT que la chambre de mesure 18 peut com muniquer avec la chambre de vanne 23 par un perçage 46, pratiqué dans le corps de vanne et le téton de la vanne.
L'orifice de la vanne 48 est fermé par un tampon 49 présentant la forme d'un bloc cylindrique porté librement à l'intérieur d'un trou 50 prévu dans un bras 51 comme illustré à la fig. 6. Une portion du tampon 49 s'étend d de part et d'autre, du bras 51 et la face de celui-ci située à l'opposé, du corps de vanne est actionnée par un ressort à lame 52 riveté sur le bras 51 en 53. De cette manière, le tampon 49 tend à être déplacé en direction du corps de vanne 22. Le bras 51 est pivoté en 54 sur le corps de vanne 22, de sorte que le tampon 49 peut coulisser sur la surface du côté du bloc de vanne et consti- tue en fait une vanne à tiroir.
Le mouvement de rotation du bras 51 est limité par des butées 55, 56 et lorsque ce bras est situé contre la butée supérieure, l'orifice de la vanne 48 est ouvert. L'orifice de vanne 48 est fermé lorsque le bras se pose contre la butée inférieure 56. Le bras d'actionnement 44 est également pivoté sur le corps de vanne 22 mais en un point 57 éloigné du point de pivotement 54 du bras 51, ce bras s'étendant à partir de son pivot 54 en direction du bras d'actionnement 44 et le bras d'actionnement s'étendant sur le côté du bras de vanne opposé au corps de vanne 22 jusqu'en un point situe au-delà du point de pivotement 54 du bras de vanne.
Une extrémité d'un ressort 58 est fixée sur le bras de vanne 51 tandis que l'autre extrémité de ce ressort est fixée sur le bras d'actionnement, le point d'attachement 59 à ce bras de vanne 51 étant situé entre les points de pivotement 54 et 57 des bras respectifs, et le point d'attachement 60 sur le bras d'actionnement étant situé en-delà du point de pivotement 54 du bras de vanne 51.
L'organe 43 en forme de joug, mentionné ci-dessus, est fixé fermement sur 1s bras d'actionnement 44 et la goupille 40 sur la tige d'actionnement 37 s'étend entre les deux bras 41, 42 du joug, de sorte que lorsque le diaphragme 32 est situé à proximité de l'extrémité inférieure du cylindre 25 et que la chambre de stockage de fluide 33 est à sa capacité maximum, le bras d'actionnement 44 se trouve dans sa position inférieure. Lorsque le bras d'actionnement atteint une position prédétermi- née pour laquelle le point d'attachement 60 au ressort 58 est situé en-dessous d'une ligne passant par les points 59, 60, 54 du bras de vanne, le ressort présente une élongation maximum.
Tout déplacement subséquent vers le bas du bras d'actionnement 44 tendra à provoquer un raccourcissement du ressort 58, et lorsque les frottements du tampon 49 sont surpassés, provoquera le basculement du bras de vanne 51 en direction de sa position inférieure pour fermer l'ouverture de vanne 48.
Lorsque le diaphragme 32 approche, de l'extrémité supérieure de la chambre 33, la tige d'actionnement 37 entre en contact avec le bras supérieur 41 du joug 43, ce qui provoque l'actionnement du bras 44 vers le haut jusqu'à ce qu'il atteigne une position pour laquelle le point d'attachement 60 au ressort soit situé en-dessus du point de pivotement 54 du bras de vanne 51 et le ressort 58 se trouve de nouveau à son élongation maximum. A ce moment, tout déplacement subséquent tend à provoquer un raccourcissement du ressort 58 et provoquera donc le basculement du bras de vanne 51 jusque dans sa posi- tion supérieure, de sorte que l'orifice de vanne 48 est t ouvert.
La ligne d'élongation maximum du ressort passe par les points de connection de ce ressort sur les bras et par le point de pivotement du bras de vanne mais non pas par le point de pivotement du bras d'actionnement lorsque la vanne est en position ouverte ou fermée. De cette manière, lorsque la vanne est fermée, cette ligne d'extension maximum du ressort, lorsque le bras d'actionnement se déplace vers le haut, passe à proximité du point de pivotement du bras d'actionnement et lorsque la vanne est ouverte et que le ressort approche de son élongation maximum et que le bras d'actionnement se déplace vers le bas, elle passe ion-dessus du point de pivo, tement du bras d'actionnement.
Avec cette disposition, les quatre points ne peuvent pas être tous situés sur une ligne au même instant, de sorte que le mécanisme ne peut pas être verrouillé dans une position.
La course morte créée par le déplacement de la goupille d'actionnement 40 sur la tige d'actionnement 37 entre les bras 41 et 42 du joug 43, est suffisante pour permettre le mouvement approprié du diaphragme 32 à l'intérieur, du cylindre 25, de sorte que la vanne 48, 49 n'est actionnée que lorsque le diaphragme, qui constitue la paroi de division à l'intérieur de la chambre, approche de sa position supérieure ou de sa position inférieure.
Il faut noter que la vanne 48, 49 est actionnée quelle que soit la pression existant dans les diverses parties du dispositif, c'est-à-dire que le fonctionnement du méca- nisme est entièrement dépendant de la position du diaphragme 32 et que le bras de vanne 51, sous l'action de son ressortderappel58,basculera toujours en position contre l'un des arrêts 55, 56 lorsque le bras d'actionnement 44 passe en-deçàde sa position centrée, position pour laquelle le bras de vanne est dans un état d'équilibre instable et tout déplacement subséquent pro voquera l'actionnement Ide la vanne.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Quand la vanne 48, 49 est fermée, comme illustré à la fig. 3, le fluide s'écoule à l'intérieur de la chambre d'équilibrage comme illustré par la flèche 61 et s'écoule hors de la chambre de stockage de fluide comme illustré par la flèche 62 à un faible débit. Un tel écoulement peut être provoqué par exemple par un robinet goutte à goutte.
A ce moment, la différence de pression entre les deux côtés du diaphragme 32 comprime celui-ci contre l'action de son ressort comme indiqué par la flèche 63 et le fluide continue à s'écouler à l'intérieur et hors des chambres respectives jusqu'à ce que le diaphragme 32 soit déplacé jusqu'à l'extrémité opposée de la chambre et que le ressort 39 soit complètement comprimé, position qui est obtenue à la fig. 3. Pour cette position, la tige d'actionnement 37 ayant parcouru toute la course de son déplacement provoque l'engagement de la goupille d'actionnement 40 avec le bras supérieur 41 du joug 43 ot cause l'ouverture de la vanne 48, 49.
Le diaphragme 32 commence alors sa course de retour sous l'action du ressort 39, forçant le fluide avec un débit élevé hors de la chambre d'équilibrage 34, comme illustré par la flèche 64 par le passage 31 à l'intérieur de la paroi du cylindre jusque dans l'arrivée 19 de la chambre de mesure 18 à travers le débimètre et la vanne 48, 49 jusque dans la chambre de vanne 23 et donc dans la chambre expansible de stockage 33. L'écoulement à faible débit de fluide, comme illustré par la flèche 65, continue à être soutiré de la chambre de vanne 23 par l'ouverture de sortie 29 pratiquée dans la paroi du débimètre.
Le ressort. de torsion 58 est dimensionné de telle manière que le fort débit de fluide est suffisant pour provoquer l'actionnement du débimètre sur une partie de sa courbe de précision ou d'étalonnage, située à l'intrieur, des limites de mesure désirées et le diaphragme 32 agit donc une pompe. Le fluide continue à traverser le débimètre à ce fort débit jusqu'à ce que le diaphragme se soit déplacé vers le bas du cylindre jusque dans sa position inférieure, comme illustré à la fig. 4, point pour lequel la goupille d'actionnement 40, entre en contact avec le bras inférieur 42 du joug 43 pour provoquer le basculement de la vanne 48, 49 jusque dans s, position fermée.
Le cycle se répète, le fluide étant soutiré hors de la chambre expansible 35 de stockage et le diaphragme 32 montant jusqu'au moment où la vanne 48, 49 est actionnée jusqu'en position ouverte, moment auquel le débimètre mesure de nouveau une golée de fluide.
Le ressort de torsion 39 à l'intérieur de la chambre de stockage expansible est calculé de telle manière qu'il travaille sur une faible partie de sa course totale seule ment et que son action soit donc pratiquement linéaire.
De cette manière, la force exercée sur le diaphragme 32 est également approximativement linéaire sur toute sa course. Cette disposition est particulièrement avantageuse par le fait que le diaphragme pousse le fluide à travers le débimètre, la chute de pression à travers le débimètre et donc le débit s'écoulant dans celui-ci restant pratiquement constant. Ceci assure que la
goléep est mesurée à un point particulier de la courbe d'étalonnage du débimètre.
Le désavantage de l'utilisation d'un ressort spiral dans ce type de montage réside
dans le fait que sa poussée'diminue, ce qui provoque une
diminution du débit pendant le passage de la gole , de sorte quece, débit peuttomberen dessous, du débit limite inférieur pour le bon fonctionnement du débimètre. Un ressort à compression qui donnerait de bons résultats de linéarité serait trop long pour permettre la réalisation compacte d'une unité adaptée pour être fixée dans la base d'un débimètre. Il est toutefois possible de dimen
sionner un ressort de torsion de sorte que la gelées soit mesurée à une précision qui est située à l'intérieur de la dispersion du débimètre dans des conditions normales d'utilisation de celui-ci.
La tension du ressort de torsion 39. est effectivement légèrement augmentée juste avant l'ouverture de la vanne par l'action élastique du mécanisme de vanne.
Ceci provoque un léger accroissement de la pression
différentielle à travers le débimètre juste avant qu'une
golee soit admise dans la chambre de mesure et ceci
est particulièrement avantageuxdu fait que cela provoque une pression initiale permettant de vaincre plus
aisément l'inertie des pièces mobiles du débimètre et la résistance du système hydraulique.
Jusqu'à maintenant, le mécanisme a été considéré seulement lorsque la chute de pression au débimètre 1 et
à la vanne 48, 49 est faible, c'est-à-dire que la débit de fluide utile, par exemple le débit du robinet goutte à goutte est faible. Toutefois, lorsque le débit utile augmente, la pression différentielle à travers le débimètre
augmente jusqu'à une valeur telle que la vanne 48, 49
étant ouverte, el, lle sufiïse à maintenir le ressort 39 du diaphragme complètement comprimé. Ce débit sera toujours supérieur à celui d'une gelées et se situera donc
sur une partie favorable de la courbe d'étalonnage du débimètre.
Dans ces conditions, le débimètre enregi strera comme pour un débit normal et continuera à agir
ainsi jusqu'à ce que la pression gdifférentielle à travers le
débimètre se réduise suffisamment pour permettre au ressort 39 de replacer 1e, diaphragme en arrière et provoquer la fermeture de la vanne.
Un avantage particulier de ce type de dispositif réside dans le fait que les caractéristiques du débimètre peuvent être basées sur l'extrémité supérieure de la
gamme de débit, sans pour autant qu'il soit nécessaire de considérer l'extrémité inférieure de cette gamme dans les s
cas où ces exigences provoqueraient autrement des pertes de pression aux débits élevés.